CN107355521A - 一种高精度旋转定位机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高精度旋转定位机构，采用六杆机构原理实现，其中转盘轴承外圈、第一滑块、连杆、主动杆、第二滑块杆各自作为六杆机构中的一个杆件，转盘轴承内圈、基座、轴承、第一螺钉、轴承挡圈和第二螺钉共同组成六杆机构中的一个杆件；其中转盘轴承为输出端，主动杆为输入端。本发明提供的高精度旋转定位机构能够满足空间转台高精度定位与大力矩锁定的功能需求，具有启动负载小、到位精度高、到位后机构自锁等特点。

Description

一种高精度旋转定位机构
技术领域
本发明涉及空间旋转定位机构领域，特别涉及一种高精度旋转定位机构。
背景技术
旋转机构的应用非常广泛，而天宫梦天载荷转移机构对旋转机构有以下要求：给定角度范围内往复旋转、在两个极限位置到位精度高、在两个极限位置具有到位锁定功能。本发明利用六杆机构输出端在极限位置时，输入端角度变化引起输出端角度变化小的特点实现到位精度高的需求；利用六杆机构在输出端处于极限位置时的自锁特点，实现到位锁定功能。
目前，公知的旋转机构多采用齿轮或四杆机构实现。采用齿轮实现的情况中，对于到位精度依赖于传动比和输入端角度精度，或采用机械限位的方式，或利用传感器来实现，而锁定功能往往依赖于传动比和驱动电机锁定力矩。采用四杆机构实现的情况中，需要利用机构的死点特性，但考虑到死点的临界稳定性，一般采用过死点机械限位的方式实现，而为了消除该方式产生的间隙，需要加入弹性装置，大幅增加了的驱动力矩需求。
目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度旋转定位机构，以达到输出端在给定的角度范围内往复旋转运动、在两个极限位置到位精度高、在两个极限位置具有到位锁定功能的要求。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种高精度旋转定位机构，包括：基座；转盘轴承，由转盘轴承内圈与转盘轴承外圈组成；所述转盘轴承外圈通过第一螺钉与基座固连；第一滑块，限制在所述转盘轴承外圈的滑槽内；连杆，与所述第一滑块通过轴孔间隙配合连接形成转动副；主动杆，与所述连杆通过轴孔间隙配合连接，形成转动副；第二滑块，限制在所述转盘轴承内圈的滑槽内，与所述连杆通过轴孔间隙配合连接，形成转动副；轴承，通过轴承挡圈固定在基座上；所述轴承挡圈通过第二螺钉固定在基座上；所述高精度旋转定位机构采用六杆机构原理实现，其中转盘轴承外圈、第一滑块、连杆、主动杆、第二滑块各自作为六杆机构中的一个杆件，转盘轴承内圈、基座、轴承、第一螺钉、轴承挡圈和第二螺钉共同组成六杆机构中的一个杆件；其中转盘轴承外圈为输出端，主动杆为输入端。
进一步地，各转动副中，通过控制配合公差来控制引起的位置误差，并避免转动时阻力过大。
进一步地，所述第一滑块被限制在转盘轴承外圈的滑槽内，仅能相对所述滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制。
进一步地，通过控制第一滑块与所述滑槽的配合尺寸公差，避免运动阻力过大；通过限制第一滑块的运动范围，限制机构输出端的运动范围。
进一步地，所述第二滑块被限制在转盘轴承内圈的滑槽内，仅能相对所述滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制。
进一步地，通过控制第二滑块与所述滑槽的配合尺寸公差，避免运动阻力过大；通过限制第二滑块的运动范围，限制机构输出端的运动范围。
进一步地，通过调节六杆机构中各杆件的长度，调整输出端转动的角度范围。
本发明提供的高精度旋转定位机构取得的有益效果是：
1、在输出端处于极限位置启动时，机构传动比近乎无限大，负载近乎为0，可以实现平稳启动；
2、机构在输出端处于极限位置附近时，输入端角度变化引起的输出端角度变化较小，提高了到位精度；
3、通过调整转盘轴承内圈和转盘轴承外圈的滑槽长度，进一步限制机构运动范围，并提供机械限位功能；
4、机构在输出端处于极限位置时，具有自锁功能，无需锁定力矩，承受能力取决于零件强度；
5、机构在输出端处于极限位置附近时，对输入端的定位力矩需求小，锁定能力好。
附图说明
下面结合附图对发明作进一步说明：
图1为本发明实施例提供的高精度旋转定位机构的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的高精度旋转定位机构的俯视图；
图3为本发明实施例提供的高精度旋转定位机构的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的高精度旋转定位机构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
如图1和图2所示，本发明提供的高精度旋转定位机构包括：转盘轴承外圈1、转盘轴承内圈2、基座3、第一滑块4、连杆5、主动杆6、第二滑块7杆、轴承8、第一螺钉9、轴承挡圈10、第二螺钉11。
由转盘轴承外圈1和转盘轴承内圈2构成一个转盘轴承；转盘轴承内圈2 通过第一螺钉9被固定在基座3上，第一滑块4与连杆5通过轴孔间隙配合的方式相连，第一滑块4被限制在转盘轴承外圈1的滑槽内；连杆5与主动杆6 通过轴孔间隙配合的方式相连，连杆5与第二滑块7通过轴孔间隙配合的方式相连；第二滑块7被限制在转盘轴承内圈2的滑槽内；轴承8被轴承挡圈10固定在基座3上，避免轴承8相对基座3产生轴向移动，轴承挡圈10通过第二螺钉11固定在基座3上。
第一滑块4与连杆5通过轴孔间隙配合的方式相连，形成转动副，通过控制配合公差来控制引起的位置误差，并避免转动时阻力过大；第一滑块4被限制在转盘轴承外圈1的滑槽内，仅能相对转盘轴承外圈1沿其滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制；通过控制第一滑块4与滑槽的配合尺寸公差可以避免运动阻力过大，通过限制第一滑块4的运动范围，可以限制机构输出端的运动范围。
连杆5与主动杆6通过轴孔间隙配合的方式相连，形成转动副，通过控制配合公差来控制引起的位置误差，并避免转动时阻力过大；连杆5与第二滑块7 通过轴孔间隙配合的方式相连，形成转动副，通过控制配合公差来控制引起的位置误差，并避免转动时阻力过大；第二滑块7被限制在转盘轴承内圈2的滑槽内，仅能相对转盘轴承内圈2沿滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制；通过控制第二滑块7与滑槽的尺寸公差可以避免运动阻力过大，通过限制滑块第二滑块7的运动范围，可以限制机构输出端的运动范围。
图3为本发明实施例提供的高精度旋转定位机构的原理图。如图3所示， L1为转盘轴承内圈、基座、轴承、第一螺钉、轴承挡圈、第二螺钉则共同构成的杆件；L2为主动杆，L3为连杆，L6为转盘轴承外圈，C为第二滑块，D为第一滑块，COD为第一极限位置，COD’为第二极限位置。
天宫梦天载荷转移机构对于旋转角度范围的要求为90°，因此在设计时通过计算，保证整个六杆机构的输出端极限旋转角度范围略大于90°；此外，对转盘轴承内圈和转盘轴承外圈的长度加以限制，使得六杆机构的输出端极限旋转角度范围稍微缩小，但仍保证其略大于90°。这样的设计可以保证机构能够完成90°的旋转运动范围，滑槽长度的限制构成了机械限位，限制了输入端的运动范围，略大于90°的运动范围则提供了使用传感器进一步提升到位精度的可能；此外，由于在0°和90°位置处，仍处在机构极限运动位置附近，因此在精度范围内，输入端锁定力矩提供的输出端锁定力矩较大，保证了较强的到位锁定能力。此外，随着输出端从一个极限位置运动到另一个极限位置，其负载从近乎为零变大再变化至近乎为0，而加速度则从大变小再变大，使得机构在不增加对驱动力矩需求的情况下，启动、运动更加平稳。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种高精度旋转定位机构，包括：
基座；
转盘轴承，由转盘轴承内圈与转盘轴承外圈组成；所述转盘轴承外圈通过第一螺钉与基座固连；
第一滑块，限制在所述转盘轴承外圈的滑槽内；
连杆，与所述第一滑块通过轴孔间隙配合连接形成转动副；
主动杆，与所述连杆通过轴孔间隙配合连接，形成转动副；
第二滑块，限制在所述转盘轴承内圈的滑槽内，与所述连杆通过轴孔间隙配合连接，形成转动副；
轴承，通过轴承挡圈固定在基座上；所述轴承挡圈通过第二螺钉固定在基座上；
其特征在于，所述高精度旋转定位机构采用六杆机构原理实现，其中转盘轴承外圈、第一滑块、连杆、主动杆、第二滑块各自作为六杆机构中的一个杆件，转盘轴承内圈、基座、轴承、第一螺钉、轴承挡圈和第二螺钉共同组成六杆机构中的一个杆件；其中转盘轴承外圈为输出端，主动杆为输入端。
2.如权利要求1所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，各转动副中，通过控制配合公差来控制引起的位置误差，并避免转动时阻力过大。
3.如权利要求1所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，所述第一滑块被限制在转盘轴承外圈的滑槽内，仅能相对所述滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制。
4.如权利要求3所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，通过控制第一滑块与所述滑槽的配合尺寸公差，避免运动阻力过大；通过限制第一滑块的运动范围，限制机构输出端的运动范围。
5.如权利要求1所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，所述第二滑块被限制在转盘轴承内圈的滑槽内，仅能相对所述滑槽的长边方向移动，且运动范围受到滑槽长度的限制。
6.如权利要求5所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，通过控制第二滑块与所述滑槽的配合尺寸公差，避免运动阻力过大；通过限制第二滑块的运动范围，限制机构输出端的运动范围。
7.如权利要求1所述的高精度旋转定位机构，其特征在于，通过调节六杆机构中各杆件的长度，调整输出端转动的角度范围。
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