CN111689420B - 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，包括驱动单元、螺杆、关节轴承、两个滑块和两个支撑件；驱动单元的输出端与螺杆相连，驱动单元驱动螺杆转动；螺杆上设有两段旋向相反的螺纹，两段螺纹长度相等；两个滑块均套设于螺杆上，分别与螺杆上旋向相反的两段螺纹相适配；两个支撑件的一端相互铰接，另一端分别铰接于两个所述滑块上；关节轴承设置于两个支撑件相互铰接处，关节轴承的外圈用于连接待安装件。

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、安装架、螺杆、关节轴承、两个滑块和两个支撑件；

所述驱动单元固定于安装架上，其的输出端与螺杆相连，驱动单元驱动螺杆转动；

所述螺杆安装于安装架上，螺杆上设有两段旋向相反的螺纹，两段螺纹长度相等；

两个所述滑块均套设于螺杆上，其上分别设置有与螺杆上旋向相反的两段螺纹相适配的螺纹；

两个所述支撑件的一端相互铰接，另一端分别铰接于两个所述滑块上；

所述关节轴承设置于两个支撑件相互铰接处，关节轴承的内圈与所述支撑件铰接，外圈用于连接待安装件。

进一步地，还包括固定设置在安装架上的导向支撑杆；

两个所述滑块均套设于导向支撑杆上。

进一步地，所述驱动单元的输出端与螺杆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；

所述滑块垂直于螺杆延伸方向的两侧设有安装凸起；

所述安装耳的一端套设于安装凸起上，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，还包括套设于螺杆和导向支撑杆上的隔板；

所述隔板固定于安装架上，隔板位于螺杆上的两段螺纹之间。

进一步地，所述导向支撑杆的两端和隔板处套设有安装座。

进一步地，所述螺杆上旋向相反的两段螺纹长度相等。

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，与类似千斤顶的升降单元相比，本发明为三角支撑结构，更加稳定，与菱形传动相比，减少了近一半的传动高度，进而也降低了运动平台的重心；简化了铰接的同时，也减少了磨损，因而不易产生磨损造成的间隙；通过驱动单元驱动螺杆转动，由于螺杆两端的螺纹旋向相反，可通过两个滑块分别与两段螺纹的配合，使两个滑块沿相反方向运动，进而带动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，可将待安装件安装在关节轴承上，实现待安装件的升降和转动，进而实现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，可通过调节螺杆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.本发明为保证整个支撑驱动机构的安全可靠性，还设置了导向支撑杆，滑块同时套设在螺杆和导向支撑杆上，分担了螺杆的受力，能够有效延长螺杆的使用寿命。

3.本发明中驱动单元的输出端与螺杆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。

4.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。

5.本发明还设置有隔板，将两个滑块的运动路径相隔离，避免因操作失误造成装置损坏，当滑块运动至隔板处即能够停止继续运动。

6.本发明还设有安装架，使装置的整体性更佳，集成度更高。

7.本发明的导向支撑杆上还套设有多个安装座，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；

图2为本发明图1去除安装架的结构示意图；

图3为本发明图1中支撑件的结构示意图；

图4为本发明图1中轴杆的结构示意图；

图5为本发明图1中滑块的结构示意图。

其中，1-驱动单元、2-螺杆、3-滑块、4-支撑件、401-支撑板、402-安装耳、5-关节轴承、6-导向支撑杆、7-轴杆、8-限位安装槽、9-安装凸起、10-隔板、11-安装架、12-安装座、13-同步带。

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5，一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、螺杆2、关节轴承5、导向支撑杆6、隔板10、安装架11、安装座12、两个滑块3和两个支撑件4。

驱动单元1的输出端与螺杆2相连，驱动单元1用于驱动螺杆2转动，驱动单元1可采用旋转电机，可直接与螺杆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。

螺杆2上设有两段旋向相反的螺纹，两段螺纹的有效工作长度相等，也可直接设置相等长度，两段螺纹可关于螺杆2的中心处呈对称设置，也可偏向于螺杆2的某一端。两个滑块3均套设在螺杆2上，分别与旋向相反的两段螺纹相适配，螺杆2在驱动单元1驱动下转动，两个滑块3分别通过与两段螺纹的配合，带动两个滑块3沿相反方向运动，螺杆2上螺纹的长度即为滑块3的最长运动路径。

支撑件4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垂直于螺杆2延伸方向的两侧设有安装凸起9，其中，安装耳402的一端套设于安装凸起9上，另一端套设于轴杆7上，且位于限位安装槽8内，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。使支撑件3的一端通过安装凸起9与滑块3铰接，另一端通过轴杆7使两个支撑件3相互铰接。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的外圈可用于连接待安装件。支撑板401靠近滑块3的一端边缘呈弧形，能够避开滑块3，整体结构更加紧凑。

需要使待安装件实现三维空间运动时，将待安装件连接在关节轴承5的外圈上，驱动单元1带动螺杆2转动，两个滑块3或相互远离运动，使待安装件下降，或相互靠近运动，使待安装件上升。另外，随关节轴承5的转动，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。

为了使螺杆2带动滑块3运动时，减小螺杆2对滑块3的支撑力，滑块3同时套设在导向支撑杆6上，导向支撑杆6位于螺杆2的下部，导向支撑杆6固定设置，可以是一根光轴，仅为了对滑块3起到支撑作用。

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，为了避免操作失误或驱动单元1出现故障，造成滑块3运动距离过大，在螺杆3上的两段螺纹之间还可以设置隔板10，可以设置一块隔板10，也可以设置多块，根据两段螺纹的设置情况可进行调整，隔板10套设在螺杆3上。当然，也可以设置其他能够限制滑块运动范围的部件。当滑块运动至隔板10处时，能够停止继续运动。

再者，为了便于安装，可在导向支撑杆6上等间距的套设多个安装座12，需要使用或固定支撑驱动机构时，可通过安装座12对支撑驱动机构进行相应固定，安装座12的固定，可使导向支撑杆6与安装架11同时被固定。当然，若通过安装架直接对支撑驱动机构进行相应固定，同样可行。同时，为了使集成度更高，整体性更好，还设有安装架11，前述的螺杆2安装在安装架11上，驱动单元1、导向支撑杆6和隔板10均固定于安装架11上。安装架11也能对滑块3的运动轨迹起到一定的限位作用。

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)、安装架(11)、螺杆(2)、关节轴承(5)、两个滑块(3)和两个支撑件(4)，以及固定设置在安装架(11)上的导向支撑杆(6)；

所述驱动单元(1)固定于安装架(11)上，其输出端与螺杆(2)相连，驱动单元(1)用于驱动螺杆(2)转动；

所述螺杆(2)安装于安装架(11)上，螺杆(2)上设有两段旋向相反的螺纹；

两个所述滑块(3)均套设于螺杆(2)上，其上分别设置有与螺杆(2)上旋向相反的两段螺纹相适配的螺纹；

两个所述支撑件(4)的一端通过轴杆(7)相互铰接，另一端分别铰接于两个所述滑块(3)上；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；

所述关节轴承(5)设置于两个支撑件(4)相互铰接处，关节轴承(5)的内圈与所述支撑件(4)铰接，外圈用于连接待安装件；

两个所述滑块(3)均套设于导向支撑杆(6)上。

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)的输出端与螺杆(2)之间通过同步带(13)相连。

3.如权利要求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：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)垂直于螺杆(2)延伸方向的两侧设有安装凸起(9)；

所述安装耳(402)的一端套设于安装凸起(9)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。

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：还包括套设于螺杆(2)和导向支撑杆(6)上的隔板(10)；

所述隔板(10)固定于安装架(11)上，隔板(10)位于螺杆(2)上的两段螺纹之间。

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：所述导向支撑杆(6)的两端和隔板(10)处套设有安装座(12)。

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：所述螺杆(2)上旋向相反的两段螺纹长度相等。

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