CN108306450B - 线角耦合驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种线角耦合驱动机构。主要解决现有既转动又移动的运动头由两个动力源控制时的运动头质量偏大、结构复杂、动力配置浪费等技术问题。本发明驱动机构包括至少一个支架，所述支架中至少具有一导轨；一移动座可移动地设置在所述导轨上；所述移动座上枢接一转动头；所述转动头包括转轴和至少一个被动轮，所述被动轮与所述转轴同轴设置；其特征在于：所述线角耦合驱动机构还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由第二动力源驱动的第二驱动轮；第一动力源和第二动力源固定在支架上，所述第一驱动轮、第二驱动轮分别同时与所述被动轮的相对侧啮合，并共同驱动转动头沿所述轨道移动和沿所述转轴转动的复合运动。本发明可用于3D打印机,CNC,激光雕刻机等。

Description

线角耦合驱动机构

技术领域

本发明涉及一种转动(转角运动)和移动（线性运动）的驱动机构，特别涉及一种线角耦合驱动机构。

背景技术

在现有很多自动控制装置或机构中存在既转动又移动的运动头，例如CNC中的铣刀轴、雕刻机中的雕刻头、PCB表面帖装（SMT）机器中的吸嘴、一些机器人的机械手臂和多喷嘴FDM 3D打印机中的喷头，等等。

这些运动头的转动和移动是分别通过两个不同的电机（或称马达）驱动的。其中，一个电机驱动运动头平移（是指沿某一个方向的移动。如果需要驱使运动头做多个方向移动，可能还需要进一步增加垂直方式的导轨和平移驱动电机），另一个电机驱动运动头转动。

现有技术中，运动头的转动驱动电机随着运动头一起运动，这种结构设计使得运动头的惯量大，会大大影响运动头的响应速度和定位精度。而且运动头的结构复杂，驱动电机随运动头一起运动导致线束布置繁琐，不利于提升可靠性和降低成本。

另外，当运动头处于仅转动或仅平移的工作状态时，只有其中的一个电机在工作状态，另一个电机处于闲置状态。由于上述结构设计的限制，闲置的电机的驱动力不能对另一个工作的电机提供帮助，使得电机的动力配置存在浪费。即：为了确保两个电机在各自的工作状态中向运动头提供足够的动力，必须分别配置二个较大功率的电机。

发明内容

本发明的目的是提供一种线角耦合驱动机构，来解决上述各技术问题。

本发明的技术方案为：一种线角耦合驱动机构，包括至少一个支架，所述支架中至少具有一导轨；一移动座可移动地设置在所述导轨上；所述移动座上枢接一转动头；所述转动头包括转轴和至少一个被动轮，所述被动轮与所述转轴同轴设置；其特征在于：所述线角耦合驱动机构还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由第二动力源驱动的第二驱动轮；所述第一动力源和所述第二动力源固定在所述支架上；所述第一驱动轮、所述第二驱动轮分别同时与所述被动轮的相对侧啮合，并共同驱动所述转动头沿所述导轨移动和沿所述转轴转动的复合运动。

被动轮可以采用涡轮或斜齿轮，驱动轮可以采用蜗杆或斜齿轮。优选的，所述被动轮为涡轮，驱动轮为蜗杆；或者，被动轮和驱动轮均为斜齿轮。被动轮可为两个，一个被动轮为涡轮，与其啮合的驱动轮为蜗杆，另一个被动轮为斜齿轮，与其啮合的驱动轮为斜齿轮。转动头的轴线与导轨垂直或成角度设置。

在所述转轴与所述移动座之间设有轴承。

所述导轨与所述移动座的匹配方式为下述之一：钢棒配合直线轴承、滚动式或滑动式直线导轨、凹槽与凸台滑动配合。

线角耦合驱动机构可采用多个组合形式，可以是下述方式之一：

一种线角耦合驱动机构的组合结构，包括二个所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的转动头与另一个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮或第二驱动轮同轴固定连接，和/或，一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的支架固定连接。

一种线角耦合驱动机构的组合结构，包括二个所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的被动轮与另一个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮或第二驱动轮相互啮合，和/或，一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的支架固定连接。

另一种变化结构：一种线角耦合驱动机构的组合结构，包括二个所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的转动头与另一个所述线角耦合驱动机构的转动头同轴固定连接，和/或，一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的移动座固定连接。在每一所述线角耦合驱动机构的所述支架上分别设置用作所述支架移动导向的外导轨。

三个线角耦合驱动机构的组合结构；第一个所述线角耦合驱动机构的转动头与第二个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮同轴固定连接；第三个所述线角耦合驱动机构的转动头与第二个所述线角耦合驱动机构的第二驱动轮同轴固定连接。进一步的，第三个所述线角耦合驱动机构的导轨，上述导轨与第一个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨所在的平面垂直、或平行、或相互呈倾斜夹角。另一种三维结构为：第一个所述线角耦合驱动机构的支架上设置用作对所述支架移动导向的第一外导轨，第三个所述线角耦合驱动机构的支架上设置用作对所述支架移动导向的第二外导轨；所述第一外导轨与第一个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨所在的平面垂直；所述第二外导轨与第三个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨所在的平面垂直。

本发明的有益效果： 本发明的线角耦合驱动机构，由于上述结构设计，与现有技术相比，具有以下优点：

1、第一动力源和第二动力源可以同时参与对转动头的移动驱动和转动驱动；即，第一动力源参与驱动转动头的转动，同时也参与驱动转动头的移动；第二动力源参与驱动转动头的转动，同时也参与驱动转动头的移动。这样，对整个驱动机构来说，动力的利用率得到提高，在不增加电机的数量或总功率的前提下提高了对转动头转动的驱动扭矩或位移的驱动力。换句话说，在对转动头提供相同的驱动扭矩或位移驱动力的前提下，可以降低驱动机构的总功率。

2、第一动力源、第二动力源分别与支架（或固定在支架上的导轨）固定连接，不参与移动座的移动或转动头的转动。与现有技术中将动力源与移动座固定的结构相比，本发明的结构设计，简化了运动头的结构，减轻了运动头的质量和运动惯量，有利于提高运动头的反馈速度和定位精度，也有利于动力源（如采用电机进行旋转驱动）的导线连接和布置。

3、本发明具有更广泛的应用性。本发明可以根据不同的需要调整结构，或将多个这种二自由度运动的线角耦合驱动机构进行组合，形成具有更多自由度运动的传动和驱动结构。

4、本发明由于上述结构设计，在增加动力源（如采用电机进行旋转驱动）的动力时几乎不会导致运动头的质量增加。因此，在不降低运动头的既有反馈速度和定位精度的前提下，可以通过增加动力源（如采用电机进行旋转驱动）的功率或扭矩等来进一步增加转动头的运动加速度或速度。

附图说明

图1为本发明实施例1立体结构示意图。

图2为图1中转动头轴线处且沿导轨方向的剖视结构示意图。

图3为图1所示实施例的运动过程示意图。

图4为本发明实施例2立体结构示意图。

图5为图4中转动头轴线处且沿导轨方向的剖视结构示意图。

图6为本发明实施例3立体结构示意图。

图7为本发明实施例4立体结构示意图。

图8为本发明实施例5立体结构示意图。

图9为本发明实施例6立体结构示意图。

图10为图9所示实施例的运动过程示意图。

图11为本发明实施例7立体结构示意图。

图12为本发明实施例8立体结构示意图。

图13为本发明实施例9立体结构示意图。

图14为本发明实施例10立体结构示意图。

附图标号说明：

1-支架；11-导轨；

21-移动座；22-转动头；221-被动轮；2211-第一被动轮；2212-第二被动轮；222-转轴；

31-第一驱动轮；32-第二驱动轮；

41-第一动力源；42-第二动力源；

5-轴承；

61-第一外导轨；62-第二外导轨；

71-第一线角耦合驱动机构；71-1-第一线角耦合驱动机构的支架；71-11-第一线角耦合驱动机构的导轨；71-21-第一线角耦合驱动机构的移动座；71-22-第一线角耦合驱动机构的转动头；71-221-第一线角耦合驱动机构的被动轮；71-31-第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮；71-32-第一线角耦合驱动机构的第二驱动轮；71-41-第一线角耦合驱动机构的第一动力源；71-42-第一线角耦合驱动机构的第二动力源；

72-第二线角耦合驱动机构；72-1-第二线角耦合驱动机构的支架；72-11-第二线角耦合驱动机构的导轨；72-21-第二线角耦合驱动机构的移动座；72-22-第二线角耦合驱动机构的转动头；72-221-第二线角耦合驱动机构的被动轮；72-31-第二线角耦合驱动机构的第一驱动轮；72-32-第二线角耦合驱动机构的第二驱动轮；72-41-第二线角耦合驱动机构的第一动力源；72-42-第二线角耦合驱动机构的第二动力源；

73-第三线角耦合驱动机构；73-1-第三线角耦合驱动机构的支架；73-11-第三线角耦合驱动机构的导轨；73-21-第三线角耦合驱动机构的移动座；73-22-第三线角耦合驱动机构的转动头；73-221-第三线角耦合驱动机构的被动轮；73-31-第三线角耦合驱动机构的第一驱动轮；73-32-第三线角耦合驱动机构的第二驱动轮；73-41-第三线角耦合驱动机构的第一动力源；73-42-第三线角耦合驱动机构的第二动力源。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

实施例1，本发明提供了一种线角耦合驱动机构，包括支架1，运动头，驱动轮和动力源，如图1到图3所示。在支架1上至少设置有导轨11，在一些实施例中导轨11可与支架1制成一体。支架1可以设置在导轨11的两端，或者仅设置在导轨11的一端。支架1与导轨11固定连接后为其他部件提供机械支撑和运动导向作用。第一动力源41和第二动力源42固定在支架1上，第一动力源41驱动第一驱动轮31转动，第二动力源42驱动第二驱动轮2转动。当然，也可以在第一驱动轮或第二驱动轮的另一端设置动力源。

运动头包括移动座21、和枢接(可转动的设置在)在移动座21上的转动头22，转动头22包括被动轮221和转轴222，被动轮221与转轴222同轴设置，可相对转动或相互固连，转轴222与被动轮221可一体结构，也可以为分体结构、分体制造。移动座21可沿导轨11移动。转动头22随移动座21一同沿导轨11移动的同时，还可相对移动座21转动。如图1和图2所示，其中图2是图1在转动头轴线处且沿导轨11方向的剖视结构示意图，图中省去支架和导轨部分。第一驱动轮31和第二驱动轮32通过各自旋转，在被动轮221的相对侧与被动轮221进行啮合，驱动被动轮221转动。所谓相对侧是指第一驱动轮31和第二驱动轮32在被动轮221上的2个啮合位置处的2个作用力的方向相反且大小相同时整个线角耦合驱动机构不会锁死。即第一驱动轮31和第二驱动轮32不可以在被动轮221的完全同侧的位置处与被动轮221啮合。最优的，第一驱动轮31的轴线和第二驱动轮32的轴线平行，并且与导轨11也平行，且第一驱动轮31和第二驱动轮32分别在被动轮221正对两侧的位置处与被动轮221啮合。进一步的，为了降低被动轮221转动的阻力，可以在转轴222与移动座21之间设置轴承5，或者将此轴承5设置在转轴222与被动轮221之间，轴承5非本发明的必要部件。

图3示意此实施例的运动过程。驱动轮驱动转动头22转动时的旋向与啮合副中齿的旋向有关，不失一般性，这里不妨假设驱动轮顺时针转动时驱动转动头22顺时针转动，并如图3中定义第一驱动轮31和第二驱动轮32，以及如图3中第一驱动轮31和第二驱动轮32上方的箭头所示的旋转方向为顺时针方向。则此线角耦合运动单元可以按表1所述的各运动状态进行运动。表1中所述的向左是指朝向图3所示的第二动力源42的方向，向右是指朝向图3所示的第一动力源41的方向。啮合副中齿旋向的其他假设形式可以做类似的运动状态关系推导。

第一驱动轮31和第二驱动轮32都顺时针转动，如图3中在第一驱动轮31和第二驱动轮32上方的箭头所示，同时假设第一驱动轮31的转动速度大于第二驱动轮32的转动速度。第一驱动轮31和第二驱动轮32分别与被动轮221的相对侧啮合，驱动被动轮221顺时针转动。同时由于第一驱动轮31的转动速度大于第二驱动轮32的转动速度，从而同时带动被动轮221沿导轨11向左移动。被动轮221和移动座21如图中箭头所示向左运动到图1所示的位置，同时被动轮221如图3中其上方的箭头所示顺时针转动。上述的一种运动状态相当于表1中的运动状态5。关于本发明所提出的线角耦合驱动机构的被动轮221或转动头22的运动状态（位移和旋转的状态）与2个驱动轮的运动状态（旋转）的各种关系可参看表1。

本发明所提出的线角耦合驱动机构的被动轮221和驱动轮之间的啮合可以是任意能实现交叉轴传动的齿轮啮合副。例如被动轮221可以采用涡轮，对应的，驱动轮采用蜗杆，形成涡轮蜗杆副，或者被动轮221和驱动轮都采用斜齿轮，形成斜齿轮啮合副。涡轮蜗杆副一般容易实现较大的传动比，利于提升被动轮221转角的精度或更大驱动扭矩，并提升结构紧凑性；另外通过自锁，即只能蜗杆驱动涡轮，不能反向涡轮驱动蜗杆，还可提升定位的稳定性或安全保护。斜齿轮副容易实现较小的传动比，且增、减速均可，便于驱动被动轮221快速旋转或移动，快速响应，提升灵活性。

表1

实施例2，参照图4，与图1所示实施例不同之处在于设置2个被动轮且沿转轴轴向错开同轴固定连接。第一被动轮2211和第二被动轮2212可以具有相同的参数，便于简化结构。但也可具有不同的参数，如图5所示，图5是图4在转动头22轴线处且沿导轨11方向的剖视结构示意图，图中省去支架和导轨部分。例如第一被动轮2211和第二被动轮2212具有不同的直径，不同的齿数或模数。这样可以更加灵活的根据不同应用调整线角耦合驱动机构的设计。例如，假设第一被动轮2211的齿数小于第二被动轮2212的齿数，如果第一驱动轮31和第二驱动轮32的齿数或头数相同，则第二驱动轮32驱动第二被动轮2212转动更容易获得精确的转角或位移精度，而通过第一驱动轮31驱动第一被动轮2211可更容易获得快速的相应速度。

实施例3，如图6所示的实施例立体结构图，与图1所示实施例的差异在于由被动轮221和转轴222组成的转动头22的轴线与导轨11形成倾斜的夹角。让本发明的线角耦合驱动机构具有更广的灵活调整和适应能力。

本发明所提出的线角耦合驱动机构可对转动头22进行旋转和移动的复合驱动和控制。且第一动力源41和第二动力源42可以相互“借力”，在不增加电机数量的情况下可实现对旋转或移动的驱动力的提升。同时电机不固定到移动座21上，运动部件的惯量更小，利于提升移动速度和定位精度。整体结构紧凑简洁。应用范围广。

实施例4，如图7所示，本发明还提供了采用上述线角耦合驱动机构的组合结构。这种线角耦合驱动机构的组合结构包括二个上述线角耦合驱动机构，即第一线角耦合驱动机构71和第二线角耦合驱动机构72。其中，第二线角耦合驱动机构的转动头72-22作为第一线角耦合驱动机构71的第一动力源来带动第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31转动。第一线角耦合驱动机构的第二动力源71-42依然示例为电机。第二线角耦合驱动机构的转动头72-22可以通过转轴来带动第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31转动，也可以将第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31与第二线角耦合驱动机构的转动头72-22制成一体的方式，直接驱动第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31。

或者，将第一线角耦合驱动机构的支架71-1与第二线角耦合驱动机构的移动座72-21固定连接。当然也可以同时将第二线角耦合驱动机构的转动头72-22与第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31同轴固连。最优的，第一线角耦合驱动机构的导轨71-11与第二线角耦合驱动机构的导轨72-11相互垂直。当然第一线角耦合驱动机构的导轨71-11与第二线角耦合驱动机构的导轨72-11还可以设置形成其他的夹角。具体可根据实际应用调整。

实施例5，如图8所示，提出另一种线角耦合驱动机构的组合结构。与实施例4不同处在于，第二线角耦合驱动机构的被动轮72-221通过与第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31啮合的方式驱动第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31转动。通过此方式，第二线角耦合驱动机构的第一动力源72-41或第二线角耦合驱动机构的第二动力源72-42到第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的驱动力或速度可以进行调整，增加应用的灵活性和适应性。同时也可以将第二线角耦合驱动机构的移动座72-21与第一线角耦合驱动机构的支架71-1固定连接。

通过上述的组合，可以扩展第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的运动自由度数量。例如，如果将第二线角耦合驱动机构的支架72-1固定，第二线角耦合驱动机构的转动头72-22或第二线角耦合驱动机构的移动座72-21可以带动整个第一线角耦合驱动机构71沿第二线角耦合驱动机构的导轨72-11进行移动。第一线角耦合驱动机构的转动头71-22受3个动力源:第一线角耦合驱动机构的第二动力源71-42、第二线角耦合驱动机构的第一动力源72-41、第二线角耦合驱动机构的第二动力源72-42的共同驱动，可以进行3个自由度的运动，如图7或图8所示，分别是相对第一线角耦合驱动机构的移动座71-21的转动A，以及随第一线角耦合驱动机构的移动座71-21沿X和Y箭头方向的移动。X方向运动是受第一线角耦合驱动机构的导轨71-11的约束，Y方向的运动是受第二线角耦合驱动机构的导轨72-11的约束。图7或图8中箭头方向仅为示意。

实施例6，如图9所示，提出了3个线角耦合驱动机构的组合结构，与实施例4不同之处是增加了第三线角耦合驱动机构73，且进一步的将实施例4中的第一线角耦合驱动机构的第二动力源71-42由图9中的第三线角耦合驱动机构的转动头73-22所替代。第三线角耦合驱动机构73的导轨73-11，上述导轨与第一线角耦合驱动机构71的导轨71-11、第二线角耦合驱动机构72的导轨72-11所在的平面平行。图9中所示的四个动力源：第二线角耦合驱动机构的第一动力源72-41、第二线角耦合驱动机构的第二动力源72-42、第三线角耦合驱动机构的第一动力源73-41、第三线角耦合驱动机构的第二动力源73-42共同驱动第一线角耦合驱动机构的转动头71-22进行运动。相比实施例4，第一线角耦合驱动机构71可以增加一个摆动自由度，即第一线角耦合驱动机构71与第二线角耦合驱动机构72或第三线角耦合驱动机构73的夹角可以发生变化，这是因为第二线角耦合驱动机构72驱动第二线角耦合驱动机构的转动头72-22沿Y1方向（导轨72-11约束的运动方向）移动，第三线角耦合驱动机构73驱动第三线角耦合驱动机构的转动头73-22沿Y2方向（导轨73-11约束的运动方向）移动，如果两个的移动速度不相同，则第一线角耦合驱动机构71会发生摆动运动。但如果约束第二线角耦合驱动机构的导轨72-11与第三线角耦合驱动机构的导轨73-11保持平行，且第一线角耦合驱动机构的导轨71-11与第二线角耦合驱动机构的导轨72-11保持垂直状态，即约束第二线角耦合驱动机构72驱动第二线角耦合驱动机构的转动头72-22沿Y1方向移动与第三线角耦合驱动机构73驱动第三线角耦合驱动机构的转动头73-22沿Y2方向移动的速度始终一致，则4个动力源有1个冗余。但此结构方式可以为第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的运动带来更大的驱动力，而且使得第一线角耦合驱动机构71沿Y（约定Y=Y1=Y2）方向的移动更加平稳，整体结构更加稳固可靠。

图10是实施例6所示线角耦合驱动机构的组合结构的一种驱动状态下的运动状态示意图，通过一个具体的驱动实例来说明此组合结构各动力源对第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的驱动过程。其他的运动状态可类似分析。最优的，设第二线角耦合驱动机构的导轨72-11与第三线角耦合驱动机构的导轨73-11平行，并与第一线角耦合驱动机构的导轨71-11垂直，每个线角耦合驱动机构的驱动轮轴线都分别与各自的导轨平行。如图10中的箭头所示，设第二线角耦合驱动机构的第一驱动轮72-31和第二线角耦合驱动机构的第二驱动轮72-32都顺时针转动，第三线角耦合驱动机构的第一驱动轮73-31和第三线角耦合驱动机构的第二驱动轮73-32都逆时针转动。设第二线角耦合驱动机构的第一驱动轮72-31的转动速度大于第二线角耦合驱动机构的第二驱动轮72-32的转动速度，所以其第二线角耦合驱动机构的转动头72-22顺时针转动的同时沿箭头Y所示的方向移动。设第三线角耦合驱动机构的第一驱动轮73-31的转动速度小于第三线角耦合驱动机构的第二驱动轮73-32的转动速度，所以第三线角耦合驱动机构的转动头73-22逆时针转动的同时沿箭头Y所示的方向移动。第二线角耦合驱动机构的转动头72-22带动第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31顺时针转动，第三线角耦合驱动机构的转动头73-22带动第一线角耦合驱动机构的第二驱动轮71-32逆时针转动，第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31和第一线角耦合驱动机构的第二驱动轮71-32分别如前述或表1所示的方式驱动第一线角耦合驱动机构的转动头71-22沿箭头X所示的方向移动。如果进一步设第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31的转速大于第一线角耦合驱动机构的第二驱动轮71-32转速，则驱动第一线角耦合驱动机构的转动头71-22同时顺时针转动。第一线角耦合驱动机构的转动头71-22可被由图10所示的位置驱动到图9所示的位置和图10中旋转示意箭头A所示的旋转状态。

实施例7，如图11所示的线角耦合驱动机构组合结构与实施例6不同之处在于，第二线角耦合驱动机构72绕其第二线角耦合驱动机构的转动头72-22的轴线旋转90度，即第二线角耦合驱动机构的导轨72-11与第一线角耦合驱动机构的导轨71-11、第三线角耦合驱动机构的导轨73-11所在的平面相垂直，或第三线角耦合驱动机构的导轨73-11与第一线角耦合驱动机构的导轨71-11、第二线角耦合驱动机构的导轨72-11所在的平面垂直。第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的运动增加第4个自由度，即Z方向的运动。第一线角耦合驱动机构的转动头71-22可以实现4个自由度的运动，即相对第一线角耦合驱动机构的移动座71-21的转动A，和随第一线角耦合驱动机构的移动座71-21沿X，Y和Z方向的移动。当然，实际应用中，第二线角耦合驱动机构的导轨72-11与第一线角耦合驱动机构的导轨71-11、第三线角耦合驱动机构的导轨73-11所在的平面还可以不垂直，而是形成一定的夹角。可根据实际应用做相应的调整。

实施例8，如图12所示，在一些实施例中，在第二线角耦合驱动机构的支架72-1上设置用作支架移动导向的第一外导轨61，在第三线角耦合驱动机构的支架73-1上设置用作支架移动导向的第二外导轨62。最优的，设第一外导轨61和第二外导轨62均固定不动，则通过控制4个动力源（图示为4个电机）的转角，整个线角耦合驱动机构组合结构的各种运动状态是确定和受控的。最优的，第一外导轨61与第二外导轨62相互垂直，实际应用中第一外导轨61与第二外导轨62也可以设置形成其他的夹角。具体可根据实际应用调整。

实施例4-8组合结构中，相当于线角耦合驱动机构进行了“串联”组合来增加第一线角耦合驱动机构的转动头71-22的运动自由度。即第一线角耦合驱动机构的支架71-1与第二线角耦合驱动机构的移动座72-21固定连接（固连），和/或，第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31与第二线角耦合驱动机构的转动头72-22同轴固定连接。或者，第一线角耦合驱动机构的支架71-1与第二线角耦合驱动机构的移动座72-21固定连接（固连），和/或，第一线角耦合驱动机构的第一驱动轮71-31与第二线角耦合驱动机构的被动轮72-221啮合。

实施例9，图13给出另一种线角耦合驱动机构的组合结构实施例。第一线角耦合驱动机构的移动座71-21与第二线角耦合驱动机构的移动座72-21固定连接（固连），和/或，第一线角耦合驱动机构的转动头71-22与第二线角耦合驱动机构的转动头72-22同轴固定连接。第一线角耦合驱动机构的移动座71-21移动时带动第二线角耦合驱动机构72整体随动，同样，第二线角耦合驱动机构的移动座72-22移动时带动第一线角耦合驱动机构71整体随动。如果第一线角耦合驱动机构的转动头71-22与第二线角耦合驱动机构的转动头72-22同轴固定连接或制成一体，则此转动头为两个线角耦合驱动机构共有4个动力源（图示为4个电机）同时对此转动头进行驱动。此组合方式相当于线角耦合驱动机构进行了“并联”组合来增加1个（共有的）或2个转动头的运动自由度。图13中所示，第一线角耦合驱动机构71与第二线角耦合驱动机构72相互成夹角设置。最优的，可以将第一线角耦合驱动机构71与第二线角耦合驱动机构72设置为相互垂直。

实施例10，如图14所示，在第一线角耦合驱动机构的支架71-1上设置用作支架移动导向的第一外导轨61，在第二线角耦合驱动机构的支架72-1上设置用作支架移动导向的第二外导轨62。设第一外导轨61和第二外导轨62均固定不动，则通过控制4个动力源（图示为4个电机）的转角，整个线角耦合驱动机构组合结构的各种运动状态是确定和受控的。图14中所示，第一外导轨61与第二外导轨62相互成夹角设置。最优的，可以将第一外导轨61与第二外导轨62设置为相互垂直。

各实施例中本发明中的第一动力源41和第二动力源42采用电机作为示例。当然还可以是内燃机，液压马达，或齿轮传动副，或其他的动力来源，如人力等，或经过齿轮传动系统等传递过来的转动运动。本发明并不受此限制。

在其他实施例中，本发明的线角耦合驱动机构也可以进行逆向驱动。即通过控制转动头的转角和位移，来实现对2个动力源的转角的控制。

各实施例中将动力源分别设置在导轨的两端，在其他实施例中，本发明的线角耦合驱动机构可以将动力源设置在导轨一端的支架上。

各实施例中，第一驱动轮31或第二驱动轮32与转动头22之间的啮合采用涡轮蜗杆啮合副或斜齿轮啮合副。其他能实现交叉轴传动的各种齿轮啮合副均可用于此线角耦合驱动机构中。

本发明所述的线角耦合驱动是指2个动力源可同时驱动被动轮的旋转和沿导轨的移动。“耦合”不是指被动轮的转动和移动必须耦合在一起， 而是指2个动力源可共同且同时控制被动轮的转动和移动运动，实现被动轮进行各种转动和移动的复合运动，且对被动轮的移动和转动控制是可以相互独立进行的。

本发明的结构及其驱动方法可应用于各种需要同时移动和转动的情况。如3D打印机,CNC,激光雕刻机等；例如应用于常规的单喷嘴FDM 3D打印机，其中的转动运动可以用于驱动给料器（或称作挤出机）；对于多喷嘴FDM 3D打印机，转动还可以用于驱动喷嘴座的转动。还可以用于驱动PCB表面器件帖装(SMT)机器的吸嘴转动和位移。转动头的运动也可以用于各种机加工刀头的转动和位移。也可用于机械手臂移动的同时驱动机械手转动。具有广泛的应用范围。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (16)

1.一种线角耦合驱动机构，包括至少一个支架，所述支架中至少具有一导轨；一移动座可移动地设置在所述导轨上；所述移动座上枢接一转动头；所述转动头包括转轴和至少一个被动轮，所述被动轮与所述转轴同轴设置；其特征在于：所述线角耦合驱动机构还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由第二动力源驱动的第二驱动轮；所述第一动力源和所述第二动力源固定在所述支架上；所述第一驱动轮、所述第二驱动轮分别同时与所述被动轮的相对侧啮合，并共同驱动所述转动头沿所述导轨移动和沿所述转轴转动的复合运动。

2.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：所述被动轮为涡轮，所述驱动轮为蜗杆。

3.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：所述被动轮和所述驱动轮均为斜齿轮。

4.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：所述被动轮为两个，一个被动轮为涡轮，与其啮合的第一驱动轮为蜗杆，另一个被动轮为斜齿轮，与其啮合的第二驱动轮为斜齿轮。

5.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：所述转动头的轴线与所述导轨垂直或成角度设置。

6.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：在所述转轴与所述移动座之间设有轴承。

7.根据权利要求1所述的线角耦合驱动机构，其特征在于：所述导轨与所述移动座的匹配方式为下述之一：钢棒配合直线轴承、滚动式或滑动式直线导轨、凹槽与凸台滑动配合。

8.一种线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的转动头与另一个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮或第二驱动轮同轴固定连接。

9.一种线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的转动头与另一个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮或第二驱动轮同轴固定连接，和一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的支架固定连接。

10.一种线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的被动轮与另一个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮或第二驱动轮相互啮合，和/或，一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的支架固定连接。

11.一种线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；其中，一个所述线角耦合驱动机构的转动头与另一个所述线角耦合驱动机构的转动头同轴固定连接，和/或，一个所述线角耦合驱动机构的移动座与另一个所述线角耦合驱动机构的移动座固定连接。

12.根据权利要求11所述的线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：在每一所述线角耦合驱动机构的支架上分别设置用作所述支架移动导向的外导轨。

13.一种线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：包括三个权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；第一个所述线角耦合驱动机构的转动头与第二个所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮同轴固定连接；第三个所述线角耦合驱动机构的转动头与第二个所述线角耦合驱动机构的第二驱动轮同轴固定连接。

14.一种根据权利要求13所述的线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：第三个所述线角耦合驱动机构的导轨，上述导轨与第一个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨这两个导轨所在的平面垂直、或平行、或相互呈倾斜夹角。

15.一种根据权利要求14所述的线角耦合驱动机构的组合结构，其特征在于：第一个所述线角耦合驱动机构的支架上设置用作对所述支架移动导向的第一外导轨，第三个所述线角耦合驱动机构的支架上设置用作对所述支架移动导向的第二外导轨；所述第一外导轨与第一个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨这两个导轨所在的平面垂直；所述第二外导轨与第三个所述线角耦合驱动机构的导轨、第二个所述线角耦合驱动机构的导轨这两个导轨所在的平面垂直。

16.一种线角耦合驱动机构的驱动方法，其特征在于：采用权利要求1至7任一项所述线角耦合驱动机构；所述线角耦合驱动机构的第一驱动轮和第二驱动轮依据下表驱动所述线角耦合驱动机构的转动头的转动和位移运动状态：

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