CN110350718B - 一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置及限位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置及限位方法，属于伺服机构技术领域，解决了现有伺服机构由于重心偏置产生的沿伺服轴线的不可控旋转运动，及伺服机构旋转造成的运动干涉问题。本发明的单片装置包括安装座、凸台和限位块，单片与伺服机构通过螺钉固定，单片通过固定销安装在支耳槽中，凸台上设置对称的两个限位块，两个限位块并列安装在支耳槽中，支耳槽限制限位块沿伺服轴线的转动，最终限制伺服机构沿伺服轴线的转动。单片装置与固定销通过关节轴承连接，不会影响伺服机构前后方向和左右方向的摆动，同时满足伺服机构位移输出的需要。本发明实现了对伺服机构沿伺服轴线的旋转运动的限制，避免了对其他部件的运动干涉。

Description

一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置及限位方法

技术领域

本发明涉及伺服机构技术领域，尤其涉及一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置及限位方法。

背景技术

随着新型电机、滚珠丝杠、谐波减速以及余度技术的出现，电动伺服机构相比液压伺服机构在功率、体积、重量、精确控制等方面都有了很大的提高。但是，为了小型化、轻量化，电动伺服机构存在重心偏置于伺服轴线一侧的问题，这种重心偏置会造成伺服机构出现以伺服轴线为中心线的不受控、不可预测旋转运动，造成严重的运动干涉问题。

现有的技术方案主要有两种，第一种是将重心置于伺服轴线上，消除不平衡状态；第二种是将单个伺服机构分为两部分组合，组合之间通过具有支撑作用的构件连接，消除不平衡状态。此两种方案均为被动解决方案，需增加零部件或者进行重心平衡设计，结构复杂、零部件多，无法实现轻量化、小型化设计。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置及限位方法，用以解决现有伺服机构进行小型化、一体化、轻量化设计后，由于伺服机构存在重心偏置，造成的伺服机构不受控旋转运动的问题，本发明在不增加零部件的前提下，完成对伺服机构旋转自由度的限位，实现伺服机构精确、稳定直线位移推力输出。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置，包括安装座、凸台和限位块；单片装置安装在系统的两个支耳之间；安装座与伺服机构固定连接；支耳能够限制限位块沿伺服轴线转动，单片装置与伺服机构固定连接，进一步实现支耳限制伺服机构以伺服轴线为转动轴旋转；也就是说，限位块用于限制伺服机构以伺服轴线为转动轴的旋转运动。

具体地，凸台上设置有支耳连接孔。

具体地，单片装置与支耳之间通过固定销连接；固定销通过关节轴承安装于支耳连接孔。

具体地，安装座、凸台、限位块为一体结构。

具体地，限位块的纵截面为圆形。

具体地，限位块的直径与两个支耳之间的距离相等。

具体地，限位块对称设置在凸台的两侧，且限位块的圆柱面与支耳的侧面为线接触。

具体地，安装座上设置有安装固定孔；伺服机构的底座上设置与安装固定孔相对应的安装孔；安装座与底座之间通过螺钉固定。

另外，本发明提供一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，包括以下步骤：

步骤S1：将单片装置的安装固定孔与伺服机构的底座上的安装孔对齐，并通过螺钉将单片结构拧紧固定在底座上；

步骤S2：将固定销穿过支耳连接孔，并通过关节轴承与支耳连接孔连接；

步骤S3：将单片装置通过固定销与两侧的支耳连接固定；

步骤S4：安装完成后，两个限位块并列位于两个支耳之间的支耳槽中，支耳限制两个限位块以伺服轴线为转动轴在支耳槽中转动；当伺服机构有沿伺服轴线旋转的趋势时，两个限位块也会有在支耳槽中转动的趋势，由于支耳对限位块的阻挡，伺服机构不能发生沿伺服轴线的旋转运动。

步骤S4中，伺服机构沿伺服轴线左右方向摆动时，伺服轴线也左右摆动，其转动轴为两个限位块的圆心轴线，圆心轴线垂直于伺服轴线；伺服机构左右偏转时，限位块绕自身圆心轴线转动，且限位块的圆柱面始终与支耳的侧面保持线接触；

伺服机构沿伺服轴线前后方向摆动时，伺服轴线也前后摆动，单片装置绕固定销的中心轴线旋转，且固定销中心轴线垂直于伺服轴线，单片装置在支耳槽中绕固定销偏转。

采用上述方案至少具有以下有益效果之一：

1、本发明的单片装置通过螺钉安装在伺服机构的外壳上，单片装置为对称结构，且单片的中心轴线与伺服轴线重合，限位块为圆形结构且直径与支耳槽宽度相等，限制了由于重心偏置可能造成的伺服机构沿伺服轴线的不受控、不可预测的旋转运动，避免了对其他部件的运动干涉的产生。

2、本发明的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置，不增加额外的零部组件，不增加电控部件，完全由装置的特殊结构外形实现对伺服机构沿伺服轴线的旋转自由度的限制，解决了由伺服机构重心偏置带来的以伺服轴线为中心线的旋转运动不可控问题，实现伺服机构精确、稳定直线位移推力输出。

3、本发明仅限制伺服机构以伺服轴线为转动中心线的旋转运动，而不影响伺服机构其他两个方向的旋转自由度，伺服机构能够在伺服轴线的左右方向做摆动运动，使伺服机构能够满足对推动对象(发动机喷管)的位移输出的需求。

4、本发明的单片上设置支耳连接孔，固定销穿过支耳连接孔将单片与支耳连接，固定销与单片之间通过关节轴承连接，使其不影响伺服机构的摆动。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为单片装置主视图；

图2为单片装置俯视图；

图3为单片在伺服机构上的安装位置图；

图4为单片装置三维模型图；

图5为单片及伺服机构与支耳的安装关系主视图；

图6为单片与支耳的安装关系俯视图；

图7为伺服机构及单片的左右摆动状态示意图主视图；

图8为伺服机构及单片的前后摆动状态示意图右视图。

附图标记：

1-安装座；2-凸台；3-限位块；4-安装固定孔；5-伺服机构；6-底座；7-支耳连接孔；8-支耳。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置，包括安装座1、凸台2和限位块3，单片与伺服机构5的底座6之间通过螺钉安装固定，凸台2上设置对称的两个限位块3，限位块3用于限制伺服机构5沿伺服轴线的旋转运动，单片装置的具体结构参见图1、图2。

具体地，安装座1、凸台2和限位块3之间为一体结构。凸台2为平板状结构，且凸台2垂直于安装座1。限位块3有两个，限位块3截面为圆形且具有一定厚度，限位块3的圆截面垂直于安装座1和凸台2，如图1所示。

具体地，安装座1上设置有安装固定孔4，伺服机构5上设置有与安装固定孔4对应的安装孔，使用时，将安装固定孔4与伺服机构5的底座6上的安装孔对齐，将螺钉拧入安装定位孔4中拧紧固定，使单片装置与伺服机构5固定为一个整体，单片装置为对称结构，单片装置与伺服机构安装完成后，单片装置的对称轴线与伺服轴线重合。单片装置和伺服机构5的连接关系参见图3。

具体地，凸台2与安装座1垂直，凸台2为设置在安装座1的中间位置的扁平板状结构，且凸台2具有一定的厚度，凸台2的中间位置设有与系统的支耳8连接的支耳连接孔7，如图4所示。单片装置与支耳8之间通过穿过支耳连接孔7的固定销连接。通过固定销将单片装置和伺服机构安装到支耳上，固定销穿过单片凸台2上的支耳连接孔7，固定销的直径小于支耳连接孔7的直径，且支耳连接孔7与之间通过关节轴承连接。固定销与单片之间为转动副限制了单片在固定销径向的位移自由度，固定销与支耳连接孔7通过关节轴承连接，限制限制了单片在固定销轴向的位移自由度。

具体地，为了实现对伺服机构5的沿伺服轴线的旋转运动的限制，在凸台2的支耳连接孔7两侧分别对称设置两个限位块3，且限位块3垂直于凸台2。限位块3与凸台2固定连接或为一体结构。限位块3为圆形，且具有一定的厚度，这使得限位块3无法在支耳槽内以伺服轴线为转动轴旋转，由于单片与伺服机构固定连接，进一步限制了伺服机构以伺服轴线为轴的旋转运动。

具体地，限位块3的直径与两个支耳8之间的支耳槽的宽度相等，限位块3的圆弧形侧面与两侧的支耳8的侧面始终保持线接触，换句话说，限位块3的圆柱面与两侧的支耳8的平侧面之间是相切的，参见图5、图6。

如图6所示，两个限位块3并列放置在支耳槽中，两侧支耳8限制两个限位块3沿伺服轴线的转动，又由于限位块3与凸台2和安装座1为一体结构，单片装置与伺服机构5固定连接，最终限制伺服机构5沿伺服轴线的旋转运动。

具体地，单片通过固定销安装在两个支耳8上后，两个限位块3并列位于支耳槽中，且圆形限位块3与两侧的支耳8垂直。考虑到，限位块3的直径与支耳槽宽度相等，两侧支耳8为平行的两个板状结构，两个支耳构成的支耳槽具有两个平行的侧面，因此，限位块3的圆柱状弧面与两侧支耳8的侧面始终保持线接触的相切面关系。前后两个限位块3与支耳槽两侧支耳8的四个接触点构成一个与支耳槽宽度相等的矩形，接触形成的矩形无法在支耳槽中沿伺服轴线转动，参见图6，进一步地，限制了伺服机构沿伺服轴线的旋转运动。

进一步地，利用关节轴承自身的结构特点，使固定销不会影响单片在支耳槽中的左右摆动，单片装置即能够沿固定销的轴线转动，同时又能够在固定销的径向方向左右摆动。由于，限位块3与支耳8始终保持线接触，限位块3与支耳8相切的位置关系，使限位块3能够在支耳槽中以限位块3的圆心轴线为转动轴转动。因此，能够使伺服机构5以限位块3的圆心轴线为转动中心线(转动轴)左右摆动，即伺服机构5能够在伺服轴线的左右方向作摆动运动，如图7所示。

进一步地，由于固定销与单片装置之间通过轴承连接，单片装置能够沿固定销的轴线转动，进一步地，使单片能够在支耳槽中发生前后摆动，单片前后摆动时，以固定销的中心轴作为单片的摆动轴线。进一步地，单片与伺服机构固定为一体，可以同步发生沿伺服轴线方向的前后摆动，即伺服机构前后摆动时伺服轴线也前后摆动，如图8所示。

值得注意的是：

当伺服机构5存在沿伺服轴线旋转的趋势时，两个限位块3也会有在支耳槽中转动的趋势，由于支耳8对两个限位块3的限制，单片结构不能以伺服轴线为转动轴在支耳槽中转动，因此，伺服机构5也不能发生沿伺服轴线的旋转运动。

伺服机构5沿伺服轴线左右方向摆动时，伺服轴线也左右摆动，其摆动轴线即为两个限位块3的圆心相连的圆心轴线，且圆心轴线与伺服轴线是垂直的。

伺服机构5沿伺服轴线前后方向摆动时，伺服轴线也前后摆动，其摆动轴线为固定销的中心轴线，且中心轴线垂直于伺服轴线。

本发明还提供一种采用上述限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，具体包括以下步骤：

步骤1、单片装置的安装固定孔4与伺服机构5的底座6上的安装孔对齐，并通过螺钉将单片结构拧紧固定在底座6上。

步骤2、将固定销穿过支耳连接孔7并与支耳连接孔7通过关节轴承连接。

步骤3、将单片通过固定销与两侧的支耳连接固定，完成对单片和伺服机构5的位置固定。

安装完成后，凸台2置于伺服系统的两个支耳8之间，且凸台2与支耳8平行放置。两个限位块3并列位于两个支耳8之间，且两个限位块3均与两侧支耳8的侧面相切。

步骤4、当伺服机构5有沿伺服轴线旋转的趋势时，两个限位块3也会有在支耳槽中以伺服轴线为转动的趋势，支耳8限制两个限位块3以伺服轴线为转动轴在支耳槽中转动，因此，伺服机构5不能发生沿伺服轴线的旋转运动，参见图6。

步骤5、由于伺服系统实际应用的需要，仅限制伺服机构绕伺服轴线的转动，而不限制其他两个转动自由度。

伺服机构5沿伺服轴线左右方向摆动时，伺服轴线也左右摆动，其转动轴为两个限位块3的圆心轴线，圆心轴线垂直于伺服轴线；伺服机构5左右偏转时，限位块3绕圆心轴线转动，且限位块3的圆柱面始终与支耳8的侧面保持线接触，如图7。

伺服机构5沿伺服轴线前后方向摆动时，伺服轴线也前后摆动，伺服机构5前后摆动的转动轴为固定销的中心轴线，且固定销中心轴线垂直于伺服轴线，单片装置在支耳槽中绕固定销偏转，参见图8。

与现有技术相比，本实施例提供的技术方案至少具有以下技术效果之一：

1、本发明通过采用单片装置解决了由伺服机构5的重心偏置带来的以伺服轴线为转动中心线的旋转运动不可控问题，实现伺服机构精确、稳定的直线位移推力输出。

2、本发明的一种限制直线伺服机构5旋转自由度的单片装置，不增加额外的零部组件，不增加电控部件，完全由装置的特殊结构外形实现对伺服机构5的旋转自由度的限制，结构简单可靠，可操作性强且限制效果良好。

3、本发明的单片装置设置两个限位块3，两个限位块3并列放置在支耳槽中，限位块3为圆形且限位块3的直径与支耳槽的宽度相等，前后两个限位块3与支耳槽两侧支耳8的四个接触点构成一个与支耳槽宽度相等的矩形，接触矩形限制了单片在支耳槽中沿伺服轴线的旋转运动。

4、本发明单片装置的支耳连接孔7与支耳之间通过固定销连接固定，同时固定销与支耳连接孔7之间通过关节轴承连接，由于关节轴承自身的结构特点，使固定销能够固定单片装置和伺服机构，同时不会限制伺服机构和单片装置在支耳槽中的前后和左右摆动。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1：将单片装置的安装固定孔(4)与伺服机构(5)的底座(6)上的安装孔对齐，并通过螺钉将单片结构拧紧固定在底座(6)上；

步骤S2：将固定销穿过支耳连接孔(7)，并通过关节轴承与支耳连接孔(7)连接；

步骤S3：将单片装置通过固定销与两侧的支耳(8)连接固定；

步骤S4：安装完成后，两个限位块(3)并列位于两个支耳(8)之间的支耳槽中，支耳(8)限制两个限位块(3)以伺服轴线为转动轴在支耳槽中转动；当伺服机构(5)有沿伺服轴线旋转的趋势时，两个限位块(3)也会有在支耳槽中转动的趋势，由于支耳(8)对限位块(3)的阻挡，伺服机构(5)不能发生沿伺服轴线的旋转运动；

所述单片装置包括安装座(1)、凸台(2)和限位块(3)；所述单片装置安装在系统的两个支耳(8)之间；所述安装座(1)与伺服机构(5)固定连接；所述限位块(3)用于限制所述伺服机构(5)以伺服轴线为转动轴的旋转运动；所述限位块(3)的直径与两个支耳(8)之间的距离相等；所述限位块(3)对称设置在所述凸台(2)的两侧，且所述限位块(3)的圆柱面与所述支耳(8)的侧面为线接触；前后两个限位块(3)与支耳槽两侧支耳(8)的四个接触点构成一个与支耳槽宽度相等的矩形，所述矩形无法在支耳槽中沿伺服轴线转动；

所述步骤S4中，伺服机构(5)沿伺服轴线左右方向摆动时，伺服轴线也左右摆动，其转动轴为两个限位块(3)的圆心轴线，圆心轴线垂直于伺服轴线；伺服机构(5)左右偏转时，限位块(3)绕自身圆心轴线转动，且限位块(3)的圆柱面始终与支耳(8)的侧面保持线接触；

伺服机构(5)沿伺服轴线前后方向摆动时，伺服轴线也前后摆动，单片装置绕固定销的中心轴线旋转，且固定销中心轴线垂直于伺服轴线，单片装置在支耳槽中绕固定销偏转。

2.根据权利要求1所述的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，所述凸台(2)上设置有支耳连接孔(7)。

3.根据权利要求2所述的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，所述单片装置与所述支耳(8)之间通过固定销连接；所述固定销通过关节轴承安装于所述支耳连接孔(7)。

4.根据权利要求3所述的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，所述安装座(1)、凸台(2)、限位块(3)为一体结构。

5.根据权利要求1-4任一项所述的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，所述限位块(3)的纵截面为圆形。

6.根据权利要求1所述的限制直线伺服机构旋转自由度的单片装置的限位方法，其特征在于，所述安装座(1)上设置有安装固定孔(4)；所述伺服机构(5)的底座(6)上设置与安装固定孔(4)相对应的安装孔；所述安装座(1)与所述底座(6)之间通过螺钉固定。

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