CN108839010A - 一种高精度转动关节装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度转动关节装置及其实现方法，通过在转动关节的底座、第一转动件之间安装设置有第一驱动部件和第二驱动部件的第一驱动机构；在转动关节的第一转动件和第二转动件之间安装设置有第三驱动部件和第四驱动部件的第二驱动机构；控制处于不同工位时第一驱动部件第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力。在同向不同力状态下，驱动机构可以消除空回虚位，从而克服多关节存在累积误差，难于实现转动关节精确拾取的缺陷。

Description

一种高精度转动关节装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及精密仪器技术领域，尤其涉及的是一种高精度转动关节装置及其实现方法。

背景技术

高精度马达的价格昂贵，且其实现较为困难，如显微镜的载玻片的精度控制，一方面需要精密适配，例如马达驱动丝杆，丝杆带动滑块，滑块与丝杆之间的间隙需要精确适配，然而两者的配合存在余度，尤其是在高精度驱动的要求之下，滑块与丝杆适配余度要小，而另一方面，余度过小时又会造成驱动的紧张度过大，磨损容易严重，导致使用寿命受限，更增加了成本。

利用马达驱动转动关节转动的装置中，针对转动关节和智能机器人的关节控制，高精度需求。不精确的手臂控制精度会导致多个关节的积累误差，最终难于实现转动关节位置的精确拾取

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种高精度转动关节装置及其实现方法，克服现有技术中转动关节装置在驱动关节转动时由于多个关节之间的积累误差，导致转动关节的定位无法精确控制的缺陷。

本发明所公开的技术方案如下：

一种高精度转动关节装置，其中，包括：

底座、转动平面相互垂直的第一转动件和第二转动件，以及设置在所述底座与第一转动件之间的第一驱动机构和设置在所述第一转动件与第二转动件之间的第二驱动机构；

所述第一驱动机构包括:第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动；

所述第二驱动机构包括：第三驱动部件和第四驱动部件；

所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力。

可选的，所述第一转动件与底座之间还设置有：第一连接件；所述第一连接件的两端分别与所述第一转动件和所述底座相连接；

所述第一驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第一齿轮和驱动所述第一齿轮转动的第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第二齿轮和驱动所述第二齿轮转动的第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第一工位时，驱动所述第一齿轮带动第一连接件和第一转动件转动；

所述第二驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第二工位时，驱动所述第二齿轮带动第一连接件和第二转动件转动；

所述第一齿轮转动与所述第二齿轮转动同向不同力。

可选的，所述第一连接件包括：第一连接杆和分别连接在所述第一连接杆两端的第一齿轴、和第二齿轴；所述第二齿轴的表面设置有齿牙

在所述转动关节装置处于第一工位时，所述第一齿轮与所述齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第二工位时，所述第二齿轮与所述齿牙相啮合。

可选的，所述第一连接件还包括：第一固定盘和第二固定盘；

所述第一连接杆的一端穿过所述第一固定盘中心的中心孔后固定在所述第一齿轴的轴心孔内；所述第二连接杆的另一端通过固定螺丝固定在第一固定盘的中心孔内。

可选的，所述第所述第一转动件与第二转动件之间还设置有：第二连接件；所述第二连接件的两端分别与所述第一转动件和所述第二转动件相连接；

所述第三驱动部件包括：与所述第二连接件相连接的第三齿轮和驱动所述第三齿轮转动的第三驱动电机；

所述第四驱动部件包括：与所述第二连接件相连接的第四齿轮和驱动所述第四齿轮转动的第四驱动电机；

所述第三驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第三工位时，驱动所述第三齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第四驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第四工位时，驱动所述第四齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第三齿轮转动与所述第四齿轮转动同向不同力。

可选的，所述第二连接件包括：第二连接杆、分别与第二连接杆两端相连接的第三齿轴和第四齿轴；所述第四齿轴的表面设置有齿牙

在所述转动关节装置处于第三工位时，所述第三齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第四工位时，所述第四齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合。

可选的，所述第二连接件还包括：第三固定盘和第四固定盘；

所述第二连接杆的一端穿过所述第三固定盘中心的中心孔后固定在所述第三齿轴的轴心孔内；所述第二连接杆的另一端通过固定螺丝固定在第四固定盘的中心孔内。

可选的，所述第一转动件与所述底座相连接的一端设置有：第一固定孔；所述第一连接件利用所述第一固定孔建立与所述底座之间的可拆卸连接；所述第二转动件与所述第一转动件相连接的一端设置有：第二固定孔；所述第二连接件利用所述第二固定孔建立与所述第一连接件之间的可拆卸连接

可选的，所述第一驱动电机和第二驱动电机并列设置在第一齿轮和第二齿轮相同一端；所述第三驱动电机和第四驱动电机并列设置在第三齿轮和第四齿轮相同一端。

在上述转动关节装置的前提下，本发明还公开了一种高精度转动关节装置的实现方法，其中，包括以下步骤：

在转动关节的底座、第一转动件之间安装设置有第一驱动部件和第二驱动部件的第一驱动机构；

在转动关节的第一转动件和第二转动件之间安装设置有第三驱动部件和第四驱动部件的第二驱动机构；

控制转动关节处于第一工位时所述第一驱动部件驱动第一转动件转动，或者，控制转动关节处于第二工位时所述第二驱动部件驱动第一转动件转动；

和/或，控制转动关节处于第三工位时所述第三驱动部件驱动第二转动件转动，或者，控制转动关节处于第四工位时所述第四驱动部件驱动第二转动件转动；

其中，所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力；

且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用先由第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动。

有益效果，本发明提供了一种高精度转动关节装置及其实现方法，由于在同向不同力状态下，驱动机构可以消除空回虚位，，从而实现转动关节的高精度控制。

附图说明

图1是本发明所提供的高精度转动关节装置的立体结构示意图；

图2是本发明所提供的高精度转动关节装置的后视结构示意图；

图3是本发明所提供的转动关节装置第一转动件与第二转动件之间连接处的放大图；

图4是本发明所提供的转动关节装置的爆炸图；

图5是本发明所提供的转动关节装置中第一连接件、第一齿轮和第二齿轮的结构示意图；

图6是本发明所提供的第一驱动机构与第一连接件的爆炸图；

图7是本发明所述实现方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

由于现有技术中通常使用一个马达实现滑块来回位置的高精度控制，而由于驱动部件与滑块之间不可能完全的贴合，需要一定的配合度，因此导致来回的驱动过程中存在空回现象，通过精密适配提高位置控制的精确性，会导致非常高的费用，因此本发明为了实现提高控制精度又避免高费用，提供了一种高精度转动关节装置及实现方法。

本发明所公开的一种高精度转动关节装置，如图1所示，包括：

底座、转动平面相互垂直的第一转动件和第二转动件，以及设置在所述底座与第一转动件之间的第一驱动机构20和设置在所述第一转动件与第二转动件之间的第二驱动机构10；

所述第一驱动机构20包括:第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用先由第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动；

所述第二驱动机构10包括：第三驱动部件和第四驱动部件；

所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力。

具体的，所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力的意思为：第一驱动部件驱动第一转动件转动的方向与第二驱动部件驱动所述第一转动件运动的方向是相同的，也即是第一驱动部件和第二驱动部件在驱动第一转动件运动的过程中，两个驱动力的方向相同，但是驱动力的大小不同，当第一驱动部件驱动第一转动件在第一方向运动时，此时第一驱动部件的驱动力为主驱动力，第二驱动部件的驱动力为副驱动力，主驱动力大于副驱动，副驱动可以理解为可调负载。在实际工作负载较大时，亦可作为驱动使用。

同理，所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力的意思为：第三驱动部件驱动第二转动件转动的方向与第四驱动部件驱动所述第二转动件运动的方向是相同的，也即是第三驱动部件和第四驱动部件在驱动第二转动件运动的过程中，两个驱动力的方向相同，但是驱动力的大小不同。在实际工作负载较大时，亦可作为驱动使用。

最佳的，为了实现对第一转动件精确控制的同时，还对第二转动件的位置进行精确控制，还可以设置第三驱动部件和第四驱动部件在驱动第二转动件转动时实现与第一驱动部件和第二驱动部件同样的控制方法，也即是第三驱动部件和第四驱动部件在进行转动控制时满足：

所述第三驱动部件在驱动第二转动件运动到终点后，采用第三驱动部件的阻抗并由第四驱动部件驱动消除空回，然后再由第四驱动部件驱动所述第二转动件运动，在消除了第三驱动部件转动时导致的空回后，切换成第四工位的转动控制，从而实现对转动关节的高精度定位。

结合图2转动关节装置的后视图和图3中第一转动件与第二转动件之间连接处A的放大图；可以看出所述转动关节装置中第一转动件和第二转动件在第一驱动机构和第二驱动机构的驱动下执行相应的拾取动作。由于转动驱动采用齿轮转动驱动，而齿轮所驱动的多个关节之间的误差积累，导致无法实现对关节所在位置的准确定位，而本发明所公开的转动关节装置，利用两个驱动部件控制一个转动件，各个驱动控制部件驱动转动件转动的方向是不变的，因此本装置中不存在转动的空回现象，因此可以在简单机械结构的设计前提下，大大的提高了位置控制的精确度。

具体的，结合图4至图6所示，所述第一转动件与底座之间还设置有：第一连接件；所述第一连接件的两端分别与所述第一转动件和所述底座相连接；

所述第一驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第一齿轮450和驱动所述第一齿轮450转动的第一驱动电机410；

所述第二驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第二齿轮460和驱动所述第二齿轮460转动的第二驱动电机420；

所述第一驱动电机410，用于当所述转动关节装置处于第一工位时，驱动所述第一齿轮带动第一连接件和第一转动件转动；

所述第二驱动电机420，用于当所述转动关节装置处于第二工位时，驱动所述第二齿轮460带动第一连接件和第二转动件转动；

所述第一齿轮450转动与所述第二齿轮460转动同向不同力。

可选的，所述第一连接件包括：第一连接杆和分别连接在所述第一连接杆两端的第一齿轴470、和第二齿轴490；所述第二齿轴490的表面设置有齿牙。

在所述转动关节装置处于第一工位时，所述第一齿轮450与所述齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第二工位时，所述第二齿轮460与所述齿牙相啮合。

具体的，所述第一连接件还包括：第一固定盘480和第二固定盘440；

所述第一连接杆的一端穿过所述第一固定盘480中心的中心孔后固定在所述第一齿轴470的轴心孔内；所述第一连接杆的另一端通过固定螺丝固定在第二固定盘440的中心孔内。

可选的，所述第所述第一转动件与第二转动件之间还设置有：第二连接件402；所述第二连接件402的两端分别与所述第一转动件和所述第二转动件相连接；

所述第三驱动部件包括：与所述第二连接件402相连接的第三齿轮和驱动所述第三齿轮转动的第三驱动电机；

所述第四驱动部件包括：与所述第二连接件402相连接的第四齿轮和驱动所述第四齿轮转动的第四驱动电机；

所述第三驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第三工位时，驱动所述第三齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第四驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第四工位时，驱动所述第四齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第三齿轮转动与所述第四齿轮转动同向不同力。

可选的，所述第二连接件402包括：第二连接杆402、分别与第二连接杆402两端相连接的第三齿轴和第四齿轴409；所述第四齿轴409的表面设置有齿牙

在所述转动关节装置处于第三工位时，所述第三齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第四工位时，所述第四齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合。

与第一连接件相同的，所述第二连接件还包括：第三固定盘408和第四固定盘404；

所述第二连接杆的一端穿过所述第三固定盘408中心的中心孔后固定在所述第三齿轴408的轴心孔内；所述第二连接杆402的另一端通过固定螺丝固定在第四固定盘404的中心孔内。由于第一连接件401与第二连接件402结构相同，因此从图4可以看出，其中第二连接杆402的位置与第一连接杆401相同，第三固定盘408的位置与第一固定盘480的位置相同，所述第四固定盘404的结构与第二固定盘440的结构相同，

进一步的，所述第一转动件与所述底座相连接的一端设置有：第一固定孔；所述第一连接件通过所述第一固定孔120建立与底座之间的可拆卸连接；所述第二转动件与所述第一转动件相连接的一端设置有：第二固定孔210；所述第二连接件通过所述第二固定孔与第一连接件建立可拆卸连接。

可选的，所述第一驱动电机和第二驱动电机并列设置在第一齿轮和第二齿轮相同一端；所述第三驱动电机和第四驱动电机并列设置在第三齿轮和第四齿轮相同一端。

在上述转动关节装置的前提下，本发明还公开了一种高精度转动关节装置的实现方法，如图7所示，包括以下步骤：

步骤S1、在转动关节的底座、第一转动件之间安装设置有第一驱动部件和第二驱动部件的第一驱动机构；

在转动关节的第一转动件和第二转动件之间安装设置有第三驱动部件和第四驱动部件的第二驱动机构；

步骤S2、控制转动关节处于第一工位时所述第一驱动部件驱动第一转动件转动，或者，控制转动关节处于第二工位时所述第二驱动部件驱动第一转动件转动；

和/或，控制转动关节处于第三工位时所述第三驱动部件驱动第二转动件转动，或者，控制转动关节处于第四工位时所述第四驱动部件驱动第二转动件转动；

其中，所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力；

且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动。

最佳的，还可以设置第三驱动部件和第四驱动部件在驱动第二转动件转动时实现同样的精确控制，则其在进行转动控制时满足：

所述第三驱动部件在驱动第二转动件运动到终点后，采用第三驱动部件的阻抗并由第四驱动部件驱动消除空回，然后再由第四驱动部件驱动所述第二转动件运动，在克服了第三驱动部件转动时导致的空回后，切换成第四工位的转动控制，从而实现对转动关节的高精度定位。

本发明提供了一种高精度转动关节装置及其实现方法，在同向不同力状态下，驱动机构可以消除空回虚位，从而消除了来回运动过程中出现的空回现象，从而实现转动关节的高精度控制。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度转动关节装置，其特征在于，包括：

底座、转动平面相互垂直的第一转动件和第二转动件，以及设置在所述底座与第一转动件之间的第一驱动机构和设置在所述第一转动件与第二转动件之间的第二驱动机构；

所述第一驱动机构包括:第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；

且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动；

所述第二驱动机构包括：第三驱动部件和第四驱动部件；

所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力。

2.根据权利要求1所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第一转动件与底座之间还设置有：第一连接件；所述第一连接件的两端分别与所述第一转动件和所述底座相连接；

所述第一驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第一齿轮和驱动所述第一齿轮转动的第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：与所述第一连接件相连接的第二齿轮和驱动所述第二齿轮转动的第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第一工位时，驱动所述第一齿轮带动第一连接件和第一转动件转动；

所述第二驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第二工位时，驱动所述第二齿轮带动第一连接件和第二转动件转动；

所述第一齿轮转动所述第二齿轮转动同向不同力。

3.根据权利要求1所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第一连接件包括：第一连接杆和分别连接在所述第一连接杆两端的第一齿轴、和第二齿轴；所述第二齿轴的表面设置有齿牙

在所述转动关节装置处于第一工位时，所述第一齿轮与所述齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第二工位时，所述第二齿轮与所述齿牙相啮合。

4.根据权利要求3所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第一连接件还包括：第一固定盘和第二固定盘；

所述第一连接杆的一端穿过所述第一固定盘中心的中心孔后固定在所述第一齿轴的轴心孔内；所述第二连接杆的另一端通过固定螺丝固定在第一固定盘的中心孔内。

5.根据权利要求1所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第所述第一转动件与第二转动件之间还设置有：第二连接件；所述第二连接件的两端分别与所述第一转动件和所述第二转动件相连接；

所述第三驱动部件包括：与所述第二连接件相连接的第三齿轮和驱动所述第三齿轮转动的第三驱动电机；

所述第四驱动部件包括：与所述第二连接件相连接的第四齿轮和驱动所述第四齿轮转动的第四驱动电机；

所述第三驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第三工位时，驱动所述第三齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第四驱动电机，用于当所述转动关节装置处于第四工位时，驱动所述第四齿轮带动第二连接件和第二转动件转动；

所述第三齿轮转动的方向与所述第四齿轮转动同向不同力。

6.根据权利要求5所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第二连接件包括：第二连接杆、分别与第二连接杆两端相连接的第三齿轴和第四齿轴；所述第四齿轴的表面设置有齿牙

在所述转动关节装置处于第三工位时，所述第三齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合；在所述转动关节装置处于第四工位时，所述第四齿轮与所述第四齿轴表面的齿牙相啮合。

7.根据权利要求5所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第二连接件还包括：第三固定盘和第四固定盘；

所述第二连接杆的一端穿过所述第三固定盘中心的中心孔后固定在所述第三齿轴的轴心孔内；所述第二连接杆的另一端通过固定螺丝固定在第四固定盘的中心孔内。

8.根据权利要求5所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第一转动件与所述底座相连接的一端设置有：第一固定孔；所述第一连接件利用所述第一固定孔建立与所述底座之间的可拆卸连接；所述第二转动件与所述第一转动件相连接的一端设置有：第二固定孔；所述第二连接件利用所述第二固定孔建立与所述第一连接件之间的可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述的高精度转动关节装置，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机并列设置在第一齿轮和第二齿轮相同一端；所述第三驱动电机和第四驱动电机并列设置在第三齿轮和第四齿轮相同一端。

10.一种高精度转动关节装置的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：

在转动关节的底座、第一转动件之间安装设置有第一驱动部件和第二驱动部件的第一驱动机构；

在转动关节的第一转动件和第二转动件之间安装设置有第三驱动部件和第四驱动部件的第二驱动机构；

控制转动关节处于第一工位时所述第一驱动部件驱动第一转动件转动，或者，控制转动关节处于第二工位时所述第二驱动部件驱动第一转动件转动；

和/或，控制转动关节处于第三工位时所述第三驱动部件驱动第二转动件转动，或者，控制转动关节处于第四工位时所述第四驱动部件驱动第二转动件转动；

其中，所述第一驱动部件驱动所述第一转动件转动与第二驱动部件驱动所述第一转动件转动同向不同力；所述第三驱动部件驱动所述第二转动件转动与第四驱动部件驱动所述第二转动件转动同向不同力；

且所述第一驱动部件在驱动第一转动件运动到终点后，采用先由第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述第一转动件运动。