CN107887700A - 一种导引头伺服系统传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种导引头伺服系统传动机构，属于机电精密伺服领域，其包括机构主体、中框组件、外框组件和拉杆组件等，通过方位主转轴、方位轴、俯仰轴等部件匹配连接，形成平行四杆机构来传递驱动力到负载组件上，实现负载组件的方位运动、俯仰运动及方位俯仰耦合运动。本发明的导引头伺服系统传动机构，通过优化各部件的连接形式，有效改善了装配工艺性，降低了装配成本，且通过设置相应轴承和相应的限位柱来辅助机构传动，大大保证了传动机构传动过程中的精确性和稳定性，大大提升了伺服系统的工作能力，增加了导引头在有限的空间内的搜索运动范围，扩大了伺服系统传动机构的应用范围。

Description

一种导引头伺服系统传动机构

技术领域

本发明属于机电精密伺服领域，具体涉及一种导引头伺服系统传动机构。

背景技术

伺服系统是伴随电的应用而发展起来的，近几十年来在新技术革命的推动下，特别是伴随着微电子技术和计算机技术的飞速发展，伺服技术得到了广泛应用。伺服系统一般是由机械装置和控制系统相结合的机电系统，通过控制系统为伺服系统输入各种控制参数，使机械装置实现各种机械运动或机械操作动作。

导引头伺服系统是用来保持微波前端(或光学仪器)稳定并实现目标跟踪任务的伺服系统。传统的导引头伺服系统传动机构可分为框架型、齿弧型、绳传动型等，其中，齿弧型伺服传动机构主要应用于搜索角度大或回转中心高度受到限制的导引头，应用范围较窄；绳传动型伺服传动机构虽然具有较高隔离度的优点，但其结构繁琐，应用较少。而在目前研究较多和应用较广的是框架型伺服传动机构，其通常采用框架结构的来实现传动，具有结构简单、易于装配、可以采用直驱方式运动的优点，但其也具有在有限的空间内无法实现大角度范围搜索的缺点。

随着雷达技术的不管发展，伺服系统在雷达相关技术中的应用也越来越多，通常主动雷达导引头需要采用伺服系统来实现主动天线的跟踪、扫描运动。但是，由于舱段内空间狭小，主动雷达天线口径较大，现有的框架型伺服传动机构难以满足指标要求，亟需发明一种新的伺服传动机构来满足其较大的搜索运动范围、以及降低负载的转动惯量需要。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种导引头伺服系统传动机构，其中通过设置机构主体、中框组件、外框组件与拉杆组件匹配组合连接，形成框架与拉杆相结合的平行四杆机构，有效实现了负载组件的方位运动、俯仰运动及方位俯仰耦合运动，大大增加了导引头在有限空间内的搜索运动范围，显著提升了伺服系统的工作能力。

为实现上述目的，本发明提供一种导引头伺服系统传动机构，用于带动导引头进行方位运动、俯仰运动或者方位俯仰耦合运动，其特征在于，该传动机构包括：

机构主体，其包括开设有横向通孔的主壳体，所述主壳体的顶部设有用于与负载组件连接的上轴孔，且该主壳体的所述横向通孔中容置有方位主转轴和方位轴电机，所述方位主转轴可在所述方位轴电机带动下转动；

中框组件，其包括呈框形结构并套设在所述机构主体外周上的中框，所述中框一组相对的边框上对应分别开设有通孔，第一方位轴和第二方位轴分别穿过所述通孔而与所述方位主转轴的端部匹配连接，所述方位主转轴可通过该第一方位轴和第二方位轴带动所述中框进行方位运动，且所述中框另一组相对的边框上对应分别开设有用于第一俯仰主转轴和第二俯仰主转轴分别容置其中的通孔，且其中分别设置有用于驱动对应俯仰主转轴的俯仰轴电机；

外框组件，其包括呈框形结构并套设在所述中框组件外周上的外框，所述外框一组相对的边框上分别开设有通孔，第一俯仰轴和第二俯仰轴分别穿过对应边框上的通孔后与第一俯仰主转轴和第二俯仰主转轴匹配连接，所述俯仰轴电机带动对应的俯仰主转轴旋转，可驱动对应的俯仰轴转动而实现所述外框组件的俯仰运动；以及

拉杆组件，所述拉杆组件设置于用于承载导引头的负载组件与所述外框组件之间，其一端连接在所述负载组件底部，另一端连接在所述外框上，所述拉杆组件包括两端连接有球体并形成球铰副的连接杆、对应开设于所述负载组件底部和所述外框上端面上呈半球形的球窝、以及用于与所述球窝匹配连接以实现对所述连接杆端部的所述球体限位的球窝盖，所述外框组件的俯仰运动和/或所述中框组件的方位运动通过该拉杆组件传递到所述负载组件上以带动该负载组件运动，进而可实现所述导引头的方位运动、俯仰运动或者方位俯仰耦合运动。

作为本发明的进一步改进，所述负载组件与所述机构主体之间以十字轴组件匹配连接，所述十字轴组件设置于所述机构主体顶部，其包括同轴设置于所述上轴孔中的十字短轴、与所述十字短轴垂直相交设置的十字长轴、设置于所述十字长轴和所述十字短轴外周并用于连接所述负载组件的支撑座、以及设置于所述十字短轴两侧端部的十字端盖，所述十字短轴和所述十字长轴可分别绕其轴线转动以配合所述支撑座上的所述负载组件进行方位运动和俯仰运动。

作为本发明的进一步改进，所述第一方位轴或所述第二方位轴的端部设置有方位轴电位计组件，其包括用于测量并反馈所述中框组件进行方位运动所转过角度信息的方位轴电位计和对所述方位轴电位计进行限位的方位轴电位计端盖。

作为本发明的进一步改进，所述第一俯仰主转轴或所述第二俯仰主转轴的端部设置有俯仰轴电位计，以用于检测并反馈所述外框组件进行俯仰运动所转过的角度信息。

作为本发明的进一步改进，所述外框底部设置有俯仰平衡重，所述中框上设置有方位平衡重，以通过整体配平的方式来实现所述传动机构的静平衡。

作为本发明的进一步改进，所述方位轴电位计组件上设置有方位限位柱，用于对所述中框组件的方位运动限位，以使其在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件碰撞干涉。

作为本发明的进一步改进，所述中框组件上靠近俯仰主转轴的两侧底部对称设置有俯仰限位柱，用于对所述外框组件的俯仰运动限位，使其在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件碰撞干涉。

作为本发明的进一步改进，所述外框上设置有陀螺仪以实现对所述传动机构运行过程中位置状态的监测。

作为本发明的进一步改进，所述拉杆组件数量为4组，且其以所述传动机构的回转轴线为中心均匀分布，用于增加传动机构运动的平稳性。

作为本发明的进一步改进，所述方位轴电机与所述方位主转轴之间、所述方位轴与所述中框及所述方位主转轴之间、所述俯仰轴电机与对应俯仰主转轴之间、或者所述俯仰轴与所述外框及对应俯仰主转轴之间为没有间隙的滑配。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明的导引头伺服系统传动机构，其通过设置机构主体、中框组件、外框组件、拉杆组件等组件与负载组件匹配设置，以框架与拉杆相结合的结构形式，有效实现了负载组件的方位运动、俯仰运动及方位俯仰耦合运动，大大增加了导引头在有限空间内的搜索运动范围，显著提升了伺服系统的工作能力；

(2)本发明的导引头伺服系统传动机构，通过拉杆组件与相应框架结构匹配，形成类似平行四杆机构来传递力矩和运动，并通过在拉杆组件中设置球铰副结构，合理设计拉杆组件的数量和设置形式，大大提升了拉杆组件的承载能力，增加了拉杆组件远程传动的能力，驱动传输精确且可靠性强；

(3)本发明的导引头伺服系统传动机构，通过设置中框组件作为其方位运动的传动组件，而外框组件作为俯仰运动的传动组件，与传统的框架式伺服传动机构刚好相反，上述设计不仅有利于力矩电机的安装，还有效保证了拉杆组件可以分布在负载组件的四周，远离负载组件的回转中心，提升了传动的稳定性，增加了力偶的力矩；

(4)本发明的导引头伺服系统传动机构，通过在拉杆组件的两端均设有定位销孔，分别用定位销将拉杆组件与负载组件、外框组件定位安装，提高了拉杆组件的位置精度和重复运动精度，确保了整个伺服传动机构的运动精度，且在中框组件、外框组件、十字轴组件的装配中分别设计了调整垫片为轴系误差补偿环，使得可放松对其它装配组成环的公差要求，进一步改善了装配工艺性，降低了装配成本。

(5)本发明的导引头伺服系统传动机构，通过分别设置方位限位柱和俯仰限位柱来对传动机构部件进行方位运动、俯仰运动限位，有效保证了传动机构相关组件在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件发生碰撞干涉，大大提升了传动机构运行安全性和稳定性。

附图说明

图1是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的整体结构立体图；

图2是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的整体结构示意图；

图3是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿A-A向剖视图；

图4是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿B-B向剖视图；

图5是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿C-C向剖视图；

图6是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的主要部件组合示意图；

图7是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件内组合示意图；

图8是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件内纵向剖视图；

图9是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的机构主体纵向剖视图；

图10是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件结构示意图；

图11是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件结构剖视图；

图12是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的外框组件结构示意图；

图13是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的十字轴组件结构示意图；

图14(a)是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的拉杆组件结构剖视图；

图14(b)是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的拉杆组件局部剖视图；

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1.机构主体，101.主壳体，102.方位轴电机，103.方位主转轴，104.方位轴端盖，105.方位轴承，106.上轴孔；2.中框组件，201.中框，202.俯仰轴电机，203.俯仰轴电位计，204.第一俯仰主转轴，205.第二俯仰主转轴，206.俯仰限位柱，207.俯仰轴承，208.方位平衡重；3.外框组件，301.外框，302.陀螺仪，303.俯仰平衡重；4.十字轴组件，401.十字长轴，402.十字短轴，403.支撑座，404.十字轴承，405.十字端盖，406.调整垫片；5.拉杆组件，501.连接杆，502.球体，503.球窝，504.球窝盖，505容脂槽；6.方位轴电位计组件，601.方位轴电位计，602.方位轴电位计端盖，603.方位限位柱；7.负载组件；8.第一俯仰轴；9.第一方位轴；10.第二方位轴；11.第二俯仰轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

一个优选实施例中的导引头伺服系统传动机构的结构如图1～14所示，其中，图1是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的整体结构立体图；图2是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的整体结构示意图；图3是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿A-A向剖视图；图4是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿B-B向剖视图；图5是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构中沿C-C向剖视图；图6是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的主要部件组合示意图；图7是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件内组合示意图；图8是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件内纵向剖视图；图9是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的机构主体纵向剖视图；图10是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件结构示意图；图11是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的中框组件结构剖视图；图12是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的外框组件结构示意图；图13是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的十字轴组件结构示意图；图14(a)是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的拉杆组件结构剖视图；图14(b)是本发明实施例中的导引头伺服系统传动机构的拉杆组件局部剖视图。

进一步具体地，伺服系统传动机构包括机构主体1、中框组件2、外框组件3、十字轴组件4、拉杆组件5、方位轴电位计组件6、负载组件7、第一俯仰轴8、第一方位轴9、第二方位轴10及第二俯仰轴11。

其中，机构主体1是伺服系统传动机构的安装架，用于导引头伺服系统的安装固定，一个优选实施例中的机构主体1包括主壳体101、方位轴电机102、方位主转轴103、方位轴端盖104、方位轴承105及上轴孔106，主壳体101的底部为支撑面，用于对机构主体1提供支撑并竖向开设有供固定件通过的通孔，使得机构主体1可以紧固设置在安装台上，主壳体101的上部为开设有供方位主转轴103和方位轴电机102匹配安装的横向通孔，该横向通孔优选为阶梯通孔，方位主转轴103和方位轴电机102从其内径较大的一端容置于该阶梯通孔中，相应的，在阶梯通孔内径较大一侧的端部设置有对通孔内部件限位的方位轴端盖104，并在方位主转轴103的两端分别设置有方位轴承105以减小方位主转轴103转动过程中与主壳体101之间的摩擦；进一步地，主壳体101内还设置有可驱动方位主转轴103转动的方位轴电机102，并在主壳体101的顶部设置有上轴孔106，用于与十字轴组件4匹配连接。

进一步地，一个优选实施例中的机构主体1外周上设置有如图10所示的中框组件2，其包括中框201、俯仰轴电机202、俯仰轴电位计203、俯仰主转轴204、俯仰主转轴205、俯仰限位柱206、俯仰轴承207以及方位平衡重208。

进一步具体地，中框201大体呈方形框架结构，中框组件2的主要部件设置在框架结构上相对的两侧，该两侧结构上分别开设有可容置俯仰主转轴204、俯仰主转轴205的孔洞结构，且设置有两条形块结构将其连接成框架结构，两条形块上分别对应机构主体1上的方位主转轴103的两端分别开设有供第一方位轴9、第二方位轴10通过的通孔，继而第一方位轴9可穿过上述中框201上的通孔并以一侧端部与机构主体1中的方位主转轴103一端匹配连接，且第二方位轴10可穿过上述中框201上另一侧的通孔并以其端部与机构主体1中的方位主转轴103的另一端匹配连接，从而使得中框组件2与机构主体1相互连接成一体结构，如图7～8所示；进一步地，中框201的两条形块的一侧设置有俯仰轴电机202和俯仰主转轴205，并在另一侧设置有俯仰轴电机202、俯仰主转轴204以及与俯仰主转轴204匹配连接的俯仰轴电位计203，俯仰轴电机202的设置用于给俯仰主转轴的转动提供动力。

进一步优选地，俯仰轴电位计203嵌套安装在俯仰主转轴204内，俯仰轴电位计203的伸出轴与俯仰主转轴204相连，而俯仰轴电位计203的安装法兰盘与中框201相连。这种空间布局方式，充分利用了俯仰主转轴204的内部空间，可较好的完成俯仰轴电位计203的安装、定位及运动传递，并且运动传递距离的减小有利于提高俯仰轴电位计203的运动传递刚度；进一步优选地，中框组件2上设置有两组俯仰限位柱206，其对称分布于中框组件2的两侧下方，用于对外框组件3俯仰运动的限位，使得外框组件3在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件碰撞干涉，且保证外框组件3与俯仰限位柱206接触过程中不会对中框组件2产生额外的力矩，从而影响中框组件2的方位运动精度；进一步优选地，为减小俯仰主转轴204、俯仰主转轴205在转动过程中与中框201之间的摩擦作用，在其与中框201之间设置有俯仰轴承207；在一个优选实施例中的中框201上设置有一组方位平衡重208以使得通过整体配平的方式来实现机构方位运动过程中的静平衡。

进一步地，一个优选实施例中的中框组件2外周上设置有如图12所示的外框组件3，其包括外框301、陀螺仪302及俯仰平衡重303。具体地，外框组件3大体呈与中框组件2可相互匹配的框架结构，对应中框组件2两侧俯仰主转轴204、俯仰主转轴205分别设置有开设有通孔的侧板结构，以用于第一俯仰轴8和第二俯仰轴11分别穿过该侧板结构上的通孔并分别与俯仰主转轴204、俯仰主转轴205匹配连接，从而将外框组件3固定在中框组件2上，且外框301上还设置了陀螺仪302定位安装孔及法兰定位面，以确保了陀螺仪302的安装定位精度；进一步地，外框301上端面上的四角处对称开设有固定拉杆组件5一端的安装槽。

进一步优选地，一个优选实施例中伺服系统传动机构的静平衡设计采用了整体配平的方式，即在外框组件3上增加了适当的俯仰平衡重303，使得两个相互叠加的平行四杆机构实现静平衡，整体配平的方式在保证质量质心配平的基础上，使得运动组件的重量及转动惯量最小，有利于为驱动电机赢得力矩空间；进一步优选地，俯仰平衡重303材料为钨合金，钨合金具有较高的密度和强度，在有限的空间下有利于设置足够重量的平衡重。

进一步地，一个优选实施例中与机构主体1上的上轴孔106匹配设置的十字轴组件4如图13所示，其包括十字长轴401、与十字长轴401垂直相交设置的十字短轴402、用于负载组件7固连其上的支撑座403、十字轴承404、十字端盖405，调整垫片406及相关紧固件；具体地，十字轴组件4通过轴承组安装在主壳体101顶部的上轴孔106，并可以绕主壳体101的上轴孔106做一定角度范围的方位转动；进一步地，支撑座403与十字长轴401为轴承约束，支撑座403可以绕十字长轴401做一定角度范围的俯仰转动，继而负载组件7固连在十字轴组件4的支撑座403上，使得负载组件7可以通过十字轴组件4绕主壳体101的上轴孔106轴线及十字长轴401轴线的交叉点做方位运动、俯仰运动或方位俯仰耦合运动。

进一步地，一个优选实施例中的拉杆组件5如图5、图14所示，其一端连接外框组件3的外框301，另一端连接负载组件7的下端面。具体地，优选实施例中的拉杆组件5包括连接杆501、球体502、球窝503、球窝盖504及容脂槽505，其中，连接杆501的两端分别同轴紧固连接两个球体502，分别形成球较副结构，相应地，外框301上对应拉杆组件5的位置开设有安装槽，安装槽中对应球体502开设有呈半球形的球窝503，用于连接杆501一端的球体502部分容置其中，且设置同样开设有呈半球形开槽的球窝盖504来覆盖住球体502位于球窝503之外的部分，继而由连接件将球窝盖504与外框301相互连接稳固，从而实现连接杆501一端球体502在外框301上的限位和固定；同时，拉杆组件5连接负载组件7的一端也以此方式固定连接；进一步优选地，球窝盖504与外框301或球窝盖504与负载组件7之间设置有容纳润滑脂的容脂槽505，其位于球体502中部的外周上的球窝盖504与外框301或者与负载组件7的连接处，呈环形设置，容脂槽505中容置有润滑脂以实现球体502的自适应润滑，减少拉杆组件5运行过程中的摩擦力。

进一步地，拉杆组件5一端固定在外框301上，另一端固定在负载组件7，中框组件2的方位运动和外框组件3的俯仰运动可以传递到负载组件7上，从而实现负载组件7与中框组件2、外框组件3联动，即可使得负载组件7完成对目标的搜索、跟踪运动；且球铰副中球体502与球窝503、球窝盖504与球窝可进一步优选为一一配对研磨加工而成，保证了球铰副的精密性和运转顺畅。

进一步地，一个优选实施例中的方位轴电位计组件6如图7、图8所示，其包括方位轴电位计601、方位轴电位计端盖602、方位限位柱603及相关紧固件。其中，方位轴电位计601用于测量并反馈中框组件2进行方位运动所转过的角度信息，方位轴电位计端盖602用于将方位轴电位计601固定在机构主体1上，且方位电位计组件6上还设置有一组方位限位柱603，用于对中框组件2进行方位运动限位以使得中框组件2在一定角度范围内进行转动而不会超出范围与其他零部件产生碰撞干涉。

进一步地，负载组件7同轴设置在机构主体1的上方，用于承载导引头的主要部件并带动导引头进行方位运动、俯仰运动或方位俯仰耦合运动，其中心以十字轴组件4连接在机构主体1顶部的上轴孔106上，且负载组件7的底部端面分别以拉杆组件5与外框301连接，拉杆组件5不仅能给负载组件7提供辅助支撑，还能带动负载组件7进行方位运动、俯仰运动或两者运动的耦合；一个优选实施例中的负载组件7的端面形状为圆形，其为等截面设置，即负载组件7整体呈圆柱形；进一步优选地，拉杆组件5在负载组件7与外框组件3之间对称布置，设置数量为4组，且相邻两组拉杆组件5连接负载组件7的端部与负载组件7中心连线构成的夹角为90°，即其以所述传动机构的回转轴线为中心均匀分布，增加了传动机构运动的平稳性。

进一步优选地，作为伺服系统传动机构方位运动动力输出源的方位轴电机102在一个优选实施例中为直流力矩电机，而方位主转轴103作为为方位轴电机102的动力输出轴，其与方位轴电机102的内圈优选为为没有间隙的滑配，该滑配中既有用于精密定位的圆柱面配合，又有用于传递转矩的平面配合；进一步优选地，中框组件2分别通过第一方位轴9、第二方位轴10与方位主转轴103相连，之间的连接也优选为包含圆柱面定位及平面传递转矩的滑配；同时，设置在中框组件2内的俯仰轴电机202数量优选为两个，其在中框组件2内的对称分布，以使得在有限的空间范围内，两个小体积力矩电机协同直驱，从而为该伺服系统传动机构提供足够的俯仰驱动力；进一步优选地，俯仰主转轴204、俯仰主转轴205分别作为两台俯仰轴电机202的动力输出轴，其分别与对应的俯仰轴电机202内圈以没有间隙的滑配进行匹配；进一步优选地，外框组件3通过第一俯仰轴8与俯仰主转轴204连接，并以第二俯仰轴11与俯仰主转轴205连接，俯仰轴与俯仰主转轴之间的连接优选都是包含圆柱面定位及平面传递转矩的滑配。

简言之，优选实施例中的伺服系统传动机构的运动形式可简化为两个相互垂直叠加的平行四杆机构。其中，方位平行四杆机构的机架为机构主体1，主动连杆架为中框组件2，连杆为拉杆组件5，从动连杆架为负载组件7；俯仰平行四杆机构的机架为中框组件2，主动连杆架为外框组件3，连杆为拉杆组件5，从动连杆架为负载组件7。即中框组件2既为方位平行四杆机构的主动连架杆，又为俯仰平行四杆机构的机架，就使得方位平行四杆机构的运动可以传递到俯仰平行四杆机构上，从而可实现该伺服系统传动机构方位运动与俯仰运动的耦合；而拉杆组件5同时作为两个相互垂直叠加的平行四杆机构的连杆，是基于拉杆组件5的两端球铰副的空间球面运动实现的，即球铰副的空间球面运动可同时满足方位转动和俯仰转动，外框组件3同时为两个平行四杆机构的从动连杆架，是运动传递的目标件。

其中，方位运动过程为方位轴电机102加载电流信号，输出力矩，驱动中框组件2转动一定的方位角度，带动拉杆组件5平动，使得负载组件7转动相同的方位角度，其中通过方位轴电位计601测量并反馈方位角度位置信号；俯仰运动过程为两个俯仰轴电机202同时加载相同的电流信号，协同输出力矩，驱动外框组件3转动一定的俯仰角度，带动拉杆组件5平动，使得负载组件7转动相同的俯仰角度，并通过俯仰轴电位计203测量并反馈俯仰角度位置信号。

通过设置负载组件7的前端阵面距其回转中心距(即十字轴组件4中心)的回转半径比传统的框架式伺服系统传动机构要小，使得其在狭小的空间范围内能满足方位和俯仰运动的角度要求，且有利于降低负载的转动惯量；进而设置拉杆组件5的数量为4件，以回转轴线为中心均匀分布，增加了该伺服系统传动机构运动的平稳性，并且拉杆组件5对负载组件7的驱动力为力偶，而不是单纯的推力或拉力，减少了负载组件7对十字轴组件4的应力。

中框组件2作为伺服系统传动机构方位运动的传动组件，而外框组件3作为该伺服系统传动机构俯仰运动的传动组件，与传统的框架式伺服系统传动机构的内框俯仰、中框方位刚好相反，这样有利于方位轴电机102的安装，并且保证拉杆组件5分布在负载组件7的四周，远离负载组件7的回转中心，增加力偶的力矩。

进一步地，拉杆组件5由连接杆501连接的两个球铰副组成，其相对运动为空间球面运动，确保了实现负载组件的方位运动与俯仰运动的耦合；且拉杆组件5中球窝503的安装端部设置有定位销孔，并分别用定位销将拉杆组件5与负载组件7、外框组件3定位安装，提高了拉杆组件5的位置精度和重复运动精度，确保了整个伺服系统传动机构的运动精度。

进一步优选地，对中框组件2、外框组件3、十字轴组件4的装配中分别设置了调整垫片为轴系误差补偿环，放松了对其它装配组成环的公差要求，改善了装配工艺性，降低了装配成本；主壳体101、方位轴端盖104、中框201的轴承装配位置设置有工艺拆卸孔，有利于轴承的拆装，并保护轴承及相关零件；且方位轴电机102、第一方位轴9、第二方位轴10、方位轴端盖104、俯仰轴电机202、第一俯仰轴8的安装法兰上均设置有工艺顶丝孔，用于上述部件的拆装，保护相关零部件。

优选实施例中的伺服系统传动机构经过组装后，结构紧凑、运动平稳、调试合格、成功通过了各项力学试验，并且随动运动效果良好，能够满足导引头的功能需要。本装置的设计方法和结构应用不仅限于用于此伺服系统，在类似环境条件下也有借鉴意义。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种导引头伺服系统传动机构，用于带动导引头进行方位运动、俯仰运动或者方位俯仰耦合运动，其特征在于，该传动机构包括：

机构主体(1)，其包括开设有横向通孔的主壳体(101)，所述主壳体(101)的顶部设有用于与负载组件(7)连接的上轴孔(106)，且该主壳体(101)的所述横向通孔中容置有方位主转轴(103)和方位轴电机(102)，所述方位主转轴(103)可在所述方位轴电机(102)带动下转动；

中框组件(2)，其包括呈框形结构并套设在所述机构主体外周上的中框(201)，所述中框(201)一组相对的边框上对应分别开设有通孔，第一方位轴(9)和第二方位轴(10)分别穿过所述通孔而与所述方位主转轴(103)的端部匹配连接，所述方位主转轴(103)可通过该第一方位轴(9)和第二方位轴(10)带动所述中框(201)进行方位运动，且所述中框(201)另一组相对的边框上对应分别开设有用于第一俯仰主转轴(204)和第二俯仰主转轴(205)分别容置其中的通孔，且其中分别设置有用于驱动对应俯仰主转轴的俯仰轴电机(202)；

外框组件(3)，其包括呈框形结构并套设在所述中框组件(2)外周上的外框(301)，所述外框(301)一组相对的边框上分别开设有通孔，第一俯仰轴(8)和第二俯仰轴(11)分别穿过对应边框上的通孔后与第一俯仰主转轴(204)和第二俯仰主转轴(205)匹配连接，所述俯仰轴电机(202)带动对应的俯仰主转轴旋转，可驱动对应的俯仰轴转动而实现所述外框组件(3)的俯仰运动；以及

拉杆组件(5)，所述拉杆组件(5)设置于用于承载导引头的负载组件(7)与所述外框组件(3)之间，其一端连接在所述负载组件(7)底部，另一端连接在所述外框(301)上，所述拉杆组件(5)包括两端连接有球体(502)并形成球铰副的连接杆(501)、对应开设于所述负载组件(7)底部和所述外框(301)上端面上呈半球形的球窝(503)、以及用于与所述球窝(503)匹配连接以实现对所述连接杆(501)端部的所述球体(502)限位的球窝盖(504)，所述外框组件(3)的俯仰运动和/或所述中框组件(2)的方位运动通过该拉杆组件(5)传递到所述负载组件(7)上以带动该负载组件(7)运动，进而可实现所述导引头的方位运动、俯仰运动或者方位俯仰耦合运动。

2.根据权利要求1所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述负载组件(7)与所述机构主体(1)之间以十字轴组件(4)匹配连接，所述十字轴组件(4)设置于所述机构主体(1)顶部，其包括同轴设置于所述上轴孔(106)中的十字短轴(402)、与所述十字短轴(402)垂直相交设置的十字长轴(401)、设置于所述十字长轴(401)和所述十字短轴(402)外周并用于连接所述负载组件(7)的支撑座(403)、以及设置于所述十字短轴(402)两侧端部的十字端盖(405)，所述十字短轴(402)和所述十字长轴(401)可分别绕其轴线转动以配合所述支撑座(403)上的所述负载组件(7)进行方位运动和俯仰运动。

3.根据权利要求1或2所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述第一方位轴(9)或所述第二方位轴(10)的端部设置有方位轴电位计组件(6)，其包括用于测量并反馈所述中框组件(2)进行方位运动所转过角度信息的方位轴电位计(601)和对所述方位轴电位计(601)进行限位的方位轴电位计端盖(602)。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述第一俯仰主转轴(204)或所述第二俯仰主转轴(205)的端部设置有俯仰轴电位计(203)，以用于检测并反馈所述外框组件(3)进行俯仰运动所转过的角度信息。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述外框(301)底部设置有俯仰平衡重(303)，所述中框(201)上设置有方位平衡重(208)，以通过整体配平的方式来实现所述传动机构的静平衡。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述方位轴电位计组件(6)上设置有方位限位柱(603)，用于对所述中框组件(2)的方位运动限位，以使其在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件碰撞干涉。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述中框组件(2)上靠近俯仰主转轴的两侧底部对称设置有俯仰限位柱(206)，用于对所述外框组件(3)的俯仰运动限位，使其在一定的角度范围内转动而不会超出范围与其它零部件碰撞干涉。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述外框(301)上设置有陀螺仪(302)以实现对所述传动机构运行过程中位置状态的监测。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述拉杆组件(5)数量为4组，且其以所述传动机构的回转轴线为中心均匀分布，用于增加传动机构运动的平稳性。

10.根据权利要求1～9中任一项所述的导引头伺服系统传动机构，其中，所述方位轴电机(102)与所述方位主转轴(103)之间、所述方位轴与所述中框(201)及所述方位主转轴(103)之间、所述俯仰轴电机(202)与对应俯仰主转轴之间、或者所述俯仰轴与所述外框(301)及对应俯仰主转轴之间为没有间隙的滑配。