CN107992094A - 两自由度回转机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种两自由度回转机构，包括：基座，包括一容置腔；第一回转平台，设置在基座的第一端，其中心孔与基座的容置腔连通；第一输入轴，与第一回转平台连接，带动第一回转平台转动；支架，固定在第一回转平台上，支架上设有一通孔，通孔位于第一回转平台的中心孔上方；第二回转平台，设置在支架上，第二回转平台与第一回转平台的转动方向垂直；第二输入轴，依次穿过基座、第一回转平台和支架后与第二回转平台连接，用于驱动第二回转平台转动。本发明的两自由度回转机构结构简单合理，避免了用于驱动第二回转平台的第二驱动器随着第一回转平台一起转动，从而降低了机构的总功耗，且保证其运行稳定可靠。

Description

两自由度回转机构

技术领域

本发明涉及角度调节装置的结构设计技术领域，尤指一种两自由度回转机构。

背景技术

太阳能光热发电(CSP，Concentrating Solar Power)是和光伏发电并存的太阳能发电技术。这种技术最有效的方式是利用大规模阵列镜片收集太阳光，再将太阳光投射到一个集中的集热器上，聚集的太阳光通过换热装置生成蒸汽，然后蒸汽推动汽轮机组发电。太阳能光热发电技术直接利用太阳光的热能集中，利用热能生成蒸汽膨胀，通过蒸汽膨胀产生的机械能推动发电机组转换为电能。同时，集中了太阳能热能的换热装置及蒸汽，本身可以贮存热能，在一定时间内没有太阳的情况下仍然能够推动发电机组发电，因此这种技术发电更加稳定，对电网的冲击更小。

由于太阳能光热发电系统中收集热能的集热器处于一个固定的位置，太阳能光板也处于一个固定的位置，而太阳的相对位置每时每刻都在变化，因此太阳能光板都必须固定在一个独立的设备上，此设备必须对太阳能光板的角度进行实时调整，使太阳与镜片的夹角(入射角)和集热器与镜片的夹角(反射角)始终相等，同时反射光的中心线通过集热器的中心。

现有技术已经提出了多种结构的双轴跟踪系统，通过双轴跟踪系统可以有效调节太阳能光板的水平角度和竖直角度，使太阳能光板可以始终对准太阳，从而更充分地吸收太阳光。现有的双轴跟踪系统一般包括一对回转平台及一对驱动器，驱动器通过输入轴驱动相应的回转平台，使回转平台带动太阳能光板在竖直方向或者水平方向转动，现有的双轴跟踪系统中驱动器需要设置在回转平台的附近，这导致一个方向的回转平台带动另一个方向的回转平台转动时，还需要同时带动其驱动器转动，从而增加了总耗功，另外，还会导致系统的运行不够稳定。

因此，本申请人致力于提供一种新型的两自由度回转机构。

发明内容

本发明的目的是提供一种两自由度回转机构，其结构简单，设计合理，且本机构运行稳定，还可以有效降低运行总耗功。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种两自由度回转机构，包括：基座，所述基座包括一容置腔；第一回转平台，设置在所述基座的第一端，且其中心孔与所述基座的容置腔连通；第一输入轴，与所述第一回转平台连接，用于带动所述第一回转平台转动；支架，固定在所述第一回转平台上，且随着所述第一回转平台转动，所述支架上设有一通孔，所述通孔位于所述第一回转平台的中心孔上方；第二回转平台，设置在所述支架上，且所述第二回转平台的转动方向与所述第一回转平台的转动方向垂直；第二输入轴，依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二回转平台连接，用于驱动所述第二回转平台转动。

优选地，所述第二回转平台位于所述第一回转平台的正上方。

优选地，所述第二输入轴包括依次垂直连接的第一子输入轴、第二子输入轴及第三子输入轴，且所述第二子输入轴与所述第一子输入轴、第三子输入轴之间均设有转向器；所述第一子输入轴位于所述基座中，且依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二子输入轴连接；所述第二子输入轴与所述第三子输入轴连接；第三子输入轴与所述第二回转平台连接。

优选地，所述第二输入轴包括平行设置的第一子输入轴和第二子输入轴，所述第一子输入轴和第二子输入轴通过一转向连接件连接，且所述第一子输入轴和第二子输入轴分别与所述转向连接件垂直连接；所述第一子输入轴位于所述基座中，且依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述转向连接件连接；所述第二子输入轴与所述第二回转平台直接连接。

优选地，所述第二回转平台位于所述第一回转平台的一侧。

优选地，所述第二输入轴包括第一子输入轴，所述第一子输入轴位于所述基座中，所述第一子输入轴依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二回转平台直接连接。

优选地，所述第二输入轴包括垂直连接的第一子输入轴和第二子输入轴，且二者之间设有转向器，所述第一子输入轴位于所述基座中，依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二子输入轴连接，所述第二子输入轴与所述第二回转平台直接连接。

优选地，所述两自由度回转机构还包括：第一驱动器，与所述第一输入轴连接，用于驱动所述第一输入轴转动；第二驱动器，位于所述基座的外侧，与所述第二输入轴连接，用于驱动所述第二输入轴转动；第三输入轴，通过转向器与所述第二输入轴垂直连接，用于连接所述第二输入轴与所述第二驱动器；所述基座的侧壁上设有用于所述第三输入轴穿过的通孔。

优选地，所述两自由度回转机构还包括：盖体，设置在所述基座的侧壁上，用于封闭所述基座的侧壁上的通孔。

优选地，所述两自由度回转机构还包括：第一驱动器，与所述第一输入轴连接，用于驱动所述第一输入轴转动；第二驱动器，位于所述基座的容置腔内或所述基座的下方，与所述第二输入轴直接连接。

本发明的两自由度回转机构可以实现以下至少一种有益效果。

1、本发明的两自由度回转机构中第二回转平台在垂直方向上转动时，同时还在第一回转平台的带动下在水平方向上转动，从而本发明的两自由度回转机构通过第一回转平台和第二回转平台的配合来实现被驱动机构在一对垂直的方向上的角度调节，两自由度回转机构中与第一回转平台连接的第一输入轴可以直接设置在第一回转平台附近，与第二回转平台连接的第二输入轴则设置在基座中，并依次穿过基座、第一回转平台和支架，这样设置可以改变用于驱动第二回转平台的第二驱动器的安装方式，使第二驱动器不需要安装在支架上随第一回转平台转动，从而降低系统的能耗，并且，第二输入轴在第一回转平台中转动时不会对第一回转平台的运行造成干扰，有效保障了两自由度回转机构的运行稳定性。

2、本发明的两自由度回转机构可以将第二回转平台设置在第一回转平台的上方，此时，第一回转平台和第二回转平台的中心轴相交，也就是说这两个回转平台的重心均位于第一回转平台的转动轴线上，这样设置进一步保证了两自由度回转机构的运行稳定性。

3、本发明的两自由度回转机构中第二回转平台在第一回转平台正上方时，第二输入轴可以由多个子输入轴组成，还可以由子输入轴和皮带组成，与第二回转平台直接连接的子输入轴相对于第一回转平台的转动平面垂直，这样设置时，第二输入轴结构灵活多样，且稳固牢靠。

4、本发明的两自由度回转机构第二回转平台还可以位于第一回转平台的一侧，也就是说，两个回转平台的轴线之间相互偏离，具有间隙，在这种情况下，第二输入轴可以选择只有一个子输入轴的结构，也就是说，第二输入轴穿过基座、第一回转平台及支架后直接与第二回转平台连接，这样设置简化了第二输入轴的结构，从而避免了多个子输入轴之间的传动，增大了第二输入轴对第二回转平台的传动效率，且运行更为稳定。

5、本发明的两自由度回转机构中第二回转平台位于第一回转平台的一侧时，第二输入轴还可以设置一对垂直连接的子输入轴，此时，与第二回转平台直接连接的子输入轴平行于第一回转平台的转动平面，这样设置时，第二输入轴的结构较为简单，传动效率较高，运行较为稳定。

6、本发明的两自由度回转机构中用于驱动第一回转平台的第一驱动器可以直接设置在第一回转平台附近，而用于驱动第二回转平台的第二驱动器则可以设置在基座外侧、基座中或基座下方，这样设置避免了第二驱动器设置在第二回转平台附近，并随着第一回转平台转动，从而降低了能耗，且加强了两自由度回转机构的运行稳定性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明的两自由度回转机构的一种具体实施例的结构示意图；

图2是图1中所示的两自由度回转机构的分解结构示意图；

图3是图2中所示的两自由度回转机构的局部放大结构示意图；

图4是本发明的两自由度回转机构的另一种具体实施例的结构示意图；

图5是图4中所示的两自由度回转机构的分解结构示意图；

图6是本发明的两自由度回转机构的另一种具体实施例的结构示意图；

图7是图6中所示的两自由度回转机构的分解结构示意图。

附图标号说明：

基座10，第一回转平台20，第一输入轴30，支架40，底板41，盒体42，第二回转平台50，第二输入轴60，第一子输入轴61，第二子输入轴62，转向连接件63，第三输入轴70，转向器80，盖体90，第一自由度的方向A，第一输入轴的转向B，第二自由度的方向C，第三输入轴的转向D。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例一

结合图1至3所示，本具体实施例公开了一种两自由度回转机构，包括：基座10，基座10包括一容置腔，在本实施例中，容置腔为基座中一个通孔，且此通孔沿着基座的中心轴方向设置；第一回转平台20，设置在基座10的第一端(如图1所示的基座10的上端)，第一回转平台20的中心孔与基座10的容置腔连通，如图3所示，第一回转平台20产生的第一自由度的方向为A；第一输入轴30，与第一回转平台20连接，用于带动第一回转平台20转动，如图3所示，第一输入轴30的转向为B。

两自由度回转机构还包括：支架40，固定在第一回转平台20上，且随着第一回转平台20转动，支架40上设有一通孔，通孔位于第一回转平台20的中心孔上方；第二回转平台50，设置在支架40上，且第二回转平台50的转动方向与第一回转平台20的转动方向垂直，如图3所示，第二回转平台50产生的第二自由度的方向为C；第二输入轴60，依次穿过基座10的容置腔、第一回转平台20的中心孔和支架40上的通孔后与第二回转平台50连接，用于驱动第二回转平台50转动。

在本实施例中，第二回转平台50位于第一回转平台20的一侧，也就是说，第二回转平台50的中心轴线与第一回转平台20的中心轴线不相交，而是具有一定的间隙。

具体的，第二输入轴60包括第一子输入轴，第一子输入轴位于基座10中，第一子输入轴依次穿过基座10的容置腔、第一回转平台20的中心孔和支架40上的通孔后与第二回转平台50直接连接。这种形式的第二输入轴结构简单，传动效率高。

在本实施例中，两自由度回转机构还包括：第一驱动器(图中未示出)，与第一输入轴30连接，用于驱动第一输入轴30转动，从而驱动第一回转平台20转动；第二驱动器(图中未示出)，位于基座10的外侧，通过第三输入轴70与第二输入轴60连接，第二驱动器驱动第三输入轴转动，第三输入轴驱动第二输入轴转动，第二输入轴进一步驱动第二回转平台转动。

具体的，两自由度回转机构还包括第三输入轴70，第三输入轴70用于连接第二输入轴60与第二驱动器，第三输入轴70具体通过转向器80与第二输入轴60垂直连接，如图3所示，第一输入轴30的转向为B。基座10的侧壁上设有用于第三输入轴70穿过的通孔，两自由度回转机构还包括一用于封闭此通孔的盖体90。第三输入轴穿过基座的侧壁及盖体向基座外延伸，并与设置在基座外侧的第二驱动器连接。

在本实施例中，第一回转平台和第二回转平台配合可以实现外部被驱动机构在两个垂直自由度上的运转。另外，第一驱动器可以设置在第一回转平台的附近，第二驱动器则设置在与第二回转平台具有一定距离的基座外侧，因此，第二驱动器不会跟随第二回转平台一起转动，从而降低了能耗，且提升了机构的运行稳定性。本实施例中的两自由度回转机构结构简单，传动效率高，运行可靠。

实施例二

如图4、5所示，实施例二中公开的两自由度回转机构的结构与实施例一基本相同，在本实施例中，第二回转平台50同样位于第一回转平台20的一侧，不同之处在于，实施例二中的第二输入轴60的具体结构与实施例一不同。

在本实施例中，第二输入轴60包括垂直连接的第一子输入轴和第二子输入轴，且二者之间设有转向器80，第一子输入轴位于基座10中，依次穿过基座10的容置腔、第一回转平台20的中心孔和支架40上的通孔后与第二子输入轴连接，第二子输入轴与第二回转平台50直接连接。其中，第二子输入轴与第一回转平台20的转动方向平行。

具体的，本实施例中的支架包括底板41及设置在底板上的盒体42，底板41与第一回转平台20固定连接，盒体42上设有用于第一子输入轴61和第二子输入轴62穿过的通孔，第一子输入轴61和第二子输入轴62在盒体42中通过转向器80连接，这样设置可以保护第二输入轴60的结构稳定性。

实施例二中公开的两自由度回转机构与实施例一相比，第二输入轴的结构略复杂。

实施例三

实施例三中公开的两自由度回转机构的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，第一回转平台和第二回转平台的相对位置设置以及第二输入轴的具体结构。

在本实施例中，第二回转平台位于第一回转平台的正上方，也就是说，第一回转平台和第二回转平台的轴线相交，且二者的重心位于均位于第一回转平台的中心轴上，这样可以使两自由度回转机构的整体结构更为稳定，且机构的运行更为可靠。

在本实施例中，第二输入轴具体包括依次垂直连接的第一子输入轴、第二子输入轴及第三子输入轴，且第二子输入轴与第一子输入轴、第三子输入轴之间均设有转向器。其中，第一子输入轴位于基座中，且依次穿过基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与第二子输入轴连接；第二子输入轴与第三子输入轴连接；第三子输入轴与第二回转平台连接。

相比于实施例一、二，实施例三中公开的两自由度回转机构的运行更为稳定可靠。

实施例四

如图6、7所示，实施例四中公开的两自由度回转机构的结构与实施例三基本相同，在本实施例中，第二回转平台50同样位于第一回转平台20的正上方，不同之处在于，实施例四中的第二输入轴60的具体结构与实施例三不同。

在本实施例中，第二输入轴60具体包括平行设置的第一子输入轴和第二子输入轴，第一子输入轴和第二子输入轴通过一转向连接件连接，且第一子输入轴和第二子输入轴分别与所述转向连接件垂直连接；第一子输入轴位于基座10中，且依次穿过基座10的容置腔、第一回转平台20的中心孔和支架40上的通孔后与转向连接件63连接；第二子输入轴与第二回转平台50直接连接。本实施例中的第一子输入轴、转向连接件、第二子输入轴与实施例三中的第一子输入轴、第二子输入轴、第三子输入轴依次对应。在本实施例中，转向连接件具体为转向皮带。当然，在其他实施例中，转向连接件还可以具体设为齿轮、链条或者软轴等。

相比于实施例一、二，实施例四中公开的两自由度回转机构的运行更为稳定可靠。

实施例五

实施例五中公开的两自由度回转机构的结构与实施例一基本相同，不同之处在于，实施例五中的第二驱动器的具体安装位置与实施例一不同。

在本实施例中，两自由度回转机构中的第二驱动器设置在基座的容置腔内或基座的下方，与第二输入轴直接连接。相应的，本实施例中的两自由度回转机构就不需要在基座的侧壁上设置通孔，还可以省去另外设置第三输入轴及密封通孔的盖体。

由上述实施例中的附图中可知，第一回转平台和第一输入轴组成一个回转减速器，第二回转平台和第二输入轴同样组成一个回转减速器，需要说明的是，在其他实施例中，不一定采用回转减速器，其中第一回转平台和第二回转平台均可以根据需要选择其他形式的结构，只要其可以调节两个不同方向上的自由度即可。

当然了，在其他具体实施例中，本发明的两自由度回转机构中第一回转平台与第二回转平台的相对位置可以根据需要进行设置；第二输入轴的具体结构也可以根据两个回转平台之间的相对位置做相应的调整；支架的具体结构也可以随着第二输入轴的具体结构做相应的调整，此处不再赘述。

示例性的，如图1至3所示，本发明的两自由度回转机构的实施例一的具体应用情况如下：

第一驱动器驱动第一输入轴30转动，第一输入轴30驱动第一回转平台20转动，第一回转平台20带动外部被驱动机构以及第二回转平台60在第一自由度的方向A上转动。

第二驱动器驱动第三输入轴70转动，第三输入轴70进一步带动第二输入轴60转动，第二输入轴60进而带动第二回转平台50转动，第二回转平台50再带动外部被驱动机构在第二自由度的方向C上转动。并且，由于第二输入轴60穿过第一回转平台的中心孔，因此，第二输入轴60转动时并不影响第一回转平台20的转动，也就是说，第二回转平台的传动并与影响第一回转平台的转动。

本发明的两自由度回转机构结构简单，设计合理，可以有效避免驱动第二回转平台的第二驱动器设置在第二回转平台附近，从而避免了第二驱动器随着第一回转平台一起转动，从而降低了机构的总功耗，还可以有效保证两自由度回转机构的运行稳定可靠。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种两自由度回转机构，其特征在于，包括：

基座，所述基座包括一容置腔；

第一回转平台，设置在所述基座的第一端，且其中心孔与所述基座的容置腔连通；

第一输入轴，与所述第一回转平台连接，用于带动所述第一回转平台转动；

支架，固定在所述第一回转平台上，且随着所述第一回转平台转动，所述支架上设有一通孔，所述通孔位于所述第一回转平台的中心孔上方；

第二回转平台，设置在所述支架上，且所述第二回转平台的转动方向与所述第一回转平台的转动方向垂直；

第二输入轴，依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二回转平台连接，用于驱动所述第二回转平台转动。

2.如权利要求1所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二回转平台位于所述第一回转平台的正上方。

3.如权利要求2所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二输入轴包括依次垂直连接的第一子输入轴、第二子输入轴及第三子输入轴，且所述第二子输入轴与所述第一子输入轴、第三子输入轴之间均设有转向器；

所述第一子输入轴位于所述基座中，且依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二子输入轴连接；

所述第二子输入轴与所述第三子输入轴连接；

所述第三子输入轴与所述第二回转平台连接。

4.如权利要求2所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二输入轴包括平行设置的第一子输入轴和第二子输入轴，所述第一子输入轴和第二子输入轴通过一转向连接件连接，且所述第一子输入轴和第二子输入轴分别与所述转向连接件垂直连接；

所述第一子输入轴位于所述基座中，且依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述转向连接件连接；

所述第二子输入轴与所述第二回转平台直接连接。

5.如权利要求1所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二回转平台位于所述第一回转平台的一侧。

6.如权利要求5所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二输入轴包括第一子输入轴，所述第一子输入轴位于所述基座中，所述第一子输入轴依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二回转平台直接连接。

7.如权利要求5所述的两自由度回转机构，其特征在于：

所述第二输入轴包括垂直连接的第一子输入轴和第二子输入轴，且二者之间设有转向器，所述第一子输入轴位于所述基座中，依次穿过所述基座的容置腔、第一回转平台的中心孔和支架上的通孔后与所述第二子输入轴连接，所述第二子输入轴与所述第二回转平台直接连接。

8.如权利要求1至7中任一项所述的两自由度回转机构，其特征在于，还包括：

第一驱动器，与所述第一输入轴连接，用于驱动所述第一输入轴转动；

第二驱动器，位于所述基座的外侧，与所述第二输入轴连接，用于驱动所述第二输入轴转动；

第三输入轴，通过转向器与所述第二输入轴垂直连接，用于连接所述第二输入轴与所述第二驱动器；

所述基座的侧壁上设有用于所述第三输入轴穿过的通孔。

9.如权利要求8所述的两自由度回转机构，其特征在于，还包括：

盖体，设置在所述基座的侧壁上，用于封闭所述基座的侧壁上的通孔。

10.如权利要求1至7中任一项所述的两自由度回转机构，其特征在于，还包括：

第一驱动器，与所述第一输入轴连接，用于驱动所述第一输入轴转动；

第二驱动器，位于所述基座的容置腔内或所述基座的下方，与所述第二输入轴直接连接。