CN117650851A - 一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，包括机架、数字舵机、发射臂、接收臂、转台、支撑轴承、联轴器及螺栓。数字舵机通过螺栓连接在机架上，保持垂直。数字舵机输出轴与联轴器连接，联轴器连接机械臂转台，位置在机械臂与轴承之间。机械臂通过定位孔连接转台，底端凸台侧表面与轴承内圈过盈连接，下表面螺纹孔与联轴器连接。本发明联动装置的零部件之间精确配合，确保装配和定位精度的同时，持续输出稳定的驱动力矩。成功地兼具了可靠性高和精准运动的两大特点，适用于持续负载和频繁运动的工作场景。

Description

一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置

技术领域

本发明属于激光通信技术领域，具体涉及一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置。

背景技术

随着通信领域的迅猛发展，激光在高速、高容量和高安全性信息传输中得到了广泛应用。通过将信息编码在激光上，可以利用自由空间将信息发送到远距离目标。在如今复杂多样的环境中，远距离通信对于发射和接收激光的机械臂的工作可靠性和定位精度提出了更高的要求。本发明能够实现较高精度信息传输的机械臂收发联动装置便顺应而生，不仅能通过联动设计能够更灵活地调整双机械臂的姿势，优化信号接收和发送的方向，还能够保证精准的几何位置关系。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双机械臂的收发联动装置，旨在通过性能优良的控制系统和精确可靠的机械机构实现太赫兹发射臂与接收臂在不同状态下有精准的几何位置关系。针对装置目的，首先将整个太赫兹精密收发双臂联动装置进行了整体的结构设计，确保了其外形尺寸和组件之间的工作协调性。接着，通过对安装在收发臂上的太赫兹收发模块的技术指标进行详细分析，设计可靠的机械连接，确保装置处于工作状态时能够保持双机械臂的“高精度同步联动”。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：包括机架、高性能数字舵机、舵机专用联轴器、发射臂、接收臂、发射臂转台、接收臂转台、回转支撑轴承、轴承支撑座、及若干紧固螺栓。

所述高性能数字舵机由输出花键轴、减速齿轮组、角度传感器、电位器，外壳和电动马达组成；所述舵机外壳两侧具有定位螺纹孔，通过紧固螺栓连接在机架上；所述舵机专用联轴器竖直布置，其下端内置花键，与舵机输出花键轴连接；其上端为法兰盘，开设四个螺纹孔直接与机械臂转台底部的外伸凸台进行螺纹连接。

所述轴承支撑座底部设置定位通孔，依靠紧固螺栓给固定在机架上；所述回转支撑轴承外圈与轴承支撑座固连，内圈与机械臂转台底部的凸台外缘过盈配合所述机械臂转台设置在回转支撑轴承的正上方，随舵机的输出花键轴一起定轴转动，同时外伸或回收；所述机械臂分为发射臂和接收臂，满足电磁波的接收和发射需求，其下段分别开设四个定位孔，与机械臂转台上工作面进行配合。

优选地，针对技术要求1，采用舵机专用联轴器直接让转台与舵机相连，减少中间的传动过程。并且采用该装配方法，不会带来轴向位移偏差。并且舵机专用联轴器与高性能数字舵机上端的输出花键轴配合长度不会影响转台的工作性能。

优选地，高性能数字舵机由输出花键轴、减速齿轮组、角度传感器、电位器、外壳和电动马达组成。舵机能够提供更高的位置控制精度。内置有位置反馈装置角度传感器和电位器，可以实时监测和调整位置，使得舵机在执行控制时更准确。

优选地，针对要求3，采用紧固螺栓将高性能舵机外壳直接与机架连接，减少在工作工程中舵机自身的振动，保证舵机输出轴在径向位置不会因为离心力过大发生窜动。

优选地，所述回转支撑轴承分别由内圈、外圈，V形滚珠组成、内置间隔保持器。其外圈与轴承支撑座固定连接，轴承支撑座底部开螺纹孔，依靠螺栓给固定在机架上。该布置能提高机械结构的传动效率，减小定位精度和装配误差。采用回转支撑轴承扭矩传递效率高，回转支撑轴承能够有效传递扭矩，保证装置的正常运转，对于需要进行高精度运动的转台发挥关键作用。

优选地，所述回转支撑轴承结构紧凑，由内、外圈和内置多个V形滚珠排列组成，占据空间小。使得装置整体结构更加合理紧凑。其滚珠采用V形状排布承载能力高，回转支撑轴承能够承受较大的轴向和径向载荷，使其适用于需要支撑发射臂和发射壁转台整体的负载。即回转支撑轴承具有高承载能力、高传递效率、紧凑的结构以及高精度、平稳的运动特性。

优选地，所述轴承支撑座与回转支撑轴承外圈固定连接，轴承支撑座有助于准确定位轴承，使其在机械系统中的位置固定，确保精确对位。

优选地，所述舵机专用联轴器的键槽和花键的设计，使得舵机输出花键轴和相应部件能够精确对位，从而简化了装配过程，提高传动效率。花键轴能够保证连接部件的精确对齐，减少了因装配不精确而产生的轴偏移或相对运动。

优选地，所述回转支撑轴承直接外嵌在机械臂转台下端的凸台上，直接承受转台的重力。不仅使得整个外观更加简洁美观，也使得高性能舵机9具有稳定的工况条件，其输出的花键轴不会受到轴向上由转台带来的载荷。舵机仅提供扭矩的同时，不承受其他工作压力。使得装置再长期停启和高工作复合的条件下，控制系统和舵机仍然能够保持高精度，延长工作寿命，提高整个机械系统的可靠性，降低维修成本。

上述技术方案能得到以下有益效果：

（1）本发明提供的双机械臂收发联动装置，通过工况稳定的高性能数字舵机提供平滑的扭矩，在舵机专用联轴器的高效率扭矩传递下，使得发射臂转台和接受臂转台能更到更稳定可靠的动力扭矩。

（2）首次将回转支撑轴承、高性能数字舵机，通过非标机械设计的发射臂转台和接收臂转台连接在一起，将工作性能可靠的高精度元器件结合在一起。

（3）结构合理紧凑，方便人为操作。

（4）提供的转矩范围广泛，工作可靠，满足重复定位要求和运动定位要求。

（5）寿命长，结构设计和装配方式使得回转支撑轴承和舵机都具有较长的使用寿命，降低了更换和维修的成本。

（6）易于控制，舵机通常通过脉冲宽度调制（PWM）信号进行控制，这使得双机械臂收发联动装置在嵌入式系统和微控制器控制下容易实现。

附图说明

图1是本发明的主视图。

图2是本发明的俯视图。

图3是本发明的立体图。

图4是本发明的发射臂转台主视图。

图5是本发明的发射臂转台俯视图。

图6是本发明的接收臂转台主视图。

图7是本发明的接收臂转台俯视图。

图中：（1）接收臂；（2）发射臂；（3）接收臂转台；（4）发射臂转台；（5）回转支撑轴承；（6）轴承支撑座；（7）舵机专用联轴器；（8）舵机紧固螺栓；（9）高性能数字舵机；(10)机架。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

如图1所示，本发明公开了一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，包括机架、舵机驱动机构及机械臂支撑机构。舵机驱动机构包括竖直装配的高性能数字舵机9，高性能数字舵机9正上方布置舵机专用联轴器7，舵机9的外壳通过舵机紧固螺栓8固定在机架上。机械臂支撑机构包括横向布置的回转支撑轴承5，其外圈与轴承支撑座6配合连接。轴承支撑座6底面开设对称布置的四个定位螺纹孔，靠螺纹连接固定在机架上。机械臂支撑机构用于支撑整个机械臂和机械臂转台带来的重力负载。使得整个外观更加简洁美观，也使得高性能舵机9具有稳定的工况条件，输出的花键轴不会受到轴向上由转台带来的载荷。舵机仅提供扭矩的同时，不承受其他任何工作压力。各零部件之间精确配合，确保了其良好的装配精度和定位精度，使其能够高精度协同工作，并且装置的机械结构设计使得高性能数字舵机工作环境稳定，负载均匀，在操作过程中能够持续输出稳定的驱动力矩。装置在面对长期持续运行和高负荷工作的挑战时，成功地兼具了高度可靠性和精准运动的两大特点。

在高性能数字舵机10连接好外接的电源模块之后，以花键输出轴向外提供平滑的扭矩。由于舵机花键输出轴的外轮廓与舵机专用联轴器7的内花键形成刚性连接，扭矩传递至舵机专用联轴器7，驱动其绕回转中心做定轴转动。舵机转动联轴器7上端为法兰盘，并开设限位孔。

结合图2和图3所示，接收臂1与发射臂2的底端侧面与接收臂转台3和发射臂转台4上工作面进行嵌入式刚性连接，增强装置的稳定性，接收臂1和发射臂2与其对应的转台之间形成了紧密的连接，减少运动中的振动和晃动，提供可靠的工作环境。同时提高了装配精度，由于底端侧面与转台之间的嵌入式刚性连接，接收臂1和发射臂2能够准确地定位和精确对齐。

结合图4和图6所示，接收臂转台3和发射臂转台4底部均设置外伸的阶梯轴，轴肩部分与回转支撑轴承5的内圈配合，保证装置在工作状态之中保持平稳。即机械臂以及机械臂转台转动时所产生的离心力和重力载荷均匀分布在机械臂支撑机构上。其正下方的舵机驱动机构不受载荷，只提供工作扭矩。接收臂转台3和发射臂转台4底部外伸的阶梯轴底部开设孔径与舵机专用联轴器正上方的限位孔和法兰盘孔对应的螺纹孔，保证装配关系以及绝对定位精度。

结合图5和图7所示，接收臂转台3和发射臂转台4顶部四周均匀分布定位孔，与接收臂1与发射臂2底部的定位孔对应配合。保证定位精度的同时。特别说明，机械臂转台与双机械臂之间的连接不仅仅依赖于螺栓定位孔，同时利用侧边配合面刚性连接，进一步保证了传动的精确度，确保系统的动态响应。

本发明，双机械臂收发联动装置依靠各个组件之间的协作，通过精确的机械连接和控制系统的协同作用，实现了发射臂和接收臂的高精度同步运动。整体结构设计为整个装置的协同工作提供了可靠的基础。

以上所述均为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的原理前提下，对本发明的各种等价形式的修改均属于本申请所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：包括机架、高性能数字舵机、舵机专用联轴器、发射臂、接收臂、发射臂转台、接收臂转台、回转支撑轴承、轴承支撑座、及若干紧固螺栓。

2.所述高性能数字舵机由输出花键轴、减速齿轮组、角度传感器、电位器，外壳和电动马达组成；

所述高性能数字舵机外壳两侧具有定位螺纹孔，通过紧固螺栓连接在机架上；

所述舵机专用联轴器竖直布置，其下端内置花键，与舵机输出花键轴连接；其上端为法兰盘，开设四个螺纹孔直接与机械臂转台底部的外伸凸台进行螺纹连接；

所述轴承支撑座底部设置定位通孔，依靠紧固螺栓给固定在机架上；

所述回转支撑轴承外圈与轴承支撑座固连，内圈与机械臂转台底部的凸台外缘过盈配合；

所述机械臂转台设置在回转支撑轴承的正上方，随舵机的输出花键轴一起定轴转动，同时外伸或回收；

所述机械臂分为发射臂和接收臂，满足电磁波的接收和发射需求，其下段分别开设四个定位孔，与机械臂转台上端工作面进行螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述高性能数字舵机上端以花键输出扭转力矩，通过舵机专用联轴器传递扭矩至机械臂转台；机械臂转台下端接收扭转力矩，上端连接机械臂。

4.根据权利要求2所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述机械臂转台收发联动装置中重要的部分,其作用是将步进的动力转换为双臂的动力,作为整个装置的核心部件。

5.根据权利要求1所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述回转支撑轴承由内、外圈和内置滚珠排列组成。其滚珠要求承载能力高，回转支撑轴承能够承受较大的轴向载荷，支撑机械臂和机械臂转台部件的负载。

6.根据权利要求1所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述机械臂转台同时与机械臂、舵机专用联轴器、回转支撑轴承三个零件进行连接，由下至上，舵机专用联轴器、机械臂转台、机械臂叠放设置；

所述机械臂转台下端设置凸台，凸台侧面与回转支撑轴承内圈配合，凸台下表面与舵机专用联轴器的上端法兰盘配合。

7.根据权利要求4所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述回转支撑轴承与轴承支撑座实现可靠连接，将其上方的机械臂转台的重力载荷传递至轴承支撑座，所述轴承支撑座与机架配合紧密，保证定位精度和足够的承载能力。

8.根据权利要求5所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述舵机专用联轴器不承受其正上方机械臂转台带来的重力载荷，只起到传递高性能数字舵机的输出力矩的作用。

9.根据权利要求1和6所述的一种数字舵机控制的双机械臂收发联动装置，其特征在于：所述机架设置两个腔体，分别与所设置的高性能数字舵机外壳采用螺栓连接，所述机架上表面开设定位孔，与轴承支撑座下端配合。