CN111675131A - 一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于支撑驱动机构，为解决现有技术中，使运动平台实现三维空间运动的支撑驱动机构，存在结构稳定性不足、磨损后易出现间隙，以及传动高度受限的问题，提供一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，包括驱动单元、丝杠、安装架、关节轴承、滑块、限位块和两组支撑单元；驱动单元固定于安装架上，驱动丝杠转动；限位块固定于安装架上，套设于丝杠的一端；滑块套设于丝杠上，其上设置有与丝杠相适配的螺纹；每组支撑单元中均包括两个支撑件，两组支撑单元关于丝杠的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块和限位块上；关节轴承设置于一组支撑单元的两个支撑件的相互铰接处。

Description

一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构

技术领域

本发明属于支撑驱动机构，具体涉及一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构。

背景技术

在许多应用场景下，如VR体验、游乐设施体验等，运动平台都需要实现三维空间运动，以配合达到更佳的体验感受，而运动平台的三维空间运动就需要多个支撑驱动机构来实现。

申请号为201920665938.3的中国专利申请“一种超低重心多自由度运动平台”，公开了一种能够实现多自由度运动的运动平台，其中，运动平台的多自由度运动是通过三个升降单元实现的，利用类似千斤顶的方式实现升降，通过万向节实现支撑和转动，克服了现有多自由度运动平台体积大和重心较高的问题，但仍然存在如下缺点：(1)升降单元为上下两端支撑结构，结构稳定性不足；(2)升降单元的力臂铰接处为齿轮配合，磨损后易产生间隙；(3)升降单元为菱形传动，传动高度受限，无法满足需要降至较低高度的升降需求。

发明内容

本发明为解决现有技术中，使运动平台实现三维空间运动的支撑驱动机构，存在结构稳定性不足、磨损后易出现间隙，以及传动高度受限的技术问题，提供一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特殊之处在于，包括驱动单元、丝杠、安装架、关节轴承、滑块、限位块和两组支撑单元；

所述驱动单元固定于安装架上，其输出端与丝杠相连，驱动单元驱动丝杠转动；

所述限位块固定于安装架上，套设于丝杠的一端，用于对丝杠进行轴向限位；

所述滑块套设于丝杠上，其上设置有与所述丝杠相适配的螺纹；

每组所述支撑单元中均包括两个支撑件，两组支撑单元关于丝杠的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块和限位块上；

所述关节轴承设置于一组支撑单元的两个支撑件的相互铰接处，关节轴承的内圈与支撑件铰接，外圈用于连接外部待安装件；

另一组所述支撑单元的两个支撑件的相互铰接处用于连接另一个外部待安装件。

进一步地，所述驱动单元的输出端与丝杠之间通过同步带相连。

进一步地，两个所述支撑件通过轴杆相互铰接；

所述轴杆上设有限位安装槽，两个支撑件均套设于轴杆上，位于限位安装槽内；

所述关节轴承的内圈套设于轴杆上。

进一步地，所述支撑件包括支撑板和设置在支撑板两侧的安装耳；

所述滑块和限位块上均设有轴孔，所述轴孔内设置有铰接轴(14)；

所述安装耳的一端套设于铰接轴上，另一端套设于轴杆上，位于限位安装槽内；

所述关节轴承位于支撑板两侧安装耳之间的中心处。

进一步地，还包括挡板；

所述挡板包括端板、两个侧板和两个盖板；

所述端板位于丝杠远离限位块的端部，套设于丝杠外部；

两个所述侧板分别位于滑块垂直于丝杠轴向的两侧，侧板的一端延伸至限位块并与之相连，另一端延伸至端板并与之相连；

两个所述盖板分别位于滑块的顶部和底部，盖板的一端延伸至限位块并与之相连，另一端延伸至端板并与之相连；盖板位于支撑件的两个安装耳之间。

进一步地，与安装有关节轴承的轴杆相对称的另一根轴杆上套设安装有两个安装座；

两个所述安装座分别位于支撑板两侧安装耳的外侧。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，通过驱动单元驱动丝杠转动，位于丝杠一端的限位块固定不动，位于丝杠另一端的滑块通过与丝杠螺纹配合，使滑块朝向或远离限位块运动，进而带动两组支撑单元中两个支撑件之间的夹角增大或减小，从而实现升降，另外，关节轴承能够实现近乎360°转动。因此，在支撑件和关节轴承的共同作用下，可将两个待安装件分别安装在关节轴承的外圈上和另一组支撑单元的两个支撑件相互铰接处，实现两个待安装件之间相对的升降和摆动，进而实现其中一个待安装件的三维空间运动；本发明的支撑驱动机构，结构紧凑、体积小，却能够支撑并实现三维空间运动；再者，可通过调节丝杠长度和两个支撑件之间的夹角，对支撑驱动机构的升降速度和升降行程进行调整，使用灵活，适用广泛。仅需启动驱动单元即可实现整个装置的运动控制，操作简便，使用便捷。

2.本发明中驱动单元的输出端与丝杠之间通过同步带相连，传动噪音较小，在保证同步转动的同时，对驱动单元具有一定的保护作用。

3.本发明中两个支撑件通过轴杆铰接，且套设于限位安装槽内，安装更加牢靠，加工和组装更加简便。

4.本发明还设置有挡板，使滑块和限位块均位于挡板围成的区域内，螺杆与滑块和限位块的配合处也始终位于挡板围成的区域内，对其配合处具有一定的保护作用，避免外部脏污对本发明造成影响。

5.本发明中未安装关节轴承的一组支撑单元的两个支撑件相互铰接处，能够通过安装座与另一待安装件进行连接，便于支撑驱动机构的快捷安装，便于使用。

附图说明

图1为本发明用于实现三维空间运动的支撑驱动机构实施例的结构示意图(未示出挡板)；

图2为本发明图1另一角度的结构示意图；

图3为本发明图1中安装挡板后的结构示意图；

图4为本发明图1中支撑件的结构示意图；

图5为本发明图1中轴杆的结构示意图；

图6为本发明图1中滑块的结构示意图；

图7为本发明图1中限位块的结构示意图。

其中，1-驱动单元、2-丝杠、3-滑块、4-支撑件、401-支撑板、402-安装耳、5-关节轴承、6-限位块、7-轴杆、8-限位安装槽、9-轴孔、10-挡板、1001-端板、1002-侧板、1003-盖板、11-安装架、12-安装座、13-同步带、14-铰接轴。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例和附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例并非对本发明的限制。

如图1至图7，一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，包括驱动单元1、丝杠2、关节轴承5、限位块6、挡板10、安装架11、安装座12、滑块3和两组支撑件单元。

驱动单元1固定于安装架11上，驱动单元1的输出端与丝杠2相连，驱动单元1用于驱动丝杠2转动，驱动单元1可采用旋转电机，可直接与丝杠2相连，也可通过传动部件相连，如通过同步带13、链条或齿轮配合等进行传动。

滑块3套设在丝杠2上，滑块3上设置有与丝杠2相适配的螺纹，丝杠2在驱动单元1驱动下转动，滑块3通过与丝杠2的配合，带动滑块3沿丝杠2运动，丝杠2上螺纹的长度即为滑块3的最长运动路径。限位块6固定在安装架11上，套设于丝杠2的一端，限位块6固定不动，滑块3通过与丝杠2的配合，朝向靠近限位块6的方向运动，或朝向远离限位块6的方向运动，可通过控制丝杠2的正转和反转控制滑块3的运动方向。

每组支撑单元中均包括两个支撑件4，两组支撑单元关于丝杠2的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件4一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块3和限位块6上。支撑件3作为一种优选方案，包括支撑板401和设置在支撑板401两侧的安装耳402，安装耳402垂直于支撑板401设置。滑块3和限位块6上都设置有轴孔，轴孔9内设有铰接轴14，其中，安装耳402的一端套设于铰接轴14上，使每组支撑单元的两个支撑件4分别通过铰接轴14与限位块6和滑块3铰接，另一端套设于轴杆7上，且位于限位安装槽8内，使每组支撑单元的两个支撑件4通过轴杆7相互铰接。一个支撑件4的两个安装耳402分别位于另一个支撑件4的两个安装耳402外部。

在其中一组支撑单元的两个支撑件4相互铰接处设置关节轴承5，关节轴承5的内圈套设于轴杆7上，位于支撑板401两侧安装耳402之间的中心处，关节轴承5的外圈可用于连接一个待安装件。在另一组支撑单元的两个支撑件4相互铰接处设置两个安装座12，通过两个安装座12与另一个待安装件相连接，两个安装座12分别位于支撑板401两侧安装耳402的外侧。支撑板401靠近滑块3和限位块6的一端边缘呈弧形，能够分别避开滑块3和限位块6，整体结构更加紧凑。

需要使待安装件实现三维空间运动时，将两个待安装件连接在关节轴承5的外圈上，和安装座12处，驱动单元1带动丝杠2正向转动或反向转动，滑块3向远离或靠近限位块3的方向运动，使两个待安装件的相对距离靠近或远离。另外，随关节轴承5的转动，其中一个待安装件还能够随之转动或偏转，实现三维空间运动。可使用一个本发明的支撑驱动机构带动待安装件运动，也可同时使用多个本发明的支撑驱动机构同时带动待安装件运动，可根据使用需要进行排布和配置。

上述的关节轴承5是一种现有零件，为了便于安装，可以直接选用球头轴承，其杆部与待安装件相连。

另外，为了避免滑块3与丝杠2、限位块6与丝杠2之间配合处受外界脏污影响，本发明还设置了挡板10，挡板10包括端板1001、两个侧板1002和两个盖板1003。端板1001位于丝杠2远离限位块6的端部，套设在丝杠(2)外部；两个侧板1002分别位于滑块3垂直于丝杠2轴向的两侧，侧板1002的一端延伸至限位块6，另一端延伸至端板1001；两个盖板1003分别位于滑块3的顶部和底部，盖板1003的一端延伸至限位块6，另一端延伸至端板1001；盖板1003位于支撑件4的两个安装耳402之间，不影响支撑件4的运动。两个盖板1003、两个侧板1002、端板1001和固定架共同将丝杠2、滑块3和限位块6围放于其中，能够有效阻挡外部脏污进入，延长本发明的使用寿命。

本发明的支撑驱动机构极具推广性，能够应用于各种需要三维空间运动的支撑驱动，是一种应用便捷的支撑驱动机构。

以上所述仅为本发明的实施例，并非对本发明保护范围的限制，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：包括驱动单元(1)、丝杠(2)、安装架(11)、关节轴承(5)、滑块(3)、限位块(6)和两组支撑单元；

所述驱动单元(1)固定于安装架(11)上，其输出端与丝杠(2)相连，驱动单元(1)驱动丝杠(2)转动；

所述限位块(6)固定于安装架(11)上，套设于丝杠(2)的一端，用于对丝杠(2)进行轴向限位；

所述滑块(3)套设于丝杠(2)上，其上设置有与所述丝杠(2)相适配的螺纹；

每组所述支撑单元中均包括两个支撑件(4)，两组支撑单元关于丝杠(2)的轴线对称设置；每组支撑单元中的两个支撑件(4)一端相互铰接，另一端分别铰接于滑块(3)和限位块(6)上；

所述关节轴承(5)设置于一组支撑单元的两个支撑件(4)的相互铰接处，关节轴承(5)的内圈与支撑件(4)铰接，外圈用于连接外部待安装件；

另一组所述支撑单元的两个支撑件(4)的相互铰接处用于连接另一个外部待安装件。

2.如权利要求1所述一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：所述驱动单元(1)的输出端与丝杠(2)之间通过同步带(13)相连。

3.如权利要求1或2所述一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：两个所述支撑件(4)通过轴杆(7)相互铰接；

所述轴杆(7)上设有限位安装槽(8)，两个支撑件(4)均套设于轴杆(7)上，位于限位安装槽(8)内；

所述关节轴承(5)的内圈套设于轴杆(7)上。

4.如权利要求3所述一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：所述支撑件(4)包括支撑板(401)和设置在支撑板(401)两侧的安装耳(402)；

所述滑块(3)和限位块(6)上均设有轴孔(9)，所述轴孔(9)内设置有铰接轴(14)；

所述安装耳(402)的一端套设于铰接轴(14)上，另一端套设于轴杆(7)上，位于限位安装槽(8)内；

所述关节轴承(5)位于支撑板(401)两侧安装耳(402)之间的中心处。

5.如权利要求4所述一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：还包括挡板(10)；

所述挡板(10)包括端板(1001)、两个侧板(1002)和两个盖板(1003)；

所述端板(1001)位于丝杠(2)远离限位块(6)的端部，套设于丝杠(2)外部；

两个所述侧板(1002)分别位于滑块(3)垂直于丝杠(2)轴向的两侧，侧板(1002)的一端延伸至限位块(6)并与之相连，另一端延伸至端板(1001)并与之相连；

两个所述盖板(1003)分别位于滑块(3)的顶部和底部，盖板(1003)的一端延伸至限位块(6)并与之相连，另一端延伸至端板(1001)并与之相连；盖板(1003)位于支撑件(4)的两个安装耳(402)之间。

6.如权利要求5所述一种用于实现三维空间运动的支撑驱动机构，其特征在于：与安装有关节轴承(5)的轴杆(7)相对称的另一根轴杆(7)上套设安装有两个安装座(12)；

两个所述安装座(12)分别位于支撑板(401)两侧安装耳(402)的外侧。

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