CN116900898B - 一种可万向角度工作的砂轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可万向角度工作的砂轮机，包括机架及砂轮盘，所述砂轮盘由旋转执行器驱动旋转，还包括宏动调节机构、微动调节机构和万向齿球；所述宏动调节机构包括至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度用以调节所述微动调节机构和万向齿球作大体量的空间方位调节；多轴连续角度调整：本发明的技术通过宏动和微动调节机构的协同作用，实现了砂轮盘在多个轴上的连续角度调整。这使得砂轮盘能够自由地在不同方向上进行精确的角度调整，满足了复杂加工任务的需求。微动调节机构的电动方式使得角度调整能够更加精细，避免了传统机械链接可能引入的误差。这提高了加工的精度和一致性。

Description

一种可万向角度工作的砂轮机

技术领域

本发明涉及砂轮机技术领域，特别涉及一种可万向角度工作的砂轮机。

背景技术

砂轮机的原始形式可以追溯到古代，当时人们使用手工磨石来进行磨削工作。随着工业革命的到来，机械化加工的需求逐渐增加，砂轮机作为一种自动化磨削工具应运而生。19世纪末和20世纪初，砂轮机得到了显著的发展和改进，使得磨削工艺在制造业中变得更加精确和高效。

砂轮机也称砂磨机，是一种用于磨削、抛光和修整工件表面的机械设备。它在工业生产和制造中广泛应用，可以进行多种磨削操作，如平面磨削、外圆磨削、内圆磨削、中心磨削等。随着材料科学、机械制造技术和自动化控制技术的不断发展，砂轮机的设计和制造也在不断演进。磨削材料的种类和性能不断改进，磨削精度和表面质量要求也越来越高，这促使砂轮机的设计与制造变得更加精密。

不同工件可能具有不同的形状和尺寸，包括平面、曲面、内外圆等。通过灵活的角度调节，可以使砂轮与工件表面保持适当的接触，以确保均匀的磨削，并确保在整个工件表面上获得一致的加工效果。其中在现有技术中，一些砂轮机通过采用特殊的机械结构实现了灵活的角度调节；

例如CN201010103894.9《基于并联机构的三自由度砂轮修整器》和CN201610836062.5《曲面并联打磨装置》所公开的技术，其采用了并联机构的形式驱动砂轮进行万向角度调节作业，但是这种并联机构的形式存在如下技术问题：

（1）机械约束：并联机构在构建中通常会涉及到连杆或伸缩杆之类的结构。这类滑动式机械链接会引入间隙、摩擦和机械限制，导致角度调整不够精确，而且会受到这些约束的影响，难以实现以连续的形式进行多轴角度调整。即使所有的伸缩杆之类的结构同步运行，这些结构看起来在肉眼上是“连续”的状态，实际上由于这些约束，无法实现真正意义的连续多轴角度调整，这是因为由于机械链接的间隙和摩擦，运动部件之间的相对位移不是完全精确的，从而导致了不稳定性、不准确性和运动的不连续性。同时由于各种伸缩缸的约束和非线性影响，随着运动的累积，误差可能会逐渐积累，导致精度下降。

（2）限制的运动范围：并联机构受到构造的限制，其运动范围在某些方向上受到限制，其无法实现真正意义上的多轴自由度。这是因为并联机构的驱动面的万向运行轨迹实际上是一种圆筒形、圆柱形或椭圆形，而非球形；这会导致在某些方向上无法实现连续的角度调整，限制了系统的灵活性。即使要实现某个方位的特定角度调整，并联机构也要付出复杂的运动轨迹，每个伸缩缸之间必然会增大误差的累积，同时对于机构的运行速度、稳定性也有较高的考验；

（3）精度丧失：传统的并联机构在多个轴上传递运动时会引入累积误差，尤其是在角度调整较小的情况下，精度会受到严重影响。这会影响加工的精度和一致性。

（4）运动路径复杂性：传统的并联机构难以实现复杂的多轴运动路径，特别是在要求特定的运动轨迹或连续变化的情况下。这限制了砂轮机在加工过程中的灵活性和多样性。

又例如CN201510172795.9《一种六自由度运动角磨机》、CN201510172471.5《一种三自由度运动打磨设备》和CN201520219953.7《一种三自由度运动打磨设备》所公开的技术，这三项现有技术的核心内容基本一致，其均是采用了前球齿轮21和后球齿轮22进行万向角度调节，但是其前球齿轮21和后球齿轮22的结构实质上是一种球形联轴器、万向节联轴器或球形关节，其实质上还是需要依赖两处布置的两个电动推杆24进行驱动，其变相的还是一种并联机构，仍无法解决上述技术问题。

为此，提出一种可万向角度工作的砂轮机。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例希望提供一种可万向角度工作的砂轮机，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，即机械约束、限制的运动范围、精度丧失和运动路径复杂性，并对此至少提供一种有益的选择；

本发明实施例的技术方案是这样实现的：

一种可万向角度工作的砂轮机，包括机架及砂轮盘，所述砂轮盘由旋转执行器驱动旋转，还包括宏动调节机构、微动调节机构和万向齿球；所述宏动调节机构包括至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度用以调节所述微动调节机构和万向齿球作大体量的空间方位调节，用于预先适配工件的打磨方向、工件的规格或其它的加工方位需求；所述微动调节机构包括第一转动自由度，所述第一转动自由度作用于所述万向齿球上时，所述万向齿球生成三个第二转动自由度，所述第二转动自由度用于调节所述万向齿球本体在所有方向上连续旋转运动；用于适配精确的工件打磨位置、角度。所述万向齿球的端面上安装有所述旋转执行器。

在上述的实施方式中：这种可万向角度工作的砂轮机的实施方式包括机架、砂轮盘、宏动调节机构、微动调节机构和万向齿球。其中，砂轮盘由旋转执行器驱动旋转，宏动调节机构由至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度组成，用于调节微动调节机构和万向齿球的大体量空间方位，以适应不同工件的打磨方向、规格和加工方位需求。微动调节机构包括第一转动自由度，当第一转动自由度作用于万向齿球时，会生成三个第二转动自由度，用于实现万向齿球在所有方向上的连续旋转运动。万向齿球的端面上安装有旋转执行器，用于实现砂轮盘的旋转。

其中在一种实施方式中：还包括支撑架，所述微动调节机构、所述万向齿球均配合于所述支撑架上，所述宏动调节机构安装于所述机架上。

其中在一种实施方式中：所述宏动调节机构包括两个相互相对的盘体，两个所述盘体之间以其中轴线为基准，以此环形阵列式排布有六个用于输出所述线性自由度的直线执行器；一个所述盘体固设于所述机架上，另一个所述盘体固定连接于所述支撑架上。

在上述的实施方式中：宏动调节机构的设计采用了两个相对的盘体，这两个盘体在相对位置上形成对称布局。每个盘体之间以其中轴线为基准，环形阵列式排布着六个直线执行器，用于输出线性自由度。其中一个盘体固定于机架上，另一个盘体固定连接于支撑架上。

其中在一种实施方式中：所述直线执行器优选为伺服电缸，所述伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过第一万向节联轴器与两个所述盘体相互相对的各自一面上万向铰接；同时，每三个依次相近的所述伺服电缸相互之间呈N形或者镜像N形的姿态布置。

其中在一种实施方式中：所述万向齿球呈球体；以所述球体的旋转中轴线为中心线及基准，并以所述球体的外廓为轮廓，将一个二维的渐开线齿轮外廓以所述旋转中轴线为旋转轴，沿所述球体的外廓旋转成型成所述万向齿球；所述渐开线齿轮的两端的齿形在旋转成型后具有四个环状渐开线齿部；所述微动调节机构设于对称的两个所述环状渐开线齿部处，在该两个所述环状渐开线齿部的对称面上固设有所述旋转执行器。

在上述的实施方式中：万向齿球被设计成一个球体，其外廓以球体的旋转中轴线为基准，通过将一个二维的渐开线齿轮外廓以球体的旋转中轴线为旋转轴，沿着球体的外廓进行旋转成型，从而形成万向齿球。渐开线齿轮的两端齿形在旋转成型后会呈现四个环状渐开线齿部。微动调节机构位于这两个环状渐开线齿部的对称位置上，而在这两个环状渐开线齿部的对称面上固定连接有旋转执行器。

其中在一种实施方式中：所述微动调节机构的数量为两个；所述微动调节机构包括固设于所述支撑架上的第一伺服电机，还包括俯仰铰接于所述支撑架上的铰合架；

所述铰合架上安装有用于输出所述第一转动自由度的第二伺服电机，所述铰合架上转动配合有驱动齿轮，所述驱动齿轮由所述第二伺服电机驱动旋转；

所述驱动齿轮在初始状态下啮合于所述万向齿球的所述环状渐开线齿部，在工作状态下啮合于所述万向齿球的所有齿面；

两个所述微动调节机构的对称面与所述万向齿球的中心轴相重叠；即所述万向齿球“夹在”两个所述微动调节机构之间；

在所述万向齿球旋转时输出三个不同方位的所述第二转动自由度，在所有方向上连续旋转运动。同时在两个所述微动调节机构驱动输出所述第一转动自由度时，两个所述第一转动自由度转换为的所述第二转动自由度是交错排布的。

在上述的实施方式中：微动调节机构的数量为两个，每个微动调节机构包括固定在支撑架上的第一伺服电机和俯仰铰接于支撑架上的铰合架。铰合架上安装有用于输出第一转动自由度的第二伺服电机，铰合架上的转动部分配备了驱动齿轮，由第二伺服电机驱动旋转。驱动齿轮在初始状态下啮合于万向齿球的环状渐开线齿部，在工作状态下啮合于万向齿球的所有齿面。两个微动调节机构的对称面与万向齿球的中心轴重叠，使得万向齿球位于两个微动调节机构之间。

其中在一种实施方式中：所述驱动齿轮的外部开设有齿面；所述齿面是在以所述环状渐开线齿部的中轴线为基准的铅垂面上，以所述环状渐开线齿部的中轴线的交错垂线作为旋转轴，均匀旋转于所述万向齿球的齿形结构并求差式开设成型的。

其中在一种实施方式中：所述支撑架外固设有一半圆托架，所述万向齿球置于所述半圆托架中，在所述万向齿球和所述半圆托架内壁的空间中填充有润滑油脂。这种模式实现了对万向齿球的空间支撑与润滑功能。

在上述的实施方式中：支撑架的外部固定设有一个半圆托架。万向齿球被放置在半圆托架中。在万向齿球和半圆托架的内壁空间中填充有润滑油脂。

其中在一种实施方式中：所述旋转执行器为执行电机，所述执行电机的输出轴驱动于所述砂轮盘旋转。

其中在一种实施方式中：所述支撑架远离所述宏动调节机构的一侧安装有第二万向节联轴器，所述支撑架通过所述第二万向节联轴器与所述机架建立支撑及万向铰接关系。

在上述的实施方式中：支撑架远离宏动调节机构的一侧安装有第二万向节联轴器。支撑架通过第二万向节联轴器与机架建立支撑和万向铰接关系。当宏动调节机构调节支撑架进行宏动角度调节时，支撑架通过第二万向节联轴器实现支撑与适应对应的角度调节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

一、多轴连续角度调整：本发明的技术通过宏动和微动调节机构的协同作用，实现了砂轮盘在多个轴上的连续角度调整。这使得砂轮盘能够自由地在不同方向上进行精确的角度调整，满足了复杂加工任务的需求。微动调节机构的电动方式使得角度调整能够更加精细，避免了传统机械链接可能引入的误差。这提高了加工的精度和一致性，使本发明的技术在高精度加工领域具有优势。

二、灵活适应性：通过宏动调节机构和微动调节机构的结合，本发明的技术能够适应不同工件的形状、大小和加工需求。这种灵活性使得砂轮机能够在不同的加工任务之间快速切换，提高了生产效率。

三、灵活且复杂运动路径：本发明的技术能够实现复杂的多轴运动路径，使得砂轮盘能够按照需要在多个轴上进行连续运动。这为加工特定形状和曲线的工件提供了可行性。

四、操作便捷性和提高生产效率：宏动和微动调节机构的电动驱动方式使得角度调整变得更加直观和便捷。操作者可以通过控制电机来实现精确的角度调整，减少了复杂的机械调整步骤。由于本发明的技术能够快速适应不同工件需求，并且实现高精度的加工，因此可以提高生产效率，减少调整时间和加工周期。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一视角立体示意图；

图2为本发明的另一视角立体示意图；

图3为本发明的支撑架、微动调节机构和万向齿球立体示意图；

图4为本发明的宏动调节机构、微动调节机构、万向齿球和旋转执行器的立体示意图；

图5为本发明的支撑架去除了外部防护壳后的立体示意图；

图6为本发明的两个微动调节机构与万向齿球在俯视角下的示意图；

图7为本发明的万向齿球的主视图；

图8为本发明的万向齿球的立体半剖图；

图9为本发明的驱动齿轮和万向齿球的啮合配合示意图；

图10为本发明的驱动齿轮和万向齿球的啮合配合时的旋转示意图；

图11为本发明的驱动齿轮和万向齿球的啮合配合时的旋转示意图；

图12为本发明的驱动齿轮和万向齿球的啮合配合示意图；

附图标记：1、机架；2、砂轮盘；3、支撑架；4、宏动调节机构；401、盘体；402、直线执行器；403、第一万向节联轴器；5、微动调节机构；501、第一伺服电机；502、铰合架；503、第二伺服电机；504、驱动齿轮；6、万向齿球；601、环状渐开线齿部；7、旋转执行器；8、第二万向节联轴器；9、柔性防护套；10、半圆托架。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制；

需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；

需要指出的是，“自由度”类的术语均指代至少一个部件的连接关系及施加作用力的关系，例如“线性自由度”指代某部件通过该线性自由度与另一个或多个部件相连并对其施加作用力，使得其能够在一个直线方向上滑动配合或施加力；“转动自由度”指代某个部件至少能够绕一个旋转轴自由旋转，并且可以施加扭矩或承受扭矩。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征；同时，所有的轴向描述例如X轴向、Y轴向、Z轴向、X轴向的一端、Y轴向的另一端或Z轴向的另一端等，均基于笛卡尔坐标系。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

在现有技术中的一些特型砂轮机或可万向角度调节的砂轮机中，传统机械链接引入摩擦、间隙和机械限制，限制了在多个轴上实现连续角度调整的精度和范围。多轴运动导致累积误差的积累，尤其是在微小角度范围内。这导致加工精度的下降和加工结果的不一致性。多轴调整需要复杂的机械调整，操作繁琐，调整时间长。传统的机械设计限制了角度调整的范围，无法实现连续的多轴角度变化。

而在砂轮机中，多轴上实现连续的角度调整是为了让砂轮机适应不同形状和角度的工件，例如雕刻、倒角等。多轴角度调整使得砂轮机能够在不同轴上灵活地调整角度，适应不同加工需求。微小的角度调整可以实现更高的加工精度。多轴连续角度调整有助于消除累积误差，保持加工的高精度性。 一些工件需要在多个轴上进行复杂的运动，以实现特定形状的加工。多轴连续角度调整使得砂轮机能够按照需要进行复杂的多轴运动，按照更加贴合于实际目标和曲率的行进轨迹进行角度调节，以实现复杂形状的加工。同时，在一个加工步骤中实现多轴角度调整可以大幅提高生产效率，减少调整时间和操作复杂度。

为此，请参阅图1-12，本具体实施方式将提供相关技术方案以解决上述技术问题：一种可万向角度工作的砂轮机，包括机架1及砂轮盘2，砂轮盘2由旋转执行器7驱动旋转，还包括宏动调节机构4、微动调节机构5和万向齿球6；宏动调节机构4包括至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度，线性自由度用以调节微动调节机构5和万向齿球6作大体量的空间方位调节，用于预先适配工件的打磨方向、工件的规格或其它的加工方位需求；微动调节机构5包括第一转动自由度，第一转动自由度作用于万向齿球6上时，万向齿球6生成三个第二转动自由度，第二转动自由度用于调节万向齿球6本体在所有方向上连续旋转运动；用于适配精确的工件打磨位置、角度。万向齿球6的端面上安装有旋转执行器7。

在本方案中：这种可万向角度工作的砂轮机的实施方式包括机架1、砂轮盘2、宏动调节机构4、微动调节机构5和万向齿球6。其中，砂轮盘2由旋转执行器7驱动旋转，宏动调节机构4由至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度组成，用于调节微动调节机构5和万向齿球6的大体量空间方位，以适应不同工件的打磨方向、规格和加工方位需求。微动调节机构5包括第一转动自由度，当第一转动自由度作用于万向齿球6时，会生成三个第二转动自由度，用于实现万向齿球6在所有方向上的连续旋转运动。万向齿球6的端面上安装有旋转执行器7，用于实现砂轮盘2的旋转。

具体的：这种砂轮机的实现基于多自由度的机械结构设计。宏动调节机构4通过线性自由度的排布，使得微动调节机构5和万向齿球6能够在大体量的空间方位上进行调整。微动调节机构5的第一转动自由度将通过万向齿球6转化为三个第二转动自由度，实现全方位的角度调整。万向齿球6和旋转执行器7的组合允许砂轮盘2在不同方向上实现旋转，从而实现灵活的加工方向。

在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠市电进行供能；具体的，装置整体的电器元件与市电输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电性连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。

具体的，本装置的外部还设有一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，即满足了下文的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。

可以理解的是，在本具体实施方式中：这种可万向角度工作的砂轮机具有广泛的应用价值。通过宏动调节机构4和微动调节机构5，它可以适应不同工件的形状、尺寸和加工方向要求，实现精确的空间定位和角度调整。万向齿球6的设计使得砂轮盘2能够在多个轴上连续旋转，从而在加工过程中实现全方位的磨削、抛光和修整。这种砂轮机在工件加工领域中能够提高生产效率，同时保证了加工精度和质量，适用于不同行业的加工需求。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图3~4：还包括支撑架3，微动调节机构5、万向齿球6均配合于支撑架3上，宏动调节机构4安装于机架1上。

具体的：引入支撑架3的设计增强了微动调节机构5和万向齿球6的稳定性。支撑架3为这些部件提供了额外的支撑，防止其在运行过程中产生震动或失去平衡。宏动调节机构4的安装在机架1上，为微动调节机构5和万向齿球6提供了整体方位调整的能力，以适应不同的加工方向需求。

可以理解的是，在本具体实施方式中：支撑架3的引入增强了系统的稳定性和可靠性，确保微动调节机构5和万向齿球6在加工过程中能够保持稳定的工作状态。宏动调节机构4的安装位置则使得整个系统可以在宏观上进行调整，适应不同工件的加工需求。这种实施方式进一步优化了砂轮机的设计，使其在实际应用中能够更好地满足精度、稳定性和灵活性的要求。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图5：宏动调节机构4包括两个相互相对的盘体401，两个盘体401之间以其中轴线为基准，以此环形阵列式排布有六个用于输出线性自由度的直线执行器402；一个盘体401固设于机架1上，另一个盘体401固定连接于支撑架3上。

在本方案中：宏动调节机构4的设计采用了两个相对的盘体401，这两个盘体401在相对位置上形成对称布局。每个盘体401之间以其中轴线为基准，环形阵列式排布着六个直线执行器402，用于输出线性自由度。其中一个盘体401固定于机架1上，另一个盘体401固定连接于支撑架3上。

具体的：两个相对的盘体401通过其中轴线对称排列，形成一个稳定的平衡结构。每个盘体401上的直线执行器402能够提供线性自由度，通过它们的运动，可以实现盘体401在水平方向的调节。通过环形阵列式排布，直线执行器402可以协同工作，实现平稳的线性调节，进而通过宏动调节机构4实现大体量的空间方位调整。

可以理解的是，在本具体实施方式中：宏动调节机构4的设计结构紧凑且稳定。两个相对的盘体401通过直线执行器402的协同作用，能够实现六个线性自由度，用于调节微动调节机构5和万向齿球6的大体量空间方位。通过将一个盘体401固定在机架1上，另一个盘体401固定连接于支撑架3上，实现了宏动调节机构4的协调运动。这种设计为砂轮机提供了更灵活的角度调节能力，适应不同工件的加工需求。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图5：直线执行器402优选为伺服电缸，伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过第一万向节联轴器403与两个盘体401相互相对的各自一面上万向铰接；同时，每三个依次相近的伺服电缸相互之间呈N形或者镜像N形的姿态布置。

具体的：使用伺服电缸作为直线执行器402，利用其电动控制能力和精准定位特性。通过第一万向节联轴器403，将伺服电缸的缸体和活塞杆与两个盘体401的各自一面连接，使得伺服电缸的运动能够在多个方向上实现铰接。每三个伺服电缸相互之间呈现N形或镜像N形的姿态布置，交错化了每个线性自由度的输出方向。这样的布局可以扩大每个线性自由度的极限行程量，增加控制精度，同时还可以在有限空间内实现更大的调节范围。

进一步的，上述方案的原理在于：

（1）行程叠加效应：当三个伺服电缸按照N形或镜像N形的姿态布置时，它们的行程叠加在一起。这意味着它们的运动范围在某些方向上会重叠，从而实际上扩大了整个系统的可调节范围。通过这种方式可以在更广泛的范围内调整位置，以适应不同工件的需求。

（2）精度和稳定性：交错布局可以使每个伺服电缸在不同位置都能够提供稳定的支持和控制。这有助于减少因为一个电缸的行程极限达到而导致系统运动受限的问题。同时，多电缸的支持可以平衡载荷，提高整体的稳定性和控制精度。

（3）误差分散：由于电缸布局交错，每个电缸的控制误差在整个运动过程中会相对分散。这可以减少累积误差的影响，提高系统的运动精度和一致性。

（4）控制灵活性：交错布局使得每个电缸的输出方向不仅仅限制在一个平面内，而是在不同平面上交叉分布。这提供了更灵活的控制选项，允许在不同方向上进行组合运动，从而实现更复杂的角度调整。

可以理解的是，在本具体实施方式中：这种实施方式的设计充分利用了伺服电缸的控制和定位能力，以及万向铰接的特性。通过N形或镜像N形的布局，将伺服电缸的运动方向交错化，使得宏动调节机构4能够实现更大的调节范围和更高的控制精度。这种布局模式适用于需要高精度、大范围角度调节的应用，如精密加工、自动化装配等领域。通过合理的机构设计，这种实施方式增强了砂轮机的灵活性和性能，为加工过程提供了更多可能性。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图5~7：万向齿球6呈球体；请进一步参阅图7，其中以球体的旋转中轴线为中心线为基准，并以球体的外廓为轮廓，将一个二维的渐开线齿轮外廓以旋转中轴线为旋转轴，沿球体的外廓旋转成型成万向齿球6；渐开线齿轮的两端的齿形在旋转成型后具有四个环状渐开线齿部601；微动调节机构5设于对称的两个环状渐开线齿部601处，在该两个环状渐开线齿部601的对称面上固设有旋转执行器7。

在本方案中：请参阅图8，万向齿球6被设计成一个球体，其外廓以球体的旋转中轴线为基准，通过将一个二维的渐开线齿轮外廓以球体的旋转中轴线为旋转轴（图中的垂直轴），沿着球体的外廓进行旋转（图中的旋转线）成型，从而形成万向齿球6。渐开线齿轮的两端齿形在旋转成型后会呈现四个环状渐开线齿部601。微动调节机构5位于这两个环状渐开线齿部601的对称位置上，而在这两个环状渐开线齿部601的对称面上固定连接有旋转执行器7。

具体的：通过将二维的渐开线齿轮外廓与球体的旋转中轴线相对应，将其沿球体外廓进行旋转成型，得到万向齿球6。四个环状渐开线齿部601的设计使得万向齿球6能够实现高效、稳定的多轴旋转。微动调节机构5位于环状渐开线齿部601的对称位置，以支撑和调节万向齿球6的运动。

可以理解的是，在本具体实施方式中：通过将渐开线齿轮外廓与球体的特性相结合，实现了万向齿球6的制造。环状渐开线齿部601的设计增强了万向齿球6在旋转过程中的稳定性和精度。微动调节机构5的布置为砂轮机提供了更精细的角度调整能力，能够精确控制砂轮盘2的位置和角度。旋转执行器7的安装使得砂轮盘2能够在不同方向上实现旋转，从而适应不同工件的加工需求。这种设计方案为砂轮机的灵活性和精度提供了更高的水平。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图6~7：微动调节机构5的数量为两个；微动调节机构5包括固设于支撑架3上的第一伺服电机501，还包括俯仰铰接于支撑架3上的铰合架502；

铰合架502上安装有用于输出第一转动自由度的第二伺服电机503，铰合架502上转动配合有驱动齿轮504，驱动齿轮504由第二伺服电机503驱动旋转；

驱动齿轮504在初始状态下啮合于万向齿球6的环状渐开线齿部601（图7的A区），在工作状态下啮合于万向齿球6的所有齿面；

两个微动调节机构5的对称面与万向齿球6的中心轴相重叠；即万向齿球6“夹在”两个微动调节机构5之间；可以进一步参考图12所示的形式。

在万向齿球6旋转时输出三个不同方位的第二转动自由度，在所有方向上连续旋转运动。同时在两个微动调节机构5驱动输出第一转动自由度时，两个第一转动自由度转换为的第二转动自由度是交错排布的。

在本方案中：铰合架502上的转动部分配备了驱动齿轮504，由第二伺服电机503驱动旋转。驱动齿轮504在初始状态下啮合于万向齿球6的环状渐开线齿部601，在工作状态下啮合于万向齿球6的所有齿面。两个微动调节机构5的对称面与万向齿球6的中心轴重叠，使得万向齿球6位于两个微动调节机构5之间。

进一步的，这种布置模式包括：

（1）双微动调节机构5：通过将两个微动调节机构5安装在万向齿球6的对称面上，确保它们可以对称地作用于齿球。每个微动调节机构5都具有独立的控制能力，可以实现对齿球在不同方向上的微小调整。

（2）中心轴对齐：将两个微动调节机构5的对称面与万向齿球6的中心轴对齐，实现了齿球在中心轴周围的旋转。这样，两个微动调节机构5可以共同控制齿球的旋转运动。

（3）交错转动自由度：当两个微动调节机构5驱动输出第一转动自由度时，通过交错排布的设计，两个第一转动自由度的运动可以在齿球的不同位置同时进行。这样，可以确保齿球在任何方向上都能够得到均衡的支撑和调整。

具体的：两个微动调节机构5的设计允许万向齿球6在多个方向上实现连续旋转运动。第一伺服电机501通过控制铰合架502的俯仰角度，实现第一转动自由度的控制。而第二伺服电机503通过驱动齿轮504旋转，使得万向齿球6能够在所有方向上实现连续旋转运动。两个微动调节机构5的交错排布将第一转动自由度转换为第二转动自由度，使得万向齿球6在旋转时能够输出三个不同方位的第二转动自由度。

可以理解的是，在本具体实施方式中：通过两个微动调节机构5的协同作用，实现了对万向齿球6的高度精细的角度调整。两个微动调节机构5的设计使得万向齿球6能够在不同方向上实现连续的旋转运动，适应多种角度调整需求。这种设计方案为砂轮机提供了更灵活的加工能力，能够满足不同工件的多轴旋转需求，从而实现更精确、高效的加工过程。

需要指出的是，支撑架3的外部还安装有一个防护壳体，用于保护微动调节机构5；在图5、图6中为了展示微动调节机构5的结构，故去除了该防护壳体进行展示。

进一步的，当第一伺服电机501驱动铰合架502及第二伺服电机503及其所配合的驱动齿轮504在万向齿球6的环状渐开线齿部601处作俯仰角度调节时，不会影响到万向齿球6旋转，可以以此为万向齿球6的万向角度调节的转换点，实现本技术的灵活万向角度调节。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图7~9：驱动齿轮504的外部开设有齿面；齿面是在以环状渐开线齿部601的中轴线为基准的铅垂面上，以环状渐开线齿部601的中轴线的交错垂线作为旋转轴，均匀旋转于万向齿球6的齿形结构并求差式开设成型的。

具体的：驱动齿轮504的设计是为了实现更加精确的角度调整。通过在环状渐开线齿部601的中轴线为基准的铅垂面上进行齿面开设，以中轴线的交错垂线为旋转轴，使得驱动齿轮504能够均匀地旋转，并通过求差式的方式开设成型。这样的设计确保了驱动齿轮504的齿面与环状渐开线齿部601及万向齿球6的齿形结构的几何形状紧密匹配，从而实现更稳定和精确的驱动转动。

进一步的，成型方式和特征：齿面的成型是基于环状渐开线齿部601的中轴线，因为这可以提供一个稳定的基准面，使得成型的结果具有精确性和一致性。通过使用环状渐开线齿部601的中轴线的交错垂线作为旋转轴，可以确保成型的齿面与齿部的几何特征相吻合，并且在旋转过程中不会引入不必要的偏差。

需要指出的是，上述的“求差式开设成型”指的是通过旋转光柱形式的驱动齿轮504（所谓的“光柱形式”，可以先理解为驱动齿轮504此时是一个光滑的毛坯件），使其表面与万向齿球6的环状渐开线齿部601及万向齿球6的齿形结构的几何特征相嵌入，并在驱动齿轮504嵌入的交合面（体）中将驱动齿轮504的外部面（体）的结构特征的对应几何结构进行删减，实现齿轮上的齿面的成型。这种开设形式可以参照一些三维建模软件的“求差合并”功能，或者是实际加工中的铣刀加工模式进行理解与参照。

可以理解的是，在本具体实施方式中：通过驱动齿轮504的齿面设计，实现了更高精度的角度调整能力。齿面的开设在万向齿球6的环状渐开线齿部601及万向齿球6的齿形结构的位置上，其中采用了交错旋转的方式，使得齿轮能够紧密地与环状渐开线齿部601配合，从而实现更稳定、平滑的驱动效果。这种设计为砂轮机提供了更准确的角度调整，使得砂轮盘2能够在加工过程中更精细地控制加工方向和角度。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图5~6：支撑架3外固设有一个半圆托架10，万向齿球6置于半圆托架10中，在万向齿球6和半圆托架10内壁的空间中填充有润滑油脂。这种模式实现了对万向齿球6的空间支撑与润滑功能。

具体的：通过在支撑架3上设置半圆托架10，将万向齿球6安置在半圆托架10内，让半圆托架10提供了空间支撑，并通过在万向齿球6和半圆托架10的内壁空间中填充润滑油脂，使得滑油脂能够浮动支撑于万向齿球6并进一步提高空间支撑的效果，同时还实现了对万向齿球6的自动润滑，减少摩擦和磨损，提高系统的运行效率和寿命。

可以理解的是，在本具体实施方式中：半圆托架10的设置为万向齿球6提供了稳定的空间支撑，确保其在运行过程中保持良好的位置。润滑油脂的填充则有效降低了摩擦和磨损，保证了系统的顺畅运行和长期可靠性。通过这种模式，实现了对万向齿球6的空间支撑与润滑功能的一体化设计，提升了砂轮机的性能和使用寿命。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图1~6：旋转执行器7为执行电机，执行电机的输出轴驱动于砂轮盘2旋转。

具体的：选择了执行电机作为旋转执行器7，这种电机能够将电能转化为机械运动。通过将执行电机的输出轴与砂轮盘2连接，电机的旋转运动能够传递给砂轮盘2，从而使砂轮盘2实现旋转。

可以理解的是，在本具体实施方式中：将执行电机作为旋转执行器7，实现了对砂轮盘2的驱动。执行电机具有高效、可控和精准的特性，能够确保砂轮盘2的稳定旋转。通过电机的驱动，砂轮盘2能够在加工过程中按照需要实现精确的旋转运动，从而实现工件的磨削、抛光等加工操作。这种设计方案提升了砂轮机的加工效率和精度。

进一步的，考虑到砂轮盘2在工作时需要作业于工件，进而产生一定的冲击力，为了抵消这股冲击力，执行电机可以进一步优选为抱闸电机的形式，或是对万向齿球6的渐开线特征设计为现有的具有反行程或/和自锁形式的渐开线外廓。

在本实施例一所提供的方案中，请结合参阅图1~3：支撑架3远离宏动调节机构4的一侧安装有第二万向节联轴器8，支撑架3通过第二万向节联轴器8与机架1建立支撑及万向铰接关系。

在本方案中：支撑架3远离宏动调节机构4的一侧安装有第二万向节联轴器8。支撑架3通过第二万向节联轴器8与机架1建立支撑和万向铰接关系。当宏动调节机构4调节支撑架3进行宏动角度调节时，支撑架3通过第二万向节联轴器8实现支撑与适应对应的角度调节。

具体的：通过在支撑架3的一侧安装第二万向节联轴器8，实现了支撑架3与机架1之间的万向铰接。当宏动调节机构4调节支撑架3的角度时，支撑架3可以通过第二万向节联轴器8在垂直和水平方向上进行相应的调节。这样的设计使得支撑架3能够实现更广泛的角度适配，以适应不同工件和加工需求。

可以理解的是，在本具体实施方式中：通过第二万向节联轴器8的设置，实现了支撑架3在宏动角度调节时的支撑和适配功能。当宏动调节机构4调整支撑架3的角度时，第二万向节联轴器8允许支撑架3在垂直、水平方向和一定高度上进行角度和方位的调节，从而实现更灵活的角度调整。这种设计方案提高了砂轮机在加工过程中的适应性和灵活性，使得砂轮盘2能够根据不同工件的形状和加工需求进行精确的角度调整。

进一步的，机架1与支撑架3之间的安装有宏动调节机构4的位置处，套设有一柔性防护套9用于防护。

需要指出的是，请参阅图3，图中的B区为支撑架3的支撑性结构，该处与宏动调节机构4的一个盘体401固定连接；因图中柔性防护套9的遮盖，固并未示出。

总结性的，针对传统技术中的相关问题，本具体实施方式基于上述所提供的一种可万向角度工作的砂轮机，采用了如下的技术手段或特征实现了解决：

（1）机械约束的解决：本具体实施方式的技术通过引入宏动调节机构4和微动调节机构5，采用电动方式实现调节，避免了传统机械链接中可能出现的间隙和摩擦。其中尤其是微动调节机构5，通过电动并以啮合的形式，实现以微小的角度输入、生成齿轮副并直接输出为三个转动自由度，消除了机械链接引入的不确定性。这是因为采用啮合的齿轮副设计，可以实现输入角度的精确传递，避免了传统机械链接中由于材料弹性和摩擦等因素引起的非线性响应和误差积累。齿轮副具有较低的摩擦和间隙，从而提高了系统的可靠性和精度。而传统技术中，如果采用常规齿轮副，则难以实现“万向角度调节”的这一基本方向。同时，微动调节机构5在本技术中直接输出三个转动自由度，减少了连接件的数量和复杂性，从而降低了不确定性的潜在影响。微动调节机构5以微小的角度输入来实现调节，这意味着在输入端的微小误差也会在输出端得到相应地缩小，从而减少了不确定性的影响。此外，微小角度输入可以在电动控制下更容易地实现精确的位置调整。

（2）限制的运动范围的解决：宏动调节机构4和微动调节机构5的协同作用允许砂轮盘2在多个方向上进行连续的角度调整并实现万向角度调节，从而实现更大范围的角度调整。微动调节机构5及其电动驱动的模式使得调整范围更广，并且能够在更小的角度范围内进行精细的微调，消除了传统并联机构的角度限制。

（3）精度丧失的解决：本具体实施方式的技术中，特别是微动调节机构5可以在更小的角度范围内实现精确的微调，避免了传统机械传动可能引入的累积误差和精度丧失。这是因为微动调节机构5采用的直接电动驱动方式，可以精确地控制每次微调的位移量。相比传统机械传动，其中可能涉及多个连杆、伸缩杆等元件，本具体实施方式的电动驱动能够直接控制齿轮副的运动和控制，减少了累积误差的可能性。同时传统机械传动中，由于多个伸缩杆间隙和摩擦，随着传动次数的增加会产生累积误差，导致精度丧失。而在微动调节机构5中，采用电动方式直接控制齿轮运动，传动间隙较小，因此累积误差的积累较少。同时直接电动驱动允许微动调节机构5实现高精度的位置控制。微动调节的过程可以以更小的步进量进行，从而使得微调更加精确。传统机械传动中，由于零件之间的松动和摩擦，会引入误差和不确定性。在微动调节机构5中，电动驱动和齿轮副的直接性可以减少机械松动带来的影响，从而提高微调的精确性。

（4）运动路径复杂性的解决：通过宏动调节机构4和微动调节机构5的组合，本具体实施方式的技术可以实现复杂的多轴运动路径。宏动调节机构4用于大范围的角度调整，微动调节机构5用于微小的精细调整，使得砂轮盘2可以在不同方向上实现连续的运动，从而实现复杂运动路径的灵活性。

总结性的，本技术的万向齿球6不会存在传统技术中并联机构形式的不稳定性、不准确性和运动的不连续性，且万向齿球6随着运动不会积累误差：

（1）渐开线齿轮的精确匹配：万向齿球6的外轮廓是以二维渐开线齿轮的外廓旋转形成的。而驱动齿轮504的齿面与万向齿球6的环状渐开线齿部601紧密啮合，这种设计确保了驱动齿轮504的运动与万向齿球6的旋转之间既能实现连续的多轴万向角度调节，还能实现在运动过程中具有高度精确的匹配性，减少了传统机械连接中可能存在的间隙和摩擦。

（2）连续的角度调整：由于驱动齿轮504与环状渐开线齿部601的啮合，当驱动齿轮504在环状渐开线齿部601上运动时，不会受到传统滑动式机械连接的限制，使得万向齿球6可以实现连续的角度调整。这种设计避免了传统机械链接可能引入的不稳定性和不准确性。

（3）消除运动的不连续性：由于驱动齿轮504的齿面均匀地旋转于万向齿球6的环状渐开线齿部601上，不会出现传统机械连接中滑动式结构的不连续性。这种设计确保了运动的平稳性和连续性。

进一步的，驱动齿轮504的运动与万向齿球6的旋转之间之所以能够实现连续的多轴万向角度调节，并在运动过程中具有高度精确的匹配性的原理在于：

（1）渐开线齿轮的特性：万向齿球6的外廓采用了二维渐开线齿轮的形式，而驱动齿轮504的齿面与渐开线齿轮外廓精确匹配。渐开线齿轮具有特殊的齿形，其齿面曲线的特点可以确保在齿轮的滚动过程中，齿面与齿面之间的匹配始终保持在点对点的接触，从而实现高度精确的齿面啮合。

（2）无滑动齿面配合：渐开线齿轮的齿形设计使得齿面在滚动时没有相对滑动，而是点对点的接触。这种特性消除了传统机械链接中滑动结构引入的摩擦和间隙问题，从而保证了驱动齿轮504的运动与万向齿球6的旋转之间的高度精确的匹配性。

以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

实施例二

在本实施例二中，请参阅图7：万向齿球6呈球体；其中以球体的旋转中轴线为中心线为基准，并以球体的外廓为轮廓，将一个二维的渐开线齿轮外廓以旋转中轴线为旋转轴，沿球体的外廓旋转成型成万向齿球6；渐开线齿轮的两端的齿形在旋转成型后具有四个环状渐开线齿部601；微动调节机构5设于对称的两个环状渐开线齿部601处，在该两个环状渐开线齿部601的对称面上固设有旋转执行器7。

在本实施例二中，渐开线齿轮的两端齿形在旋转成型后呈现四个环状渐开线齿部601的现象，是由于渐开线齿轮的特殊几何形状和旋转成型原理导致的。具体的：

（1）渐开线齿轮的形状：渐开线齿轮的齿形不同于常见的圆弧齿轮，它的齿形曲线是渐变的，可以确保齿轮在咬合运动中具有更平稳的传动特性。这种齿轮的齿廓不是简单的圆弧，而是在一定几何规律下形成的渐开线。

（2）旋转成型原理：在制造渐开线齿轮时，常常采用一个二维的渐开线齿轮外廓进行加工。当这个二维的渐开线齿轮外廓绕着旋转轴旋转时，它在齿轮盘的外表面留下了一系列的凹凸几何特征。

（3）几何相互叠加：在渐开线齿轮的制造过程中，由于二维齿轮外廓的旋转运动，不同位置的齿轮形状相互叠加在一起，形成了几个环状的凹凸特征。这些环状凹凸特征实际上就是本实施例二所提到的环状渐开线齿部601。

（5）渐变的角度调整：这些环状渐开线齿部601的形成是通过旋转运动逐渐形成的，齿轮盘上不同位置的齿形在旋转成型过程中逐渐变化。这种变化使得渐开线齿轮的齿形适应了整个齿轮盘的外形，从而形成了环状渐开线齿部601。

进一步的，万向齿球6是通过将一个二维的渐开线齿轮外廓绕着旋转中轴线进行360°旋转成型而形成的。360°中的0°（360°）、90°、180°和270°处位置的齿形凹凸特征逐渐叠加在一起，形成了多个环状凹凸特征，也就是四个环状渐开线齿部601。旋转成型的过程中，渐开线齿轮外廓的不同部分在旋转中逐渐接触齿轮盘的表面。渐开线齿轮外廓的特定几何特征会与齿轮盘的表面紧密接触，导致凹凸特征在这些位置交替叠加在一起。这就形成了四个环状渐开线齿部601。旋转成型的过程确保了在这些特定位置，不同部分的渐开线齿轮外廓能够精确地与齿轮盘表面匹配。这使得齿轮的凹凸特征能够在这些位置上正确叠加，并形成环状渐开线齿部601。

进一步的，两个微动调节机构5的对称面与万向齿球6的中心轴重叠，使得万向齿球6位于两个微动调节机构5之间。通过夹在两个微动调节机构5之间，万向齿球6可以在所有方向上实现连续的旋转调节。这样的多方位调节能力使得砂轮机可以适应不同角度的工件加工需求。两个微动调节机构5的交错排布以及对称安装，有助于平衡齿球的载荷，减少运动中的不稳定因素。这提高了运动的精度，从而实现更精准的加工。布置模式的设计使得砂轮机的调整更为灵活，可以根据不同工件的需求进行定制的调整。交错排布的第二转动自由度也增加了系统的多样性。

具体的，关于连续角度调节：

（1）双微动调节机构5： 两个微动调节机构5分别位于万向齿球6的对称面上，可以分别对齐齿球的两个方向。这使得在任何方向上都可以施加微小的调节力或转矩。

（2）交错排布：当一个微动调节机构5旋转调节时，另一个微动调节机构5的位置并不受影响，因为它们是交错排布的。这意味着无论齿球在何种角度，至少有一个微动调节机构5处于有效位置，可以实现调节。

（3）对称安装：两个微动调节机构5的对称安装确保了它们对齿球施加的力或转矩是均衡的。这意味着齿球在不同方向上的调节都是平衡的，避免了偏斜或不稳定的情况。

具体的，关于平衡齿球载荷：

（1）均匀支撑：两个微动调节机构5的对称安装使得它们能够均匀地支撑齿球的重量和载荷。这种均匀的支撑有助于避免齿球出现不平衡的情况，从而提高了系统的稳定性。

（2）交错排布：两个微动调节机构5的交错排布意味着它们可以在不同的位置施加力或转矩，从而在齿球上产生平衡的效果。无论在何种角度，至少有一个微动调节机构5位于适当位置，可以对齿球施加合适的支持力。

进一步的，两个微动调节机构5的相邻排布意味着万向齿球6的旋转轴向是呈90°状交错的，它们能够控制万向齿球6的不同位置，从而实现第二转动自由度的交错排布。这种排布确保了不同方向上的第二转动自由度可以交替出现，使得齿球的运动更为平衡和稳定。通过将第一转动自由度转换为交错排布的第二转动自由度，可以在不同的角度和方向上实现更广泛的运动范围。这使得砂轮机能够适应不同加工需求，无论工件的方位如何。第二转动自由度的交错排布增加了系统的灵活性，因为不同的运动轨迹和角度调整都可以实现。这使得砂轮机可以更好地适应复杂的工件形状和加工要求。

在本实施例二中，两个微动调节机构5位于万向齿球6的对称面上，分别作用于齿球的不同位置。它们可以分别产生第一转动自由度，即齿球在不同方向上的旋转。 两个微动调节机构5的交错排布使得它们的第一转动自由度交错排列。而两个微动调节机构5的交错排布，使得它们可以交叉地作用于齿球的不同部位。当两个微动调节机构5同时作用于齿球时，它们可以合成出另一个（即第三个）第二转动自由度。这种交叉调节的方式使得齿球的运动更为灵活和复杂。同时两个微动调节机构5的控制可以通过适当的协调，使得齿球在不同方向上都可以实现旋转。通过合理的控制，它们可以在齿球上产生三个不同的第二转动自由度。

进一步的，微动调节机构5的关键部分是由第一伺服电机501和第二伺服电机503组成的。这两个伺服电机协同工作，实现了万向齿球6的灵活的万向角度调节，从而使得砂轮机能够在多个轴上实现精确的角度调整：

（1）第一伺服电机501的作用：第一伺服电机501位于支撑架3上，通过铰合架502与支撑架3相连。它的主要作用是调节万向齿球6的俯仰角度，即相对于水平面的倾斜角度。当第一伺服电机501旋转时，铰合架502会发生相应的俯仰运动，从而改变万向齿球6的倾斜角度。

（2）第二伺服电机503的作用：第二伺服电机503位于铰合架502上，通过驱动齿轮504将转动运动传递给万向齿球6。它的任务是通过旋转驱动，使万向齿球6在水平平面内旋转，实现更精细的角度调整。

（3）万向角度调节的机械原理：在实际操作中，当第一伺服电机501通过控制角度的变化，调整了铰合架502的角度，这将导致支撑架3在俯仰方向上的角度变化。随后，第二伺服电机503通过驱动齿轮504，将转动运动传递给万向齿球6，从而使得万向齿球6在水平平面内旋转。这两个伺服电机协同工作，实现了万向齿球6的多轴角度调整。

这种设计使得砂轮机能够在更广泛的角度范围内进行调整，实现精确的角度控制。第一伺服电机501控制垂直方向上的倾斜角度，而第二伺服电机503控制水平方向上的旋转角度，二者相互协调，使得砂轮机的角度调整更加灵活和精确。这种机械原理的实现为砂轮机的加工过程提供了更大的灵活性和精度，使其适用于更广泛的加工需求。

进一步的，这种排布和作用方式使得齿球可以在不同的方向和轴上实现更多维度的运动。这种多维运动能力对于砂轮机的加工适应性和灵活性都具有重要意义。通过生成三个不同的第二转动自由度，可以更好地适应工件的形状和加工要求，实现更全面、均匀的加工效果。同时由于可以在不同方向上灵活调整，减少了工件调整的需求，提高了加工效率。

进一步的，微动调节机构5的第一伺服电机501负责调节万向齿球6的万向角度调节，而第二伺服电机503对其进行旋转驱动。其中第一伺服电机501的作用是将第二伺服电机503进行俯仰角度调节，而非升降调节，因为升降调节只能在垂直方向进行调节，限制了砂轮盘2的加工范围。对于需要在非垂直方向上加工的任务，升降调节因结构限制导致无法满足需求。升降调节模式难以实现精确的角度调整，特别是在多轴角度调整的情况下，会引入较大的误差和不确定性。对于需要在多个轴上进行连续角度调整的复杂任务，单纯的升降调节模式难以实现所需的复杂路径。

可以理解的是，微动调节机构5的数量为至少两个，当微动调节机构5的数量为三个时，可以实现上述的布置，即将万向齿球6的另一个环状渐开线齿部601纳入啮合考虑范围中，可以实现更精确的实施。

在本实施例二中，驱动齿轮504在初始状态下啮合于万向齿球6的环状渐开线齿部601，在工作状态下啮合于万向齿球6的所有齿面；具体而言，初始状态下，驱动齿轮504的齿面啮合于万向齿球6的环状渐开线齿部601。这种初始状态确保了驱动齿轮504与万向齿球6有一个基准的接触点，作为起始点进行调节。在工作状态下，驱动齿轮504会在旋转的过程中与万向齿球6的所有齿面啮合。这意味着驱动齿轮504在整个旋转过程中都与万向齿球6保持着啮合接触，从而实现了全方位的角度调节。

在本实施例二中，环状渐开线齿部601作为万向齿球6的关键结构，具有重要的功能和机械原理，确保了在第一伺服电机501驱动铰合架502及第二伺服电机503的情况下，万向齿球6的旋转运动不受影响，并为实现灵活的万向角度调节提供了转换点。

具体的：

（1）机械耦合：在环状渐开线齿部601处，万向齿球6的齿部与驱动齿轮504相耦合。这意味着当第一伺服电机501和第二伺服电机503驱动铰合架502和驱动齿轮504进行俯仰角度调节时，仅仅是环状渐开线齿部601的齿与驱动齿轮504之间发生相对运动。

（2）分离转动：驱动齿轮504的运动是相对于环状渐开线齿部601的，而不是直接影响到万向齿球6的整体旋转。这种分离转动保证了万向齿球6的整体旋转不会受到俯仰角度调节的影响。

进一步的，需要指出的是，驱动齿轮504的运动相对于环状渐开线齿部601，而不是直接影响到万向齿球6的整体旋转，是因为环状渐开线齿部601的几何形状和运动特性所决定的。这涉及到渐开线齿轮的几何特性以及它在运动中的表现。渐开线齿轮的特点是其齿形轮廓在整个齿轮的周长上都是渐变的，而不是像直齿轮那样齿形保持不变。这意味着在渐开线齿轮上的每个点，齿形轮廓都具有不同的曲率半径。当驱动齿轮504在环状渐开线齿部601处运动时，由于渐开线齿轮的几何特性，驱动齿轮504与环状渐开线齿部601之间的接触点会随着运动发生微小的位置变化。这意味着虽然驱动齿轮504在运动，但它与万向齿球6的整体旋转没有直接的关联，因为驱动齿轮504的运动是根据环状渐开线齿部601的曲率变化来调整的。因此，驱动齿轮504的运动是相对于环状渐开线齿部601的，而不会直接影响到万向齿球6的整体旋转。这种设计允许在调整角度时保持万向齿球6的整体运动稳定，同时实现对角度的灵活调节。

可以理解的是， 由于环状渐开线齿部601的设计，当第一伺服电机501驱动铰合架502及第二伺服电机503的驱动齿轮504在环状渐开线齿部601处进行俯仰角度调节时，这个过程不会干扰到万向齿球6的整体旋转。因此，可以将这一点作为万向齿球6的万向角度调节的转换点。基于环状渐开线齿部601的特性，通过俯仰角度调节来控制驱动齿轮504的运动，可以实现对万向齿球6的角度调整，同时保持其整体旋转不受干扰。这种机制确保了砂轮机在实际应用中能够实现高度灵活且精确的万向角度调节。

总结性的，环状渐开线齿部601的设计允许第一伺服电机501和第二伺服电机503的俯仰角度调节不影响万向齿球6的整体旋转，从而实现了本技术中的灵活万向角度调节。这一设计基于机械原理的合理分离和耦合，为砂轮机的功能性和精度提供了可靠的支持。

总结性的，基于渐开线形式的万向齿球6，它允许在多个轴上实现连续的角度调整。这意味着砂轮机可以在多个方向上精确地调整角度，以适应各种工件的加工需求。渐开线形式的万向齿球6可以实现更大范围的角度调整，从而提供更大的加工灵活性。不同于直角齿轮，其运动特性能够更好地适应复杂的角度需求。渐开线形式的万向齿球6具有更高的几何精度，使得角度调整更加精确。这对于高精度加工和工件加工的一致性至关重要。渐开线形式的万向齿球6在旋转过程中呈现连续运动，没有像直角齿轮那样的角度步进。这种连续运动有助于实现平滑的加工操作。

需要指出的是，本实施例二中的万向齿球6不能采用直角齿轮，因为渐开线形式的万向齿球6在旋转时不会出现直角齿轮在特定角度下可能出现的干涉问题。这种设计减少了运动过程中的冲突和碰撞。渐开线形式的万向齿球6可以在360度范围内实现连续旋转，而直角齿轮通常在一定角度范围内运动，限制了角度调整的灵活性。渐开线形式的万向齿球6的运动更加平滑，减少了震动和冲击，有利于提高加工质量和工件表面光洁度。

示例性的，请参阅图9~11：设需要在砂轮机中实现对工件的多轴加工，需要同时调整万向齿球6的X、Y和Z轴以适应工件的不同角度需求。

S1、X、Y、Z轴同步调节：假设本实施例二有一个需要在不同方向上进行精细加工的工件。首先，本实施例二将万向齿球6的X、Y和Z轴与空间的X、Y和Z轴对齐，确保万向齿球6处于初始位置。

S2、调整X轴角度：本实施例二希望在X轴方向上调整加工角度。通过微动调节机构5的信号，第一伺服电机501和铰合架502协同工作，微小地俯仰万向齿球6，实现X轴方向上的角度调整。

S3、同时调整Y轴和Z轴角度：现在，本实施例二需要在Y轴和Z轴方向上同时调整角度。通过微动调节机构5的信号，使第二伺服电机503和驱动齿轮504协同工作，微小地横摆和偏航万向齿球6，实现Y轴和Z轴方向上的角度调整。

S4、这种形式下，X、Y和Z轴三轴同步调节使得万向齿球6能够在多个方向上同时调整角度，以适应工件不同位置和角度的加工需求。通过微动调节机构5的精确控制，可以实现平滑且精确的角度调整，从而使砂轮机能够在复杂的加工任务中取得优异的加工效果。这种多轴同步调节的形式为砂轮机提供了更大的灵活性和多样性。

以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

实施例三

本实施例三中，宏动调节机构4采用的是PID控制器算法，其中需要在盘体401上安装一个位置传感器以输出位置信号；该PID控制器算法包括：

#include <iostream>

// PID控制器参数

double kp = 0.1; // 比例系数

double ki = 0.01; // 积分系数

double kd = 0.05; // 微分系数

// 目标角度

double targetAngle = 30.0; // 目标俯仰角度

// 当前角度

double currentAngle = 0.0;

// PID控制器变量

double prevError = 0.0;

double integral = 0.0;

// 控制循环

void controlLoop() {

double error = targetAngle - currentAngle;

// PID计算

double proportional = kp * error;

integral += ki * error;

double derivative = kd * (error - prevError);

// 计算控制输出

double controlOutput = proportional + integral + derivative;

// 电机运动

// 更新前一次误差

prevError = error;

// 更新当前角度

currentAngle += controlOutput;

// 输出调试信息

std::cout << "Target Angle: " << targetAngle << " | CurrentAngle: " << currentAngle << std::endl;

}

int main() {

// 控制循环

for (int i = 0; i < 100; ++i) {

controlLoop();

}

return 0;

}

该PID控制器算法原理如下：

（1）PID参数和目标设置：首先，通过定义KP（比例增益）、KI（积分增益）和KD（微分增益）这些参数，以及目标角度（targetAngle），本实施例三确定了控制器的特性以及本实施例三想要系统达到的目标。

（2）PIDController类：这个类封装了整个PID控制器的功能。在构造函数中，本实施例三初始化了KP、KI、KD和目标角度，并初始化了一些用于跟踪误差和积分项的变量。

（3）calculateControlOutput函数：这个函数是PID控制器的核心。它接受当前实际角度作为输入，并根据控制算法计算出控制输出，该输出会影响系统的操作，以使实际角度逐渐接近目标角度。

（4）PID控制算法：在calculateControlOutput函数中，本实施例三首先计算当前误差（targetAngle-actualAngle）。然后，分别计算比例、积分和微分项的贡献，并将它们相加，得到总的控制输出。这个控制输出会在下一次迭代中影响实际角度的变化。

（5）模拟系统的更新：在主函数中，通过calculateControlOutput函数计算控制输出，并将其应用于实际角度的更新。

本实施例三中，微动调节机构5采用的也是PID控制器算法，需要在万向齿球6内安装一个位置传感器以输出位置信号；该PID控制器算法原理如下：

（1）目标角度和当前角度的计算：程序开始时，设定了目标角度（targetAngle）和当前角度（currentAngle）。目标角度是希望微动调节机构5调整到的角度，而当前角度是实际的角度测量值。

（2）PID控制器的计算：在控制循环中，首先计算当前角度与目标角度之间的误差（error）。PID控制器使用三个调节系数（kp、ki、kd）来计算控制输出，包括比例项、积分项和微分项。这些项的计算分别反映了误差的大小、变化和累积情况。

（3）控制输出的计算： 控制输出是由PID控制器计算得出的，它代表着电机需要进行的调整。比例、积分和微分项的权重由调节系数控制。控制输出的正负和大小影响了电机的转动方向和速度。

（4）电机运动：将控制输出转化为电机的运动指令。

（5）误差的积分和微分： 在每次循环中，当前误差用于计算积分项，从而累积误差的历史值。微分项则基于误差变化的速率进行计算，以预测未来的误差趋势。

（6）调整循环：控制循环以一定的频率运行，例如每秒更新一次。在每次循环中，PID控制器计算出控制输出，然后将其用于调整电机或模拟角度的变化。

以上所述实施例三仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种可万向角度工作的砂轮机，包括机架（1）及砂轮盘（2），所述砂轮盘（2）由旋转执行器（7）驱动旋转，其特征在于：还包括宏动调节机构（4）、微动调节机构（5）和万向齿球（6）；

所述宏动调节机构（4）包括至少六个沿同轴向环形阵列式排布的线性自由度，所述线性自由度用以调节所述微动调节机构（5）和万向齿球（6）做空间方位调节；

所述微动调节机构（5）包括第一转动自由度，所述第一转动自由度作用于所述万向齿球（6）上时，所述万向齿球（6）生成三个第二转动自由度，所述第二转动自由度用于调节所述万向齿球（6）本体在所有方向上连续旋转运动；

所述微动调节机构（5）包括固设于所述支撑架（3）上的第一伺服电机（501），还包括俯仰铰接于所述支撑架（3）上的铰合架（502）；

所述铰合架（502）上安装有用于输出所述第一转动自由度的第二伺服电机（503），所述铰合架（502）上转动配合有驱动齿轮（504），所述驱动齿轮（504）由所述第二伺服电机（503）驱动旋转；

所述万向齿球（6）的端面上安装有所述旋转执行器（7）；

所述宏动调节机构（4）包括两个相互相对的盘体（401），两个所述盘体（401）之间以其中轴线为基准，以此环形阵列式排布有六个用于输出所述线性自由度的直线执行器（402）；

一个所述盘体（401）固设于所述机架（1）上，另一个所述盘体（401）固定连接于所述支撑架（3）上；

所述直线执行器（402）为伺服电缸，所述伺服电缸的缸体和活塞杆分别均通过第一万向节联轴器（403）与两个所述盘体（401）相互相对的各自一面上万向铰接；

每三个依次相近的所述伺服电缸相互之间呈N形或者镜像N形的姿态布置；

所述万向齿球（6）呈球体；

以所述球体的旋转中轴线为中心线及基准，并以所述球体的外廓为轮廓，将一个二维的渐开线齿轮外廓以所述旋转中轴线为旋转轴，沿所述球体的外廓旋转成型成所述万向齿球（6）；

所述微动调节机构（5）设于对称的两个所述环状渐开线齿部（601）处，在该两个所述环状渐开线齿部（601）的对称面上固设有所述旋转执行器（7）；

两个所述微动调节机构（5）的对称面与所述万向齿球（6）的中心轴相重叠。

2.根据权利要求1所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：还包括支撑架（3），所述微动调节机构（5）、所述万向齿球（6）均配合于所述支撑架（3）上，所述宏动调节机构（4）安装于所述机架（1）上。

3.根据权利要求1所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：所述微动调节机构（5）的数量为两个；

所述驱动齿轮（504）在初始状态下啮合于所述万向齿球（6）的所述环状渐开线齿部（601），在工作状态下啮合于所述万向齿球（6）的所有齿面；

在所述万向齿球（6）旋转时输出三个不同方位的所述第二转动自由度，在所有方向上连续旋转运动。

4.根据权利要求3所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：所述驱动齿轮（504）的外部开设有齿面；

所述渐开线齿轮的两端的齿形在旋转成型后具有四个环状渐开线齿部（601）或自锁环状渐开线齿部；

所述齿面是在以所述环状渐开线齿部（601）的中轴线为基准的铅垂面上，以所述环状渐开线齿部（601）的中轴线的交错垂线作为旋转轴，均匀旋转于所述万向齿球（6）的齿形结构并求差式开设成型的。

5.根据权利要求4所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：所述支撑架（3）外固设有一半圆托架（10），所述万向齿球（6）置于所述半圆托架（10）中，在所述万向齿球（6）和所述半圆托架（10）内壁的空间中填充有润滑油脂。

6.根据权利要求1所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：所述旋转执行器（7）为执行电机或抱闸电机，所述执行电机或抱闸电机的输出轴驱动于所述砂轮盘（2）旋转。

7.根据权利要求1所述的可万向角度工作的砂轮机，其特征在于：所述支撑架（3）远离所述宏动调节机构（4）的一侧安装有第二万向节联轴器（8），所述支撑架（3）通过所述第二万向节联轴器（8）与所述机架（1）建立支撑及万向铰接关系。