CN108331888B - 线角耦合传动机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及线角耦合传动机构，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。本发明传动机构至少包括支架、导轨和移动座；移动座上枢接一转动头；转动头包括转轴和至少一个被动轮，被动轮与所述转轴同轴设置；还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由第一驱动轮和第一惰轮带动的第一传动带、由第二动力源驱动的第二驱动轮、由所述第二驱动轮和第二惰轮带动的第二传动带；第一动力源和第二动力源固定在支架上，第一惰轮和第二惰轮可转动的固定在支架上；第一传动带、第二传动带分别同时与被动轮的相对侧传动连接，并共同驱动转动头沿导轨移动和沿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

线角耦合传动机构

技术领域

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

背景技术

在现有很多自动控制机构或装置中存在即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

本发明的目的在于提供一种线角耦合传动机构，来解决上述各技术问题。

本发明的技术方案为：一种线角耦合传动机构，至少包括支架，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：所述线角耦合传动机构还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由所述第一驱动轮和第一惰轮带动的第一传动带、由第二动力源驱动的第二驱动轮、由所述第二驱动轮和第二惰轮带动的第二传动带；所述第一动力源和所述第二动力源固定在所述支架上，所述第一惰轮和所述第二惰轮可转动的固定在所述支架上；所述第一传动带、所述第二传动带分别同时与所述被动轮的相对侧传动连接，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。

所述第一惰轮与第三动力源连接，和/或，所述第二惰轮与第四动力源连接。

所述第一传动带、所述第二传动带为单面齿同步带或双面齿同步带；所述被动轮为同步带轮。所述导轨为直线型导轨或曲线型导轨。所述导轨与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。

在所述转轴与所述移动座之间设有轴承。

所述线角耦合传动机构还包括四个导向轮，设置在所述移动座上，两两位于所述转动头两侧，与所述第一传动带和所述第二传动带形成交叉传动连接；或相邻的两个所述导向轮呈堆叠且可相互自由转动的同轴设置。

所述转动头包括两个所述被动轮；两个所述被动轮同轴且相互固定连接。 所述两个被动轮的参数相同或不同。

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

另一种变化结构：一种线角耦合传动机构的组合结构，包括二个上述线角耦合传动机构；其中，一个所述线角耦合传动机构的移动座与另一个所述线角耦合传动机构的移动座固定连接，和/或，一个所述线角耦合传动机构的转动头与另一个所述线角耦合传动机构的转动头同轴固定连接。

进一步，在每一所述线角耦合传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。

三个线角耦合传动机构的组合结构；其中，第一个所述线角耦合传动机构的转动头与第二个所述线角耦合传动机构的第一驱动轮同轴固定连接；第三个所述线角耦合传动机构的转动头与第二个所述线角耦合传动机构的第二驱动轮同轴固定连接。

本发明的有益效果： 本发明的线角耦合传动机构，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，对整个传动机构或装置来说，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，可以降低传动机构或装置的总功率。

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传动机构进行组合，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的结构示意图。

图2为图1中惰轮连接动力源结构示意图。

图3为图1中的转动头部件中包含2个被动轮的剖视结构示意图。

图4为图1中的转动头部件中包含1个被动轮的剖视结构示意图。

图5为本发明实施例2结构示意图。

图6为本发明实施例3结构示意图。

图7为本发明实施例4立体结构示意图。

图8为图7中点划线区域的局部放大图。

图9为图7所示实施例的运动过程示意图。

图10为本发明实施例5结构示意图。

图11为图10中的转动头部件的剖视结构示意图。

图12为本发明实施例6立体结构示意图。

图13为图12中点划线区域的局部放大图。

图14为本发明实施例7立体结构示意图。

图15为图14所示实施例的运动过程示意图。

图16为本发明实施例8立体结构示意图。

图17为本发明实施例9立体结构示意图。

附图标号说明：

1-支架；11-导轨；

2-运动头，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-第一传动带；32-第二传动带；

41-驱动轮；411-第一驱动轮；412-第二驱动轮；42-惰轮；421-第一惰轮；422-第二惰轮；43-导向轮；431-第一导向轮；432-第二导向轮；433-第三导向轮；434-第四导向轮；441-第一动力源；442-第二动力源； 443-第三动力源；444-第四动力源；

5-轴承；

61-第一外导轨；62-第二外导轨；

71-第一线角耦合传动机构；71-1-第一线角耦合传动机构的支架；71-11-第一线角耦合传动机构的导轨；71-21-第一线角耦合传动机构的移动座；71-22-第一线角耦合传动机构的转动头；71-31-第一线角耦合传动机构的第一传动带；71-32-第一线角耦合传动机构的第二传动带；71-411-第一线角耦合传动机构的第一驱动轮；71-412-第一线角耦合传动机构的第二驱动轮；71-441-第一线角耦合传动机构的第一动力源；

72-第二线角耦合传动机构；72-1-第二线角耦合传动机构的支架；72-11-第二线角耦合传动机构的导轨；72-21-第二线角耦合传动机构的移动座；72-22-第二线角耦合传动机构的转动头；72-221-第二线角耦合传动机构的被动轮；72-411-第二线角耦合传动机构的第一驱动轮；72-412-第二线角耦合传动机构的第二驱动轮；72-441-第二线角耦合传动机构的第一动力源；72-442-第二线角耦合传动机构的第二动力源；

73-第三线角耦合传动机构；73-1-第三线角耦合传动机构的支架；73-11-第三线角耦合传动机构的导轨；73-22-第三线角耦合传动机构的转动头；73-411-第三线角耦合传动机构的第一驱动轮；73-412-第三线角耦合传动机构的第二驱动轮。73-441-第三线角耦合传动机构的第一动力源；73-442-第三线角耦合传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传动机构，包括支架1，运动头，传动带，驱动轮，惰轮和动力源，如图1-4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。支架与导轨固定连接后为其他部件提供机械支撑和运动导向作用。

如图1所示，第一动力源441通过第一驱动轮411和第一惰轮421驱动第一传动带31。第二动力源442通过第二驱动轮412和第二惰轮422驱动第二传动带32。当然，还可以在第一惰轮421设置第三动力源443或第二惰轮422设置第四动力源444（图2）。第三动力源应与第一动力源的运动同步，第四动力源应与第二动力源的运动同步。这样布置利于传动带均匀传递动力和受力均匀，当正反转时也利于提升转向的切换速度。

运动头包括移动座21、和枢接(可转动的设置在)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。

进一步的，转动头22上还可设置2个相互同轴固连的第一被动轮2211和第二被动轮2212，如图3所示，或将此2个被动轮制成一体形成一个加长的被动轮221，如图4所示。图3和图4是图1在A-A处的剖视截面图，图中省去支架和导轨部分。图3中，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，例如具有不同的直径，对于同步带轮，可以具有不同的齿数或模数。这样可以更加灵活的根据不同应用调整线角耦合传动机构的设计。例如，假设被动轮221为同步带轮，且第一被动轮2211的齿数大于第二同步带轮2212，传动带为同步带，则第一传动带31驱动第一被动轮2211转动更容易获得精确的转角或位移精度，而通过第二传动带32驱动第二被动轮2212可更容易获得快速的响应速度。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。

如图3所示，第一传动带31和第二传动带32分别在被动轮221相对侧与被动轮221传动连接，可分别同时驱动被动轮221转动。所谓相对侧是指第一传动带31和第二传动带32在被动轮221上的2个传动连接位置处的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。即第一传动带31和第二传动带32不可以在被动轮221的完全同侧的位置处与被动轮221传动连接。最优的，第一传动带31和第二传动带32分别在被动轮221正对两侧的位置处与被动轮221啮合。

如果第一传动带31为单面齿同步带，第一传动带31与被动轮221内啮合，形成动力连接。同时，如果第二传动带32为单面齿同步带，第二传动带32与被动轮221内啮合，形成动力连接。第一传动带31与第二传动带32在转轴222的轴向上错位设置。

本实施例设置了2个导轨11，可利于提升此线角耦合传动机构的机械强度和运动的稳定性等，当然也可以是1个导轨11。具体导轨11的数量根据实际应用而定，本发明并不受此限制。

实施例2，如图5所示，线角耦合传动机构还包括四个导向轮43，设置在移动座21上，两两位于转动头22两侧，来增加第一传动带31和第二传动带32与被动轮221进行动力传动的接触长度，利于提高对被动轮221的驱动力。另外，还可以将传动带引导成与导轨11平行的状态，即可改善传动带的受力，也利于简化被动轮221与驱动轮之间运动关系。导向轮43还可以起到张紧传动带的作用，提升传动的平稳性，减少往复驱动时的回程间隙。进一步的，还可以在导向轮43上设置合适的位置调整机构，调节张紧力，改善动力传递效率和可靠性。

实施例3，如图6所示，导轨11也可以为曲线型导轨。使得转动头22被移动座21带动沿曲线导轨11移动的同时，还可以相对移动座21转动。由于传动带的弹性作用，在曲线导轨的曲率一定的范围内可使得传动带可迎合被动轮22的位置变化而具有一定程度的相应位置调整量，被动轮22与传动带可以始终保持传动接触或啮合状态，并保持动力传递。使得线角耦合传动机构具有更广和灵活的应用性。

可以在惰轮上设置位置可弹性位置调整的装置来帮助调节由于曲线导轨引起的传动带的张力变化，进一步的，还可以在移动座21上设置类似图5中的导向轮43来张紧同步带压向被动轮221，如果导向轮43也设置上可弹性调节位置的结构，可以进一步增强对曲线导轨引起的传动带的张力变化的调节能力。

导轨11可以采用多种形式来约束移动座21沿确定的轨迹移动。如钢棒配合直线轴承的方式，或采用工业用直线导轨（滚动式或滑动式），还可以是一段凹槽或凸台，移动座12上有相应的凸台或凹槽相配合滑动形成导轨。而且，导轨也可以是一段曲线的凹槽或凸台。导轨的具体形式根据实际应用进行调整，本发明不受此限制。

实施例4，参照图7、8。此实施例中，第一传动带31和第二传动带32为单面齿的同步带，被动轮221为同步带轮，第一驱动轮411和第二驱动轮412，以及惰轮均为同步带轮。此实施例中，导轨11为轴式，并与支架1固连。且与实施例2不同，相邻的第一导向轮431和第二导向轮432堆叠且可相互自由转动的同轴设置，同样，相邻的第三导向轮433和第四导向轮434堆叠且可相互自由转动的同轴设置。此4个导向轮43均可转动的设置在移动座21上。如此设置导向轮43，利于整体结构紧凑和简洁，缩小整体结构的体积。

第一动力源441为电机，通过第一驱动轮411带动第一传动带31，第一传动带31的另一端被可转动的固定在支架1上的第一惰轮421支撑。第二动力源442为电机，通过第二驱动轮412带动第二传动带32，第二传动带32的另一端被可转动的固定在支架1上的第二惰轮422支撑。通过驱动轮、惰轮和导向轮43的共同作用，将传动带张紧，第一传动带31与第一被动轮2211进行啮合传动，第二传动带32与第二被动轮2212进行啮合传动。第一被动轮2211和第二被动轮2212相互同轴固连。当然，第一被动轮2211和第二被动轮2212也可以制成一体，形成一体的被动轮。

图9表示图7中所示实施例的运动状态示意图。实线的运动头2表示初始位置状态，图中虚线的运动头2’表示目标位置状态。

第一驱动轮411和第二驱动轮412都顺时针转动，如图中在第一驱动轮411和第二驱动轮412上方的箭头所示，同时假设第一驱动轮411的转动速度大于第二驱动轮412的转动速度。第一驱动轮411和第二驱动轮412分别带动第一传动带31和第二传送带32运动，第一驱动轮411和第二驱动轮412与被动轮221啮合，从而驱动被动轮221顺时针转动。同时由于第一驱动轮411的转动速度大于第二驱动轮412的转动速度，所以第一传动带31与第一被动轮2211啮合时向左移动的速度大于第二传动带32与第一被动轮2212啮合时向右移动的速度，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中虚线所示意的位置2’，同时被动轮221如图中2’处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传动机构的被动轮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的各种关系可参看表1。表1中所述的向左是指朝向图9所示的第一驱动轮411的方向，向右是指朝向图9所示的第二驱动轮412的方向。

表1

运动状态序号	第一驱动轮的转动方向	第二驱动轮的转动方向	第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度大小比较	转动头的转动	转动头的移动
						1	逆时针转动	逆时针转动	第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等	逆时针转动	不移动
2	逆时针转动	逆时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动	逆时针转动	向右移动
						3	逆时针转动	逆时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动	逆时针转动	向左移动
4	顺时针转动	顺时针转动	第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等	顺时针转动	不移动
						5	顺时针转动	顺时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动	顺时针转动	向左移动
6	顺时针转动	顺时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动	顺时针转动	向右移动
						7	逆时针转动	顺时针转动	第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等	不转动	向右移动
8	逆时针转动	顺时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动	逆时针转动	向右移动
						9	逆时针转动	顺时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动	顺时针转动	向右移动
10	顺时针转动	逆时针转动	第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等	不转动	向左移动
						11	顺时针转动	逆时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动	顺时针转动	向左移动
12	顺时针转动	逆时针转动	第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动	逆时针转动	向左移动
						13	不转动	不转动	不转动	不转动	不移动

实施例5，如图10所示，是本发明的又一实施例。所不同的是，由驱动轮41和惰轮42带动的第一传动带31、第二传动带32均为双面齿带。第一传动带31、第二传动带32分别与被动轮221外啮合。图11所示是图10中在被动轮221轴线处沿导轨11的方向剖视截面图，图中省去支架和导轨部分。与实施例1中第一传动带31和第二传动带32沿转轴222方向错开不同，图11中第一传动带31和第二传动带32沿转轴222方向不必错开。而是在被动轮221的两侧进行啮合，如此可降低转动头22沿转轴222方向的尺寸，结构更加紧凑。实际应用中可以增加导向轮来将第一传动带31和第二传动带32压向被动轮221，来提升驱动力或啮合作用。

本发明所提出的线角耦合传动机构可对转动头进行旋转和移动的复合驱动和控制。且两组动力源可以相互“借力”，在不增加电机（如动力源为电机）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6，如图12、13所示，本发明还提供了采用上述线角耦合传动机构的组合结构。这种线角耦合传动机构的组合结构包括二个上述线角耦合传动机构，即第一线角耦合传动机构71和第二线角耦合传动机构72。其中，第二线角耦合传动机构的转动头72-22作为第一线角耦合传动机构的第二动力源442，来带动第二线角耦合传动机构的第二驱动轮72-412转动，从而驱动第一线角耦合传动机构的第二传动带71-32。第一线角耦合传动机构71的第一动力源441依然为电机。第二线角耦合传动机构的转动头72-22可以通过转轴222来带动第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412转动。也可以将第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412与第二线角耦合传动机构的转动头72-22或第二线角耦合传动机构的被动轮72-221制成一体的方式，直接驱动第一线角耦合传动机构的第二传动带71-32。

还可以通过另一个方式进行组合，即将第一线角耦合传动机构的支架71-1与第二线角耦合传动机构的移动座72-21固定连接（固连）。当然也可以同时将第二线角耦合传动机构的转动头72-22与第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412同轴固连。最优的，第一线角耦合传动机构的导轨71-11与第二线角耦合传动机构的导轨72-11相互垂直，当然第一线角耦合传动机构的导轨71-11与第二线角耦合传动机构的导轨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。

通过上述的组合，可以扩展第一线角耦合传动机构的转动头71-22的运动自由度数量。例如，如果将第二线角耦合传动机构的支架72-1固定，第二线角耦合传动机构的转动头72-22或第二线角耦合传动机构的移动座72-21可以带动整个第一线角耦合传动机构71沿第二线角耦合传动机构的导轨72-11进行移动。第一线角耦合传动机构的转动头71-22受3个动力源，即第一线角耦合传动机构的第一动力源71-441，第二线角耦合传动机构的第一动力源72-441和第二线角耦合传动机构的第二动力源72-442，可以进行3个自由度的运动，分别是相对第一线角耦合传动机构的移动座71-21的转动A，以及随第一线角耦合传动机构的移动座71-21沿图中所示的X和Y方向箭头的移动。X方向运动是受第一线角耦合传动机构的导轨71-11的约束，Y方向的运动是受第二线角耦合传动机构的导轨72-11的约束。图中箭头方向仅为示意。

实施例7，如图14所示，提出了3个线角耦合传动机构的组合结构，与实施例6不同之处是进一步的将实施例6的第一线角耦合传动机构的第一动力源71-441由图14中的第三线角耦合传动机构的转动头73-22所替代。此4个动力源，即第二线角耦合传动机构的第一动力源72-441，第二线角耦合传动机构的第二动力源72-442，第三线角耦合传动机构的第一动力源73-441，第三线角耦合传动机构的第二动力源73-442，共同驱动第一线角耦合传动机构的转动头71-22进行运动。相比实施例6，本实施例第一线角耦合传动机构71可以增加一个摆动自由度，即第一线角耦合传动机构71与第二线角耦合传动机构72或第三线角耦合传动机构73的夹角可以发生变化，这是因为第二线角耦合传动机构驱动转动头72-22沿Y1方向（导轨72-11约束的运动方向）移动，第三线角耦合传动机构驱动转动头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，则第一线角耦合传动机构71会发生摆动运动。但如果约束第二线角耦合传动机构的导轨72-11与第三线角耦合传动机构的导轨73-11保持平行，且第一线角耦合传动机构的导轨71-11与第二线角耦合传动机构的导轨72-11保持垂直状态，即约束第二线角耦合传动机构驱动转动头72-22沿Y1方向移动与第三线角耦合传动机构驱动转动头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传动机构的转动头71-22的运动带来更大的驱动力，而且使得第一线角耦合传动机构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15是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中各动力源对第一线角耦合传动机构的转动头71-22的驱动过程。其他的运动状态可类似分析。如图15中的箭头所示，设第二线角耦合传动机构的第一驱动轮72-411和第二线角耦合传动机构的第二驱动轮72-412都逆时针转动，第三线角耦合传动机构的第一驱动轮73-411和第三线角耦合传动机构的第二驱动轮73-412都顺时针转动。设第二线角耦合传动机构的第一驱动轮72-411的转动速度大于第二线角耦合传动机构的第二驱动轮72-412的转动速度，所以其第二线角耦合传动机构驱动转动头72-22逆时针转动，同时沿箭头Y所示的方向移动。设第三线角耦合传动机构的第一驱动轮73-411的转动速度小于第三线角耦合传动机构的第二驱动轮73-412的转动速度，所以第三线角耦合传动机构的转动头73-22顺时针转动，同时沿箭头Y所示的方向移动。第二线角耦合传动机构驱动转动头72-22带动第一线角耦合传动机构的第一驱动轮71-411逆时针转动，第三线角耦合传动机构驱动转动头73-22带动第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412顺时针转动，第一线角耦合传动机构的第一驱动轮71-411和第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412分别通过传动带如前述或表1所示的方式驱动第一线角耦合传动机构的转动头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传动机构的第一驱动轮71-411的转速小于第一线角耦合传动机构的第二驱动轮71-412转速，则驱动第一线角耦合传动机构的转动头71-22同时顺时针转动。

本组合结构中，相当于线角耦合传动机构进行了“串联”组合来增加第一线角耦合传动机构的转动头71-22的运动自由度数量。即第一线角耦合传动机构的支架71-1与第二线角耦合传动机构的移动座72-21固定连接（固连），和/或，第一线角耦合传动机构的驱动轮与第二线角耦合传动机构的转动头72-22同轴固定连接。

实施例8，图16给出另一种线角耦合传动机构的组合结构实施例。第一线角耦合传动机构的移动座71-21与第二线角耦合传动机构的移动座72-21固定连接（固连），和/或，第一线角耦合传动机构的转动头71-22与第二线角耦合传动机构的转动头72-22同轴固定连接。第一线角耦合传动机构的移动座71-21移动时带动第二线角耦合传动机构72整体随动，同样，第二线角耦合传动机构的移动座72-21移动时带动第一线角耦合传动机构71整体随动。如果第一线角耦合传动机构的转动头71-22与第二线角耦合传动机构的转动头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传动机构共有4个动力源（图示为4电机）同时对此转动头进行驱动。此组合结构相当于线角耦合传动机构进行了“并联”组合来增加1个（共有的）或2个转动头的运动自由度数量。最优的，第一线角耦合传动机构的导轨71-11与第二线角耦合传动机构的导轨72-11垂直，当然也可以不垂直。具体可根据实际应用做相应的调整。

实施例9，如图17所示，在第一线角耦合传动机构的支架71-1上设置用作支架移动导向的第一外导轨61，在第二线角耦合传动机构的支架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，整个线角耦合传动机构组合结构的各种运动状态是确定和受控的。

本发明中的第一动力源441和第二动力源442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。在同一个线角耦合传动机构中，第一动力源441和第二动力源442可以具有相同的特性，也可以具有不同的特性，如不同类型或功率电机。同样第一驱动轮411和第二驱动轮412也可以具有不同的参数，如不同的齿数或直径。本发明并不受此限制。

在其他实施例中，本发明的线角耦合传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，本发明的线角耦合传动机构可以将动力源设置在导轨的一端的支架上，导轨的另一端支架上设置惰轮。

各实施中，传动带用同步带作为示例。在其他实施例中，本发明的线角耦合传动机构的传动带可以是皮带，链条或钢丝等。

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任何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 (15)

1.一种线角耦合传动机构，至少包括支架，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：所述线角耦合传动机构还包括由第一动力源驱动的第一驱动轮、由所述第一驱动轮和第一惰轮带动的第一传动带、由第二动力源驱动的第二驱动轮、由所述第二驱动轮和第二惰轮带动的第二传动带；所述第一动力源和所述第二动力源固定在所述支架上，所述第一惰轮和所述第二惰轮可转动的固定在所述支架上；所述第一传动带、所述第二传动带分别同时与所述被动轮的相对侧传动连接，并共同驱动所述被动轮沿所述导轨移动和相对移动座转动的复合运动。

2.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述第一惰轮与第三动力源连接，和/或，所述第二惰轮与第四动力源连接。

3.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述第一传动带、所述第二传动带为单面齿同步带或双面齿同步带；所述被动轮为同步带轮。

4.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述导轨为直线型导轨或曲线型导轨。

5.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述导轨与所述移动座的匹配方式为下述两种方式之一：方式1：滚动式或滑动式直线导轨；方式2：凹槽与凸台滑动配合。

6.根据权利要求5所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述滚动式或滑动式直线导轨为钢棒配合直线轴承。

7.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：在所述转轴与所述移动座之间设有轴承，或者，在所述转轴与所述被动轮之间设置轴承。

8.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述转动头包括两个所述被动轮；两个所述被动轮同轴且相互固定连接。

9.根据权利要求8所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述两个被动轮的参数相同或不同。

10.根据权利要求1所述的线角耦合传动机构，其特征在于：所述线角耦合传动机构还包括四个导向轮，设置在所述移动座上，两两位于所述转动头两侧，与所述第一传动带和所述第二传动带形成交叉传动连接；或相邻的两个所述导向轮呈堆叠且可相互自由转动的同轴设置。

11.一种线角耦合传动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至10任一项所述线角耦合传动机构；其中，一个所述线角耦合传动机构的转动头与另一个所述线角耦合传动机构的第一驱动轮或第二驱动轮同轴固定连接，和/或，一个所述线角耦合传动机构的移动座与另一个所述线角耦合传动机构的支架固定连接。

12.一种线角耦合传动机构的组合结构，其特征在于：包括二个权利要求1至10任一项所述线角耦合传动机构；其中，一个所述线角耦合传动机构的移动座与另一个所述线角耦合传动机构的移动座固定连接，和/或，一个所述线角耦合传动机构的转动头与另一个所述线角耦合传动机构的转动头同轴固定连接。

13.根据权利要求12所述的一种线角耦合传动机构的组合结构，其特征在于：在每一所述线角耦合传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。

14.一种线角耦合传动机构的组合结构，其特征在于：包括三个权利要求1至10任一项所述线角耦合传动机构；其中，第一个所述线角耦合传动机构的转动头与第二个所述线角耦合传动机构的第一驱动轮同轴固定连接；第三个所述线角耦合传动机构的转动头与第二个所述线角耦合传动机构的第二驱动轮同轴固定连接。

15.一种线角耦合传动机构的传动方法，其特征在于：采用权利要求1至10任一项所述线角耦合传动机构；所述被动轮或转动头的位移和旋转的状态与所述第一驱动轮和第二驱动轮的运动状态关系如下表 ，

运动状态序号 第一驱动轮的转动方向 第二驱动轮的转动方向 第一驱动轮和第二驱动轮的转动速度大小比较 转动头的转动 转动头的移动 1 逆时针转动 逆时针转动 第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等 逆时针转动 不移动 2 逆时针转动 逆时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动 逆时针转动 向右移动 3 逆时针转动 逆时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动 逆时针转动 向左移动 4 顺时针转动 顺时针转动 第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等 顺时针转动 不移动 5 顺时针转动 顺时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动 顺时针转动 向左移动 6 顺时针转动 顺时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动 顺时针转动 向右移动 7 逆时针转动 顺时针转动 第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等 不转动 向右移动 8 逆时针转动 顺时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动 逆时针转动 向右移动 9 逆时针转动 顺时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动 顺时针转动 向右移动 10 顺时针转动 逆时针转动 第一驱动轮和第二驱动轮的转速相等 不转动 向左移动 11 顺时针转动 逆时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速大或第二驱动轮不转动 顺时针转动 向左移动 12 顺时针转动 逆时针转动 第一驱动轮比第二驱动轮的转速小或第一驱动轮不转动 逆时针转动 向左移动 13 不转动 不转动 不转动 不转动 不移动

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