CN205465465U - 一种回转分度装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种回转分度装置，包括基座、直线运动单元、运动转化装置、导向单元、负载、位置检测传感器、控制器。其中：直线运动单元与基座连接，其提供精确的直线位移及直线移动动力，并通过内置编码器将当前的位置反馈给控制器；运动转化装置与直线运动单元固定联结，并在直线运动单元的驱动下作直线运动；负载作为为回转分度装置的角度定位输出单元，它在导向单元的导向下能够作圆周运动；位置检测传感器实时反馈负载的位移量。控制器通过对上述的反馈量进行运算，并控制直线运动单元运动作直线运动，从而带动运动转化装置一并作直线运动，运动转化装置推动负载，在导向单元的导向作用下，负载旋转到指定角度位置。通过这种方式，有效解决了小回转角度、大扭矩输出的精确回转定位。

Description

一种回转分度装置

技术领域

本实用新型涉及一种回转分度装置，属于精密分度领域，特别是大负载、大回转半径、回转角度不超过90°的精密分度领域。

背景技术

众所周知，精密分度在一些仪表、数控加工领域出现，其常见的形式是在负载与电机之间装一个大传动比的减速器，减速器中往往具有速比很大的蜗轮蜗杆传动，而蜗轮蜗杆传动在加工安装成本、润滑、磨损等方面又存在比较突出的问题，故此，现有回转分度装置传动力矩较小。而在一些仰俯机构(仰俯角一般小于90度)中，负载可达数吨，这就需要一种能够传递大扭矩的精密分度装置。因此，现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种回转分度装置及分度方法，它利用控制器对直线运动单元的直线位移输入量和负载的回转角度输出量进行运算，并将直线运动转化为回转运动，从而控制负载回转到指定角度位置。

本实用新型提供的一种回转分度装置至少包括：基座、直线运动单元、运动转化装置、导向单元、负载、位置检测装置、控制器；

所述直线运动单元与所述基座连接，其提供精确的直线位移及直线移动动力，并通过内置编码器将当前的位置反馈给所述控制器，它至少包括伺服电机与直线位移运动输出接口；

所述运动转化装置与所述直线运动单元的直线位移运动输出接口连接，并在直线运动单元的驱动下作直线运动，其运动输出模块为滚轮或者滑块；

所述导向单元至少具有起导向作用的圆弧形导轨或者转轴，其安装在所述基座上，并对所述负载进行导向；

所述负载为回转分度装置的角度定位输出单元，它在所述导向单元的导向下能够作圆周运动，它至少包括一个接触板，接触板与运动转化装置中的运动输出模块接触，并且接触的形式为线接触或面接触；

所述位置检测装置用于检测所述负载的位移，并反馈给所述控制器；

一种回转分度装置，其特征在于：所述运动转化装置中的运动输出模块为滚轮时，其与负载上的接触板的接触形式表现为线接触。

一种回转分度装置，其特征在于：所述运动转化装置中的运动输出模块为滑块时，其与负载上的接触板的接触形式表现为面接触。

一种回转分度装置，其特征在于：所述负载上的接触板共有两块，所述运动转化装置中的运动输出模块位于两个接触板之间。

一种回转分度装置，其特征在于：所述伺服电机内置编码器，并且具备抱闸功能。

一种回转分度装置，其特征在于：所述伺服电机抱闸，使得直线运动输出接口以及运动转化装置保持不动，由于所述运动输出模块与接触板的限位关系，负载卡死在指定位置。

一种回转分度装置，其特征在于：所述负载的回转运动是由所述直线运动单元的直线运动转化而来的。

一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置应用于水平回转分度或倾斜回转(倾斜角度一般小于10°)分度时，所述负载是在转轴的约束下作圆周运动，并且位置检测装置安装在转轴附近。

一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置作为小角度精密微调 装置，并与其他常规回转台组合后，能实现360°回转分度。

一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置应用于垂直回转分度(仰俯分度)或倾斜回转(倾斜角不限)分度时，该装置不包括转轴，所述负载是在圆弧形导轨的导向下作圆周运动，并且位置检测装置安装在圆弧形导轨附近。

一种回转分度装置的分度方法，其特征在于：所述位置检测装置实时反馈所述负载的位移，所述直线运动单元通过内置的编码器实时反馈当前的直线位移，所述控制器通过对上述的反馈量进行运算，并控制直线运动单元运动作直线运动，从而带动运动转化装置一并作直线运动，运动转化装置推动负载，在导向单元的导向下，负载旋转到指定角度位置。

通过上述设计方案，本实用新型带来的有益效果为：本实用新型利用直线运动转化为旋转运动的形式，实现回转分度装置的分度，在保证分度的精确性基础上，还能够实现大回转半径、大力矩的输出；能够充分利用直线驱动技术(如：直线电机驱动技术、伺服电机配减速器及滚珠丝杠的技术)在技术成熟度、标准化程度、精密性、润滑、反向间隙等方面的优势，简化分度装置的结构；利用特殊的结构设计，伺服电机抱闸，以及运动转化装置中的运动输出模块与接触板的限位关系，实现分度装置的可靠定位。

附图说明

图1是本实用新型一种回转分度装置的第一种应用情况下的总体结构示意图。(第一实施方式)

图2是运动转化装置采用滚轮作为运动输出模块的示意图。(第一实施方式)

图3是运动转化装置采用滑块作为运动输出模块的示意图。(第一实施方式)

图4是本实用新型一种回转分度装置的运行原理示意图。(第一实施方式)

图5是本实用新型一种回转分度装置分度方法所涉及的直线运动与旋转运动转化关系的计算原理示意图。(第一实施方式)

图6是本实用新型一种回转分度装置的第二种应用情况下的总体结构示意图。(第二实施方式)

具体实施方式

下面，基于附图对本实用新型的实施方式进行说明。

第一实施方式

图1～图5示出本实用新型的第一实施方式。

本实用新型一种回转分度装置的第一种应用情况下的总体结构如图1所示，其主要应用于垂直回转分度或倾斜回转分度场合，该回转分度装置至少包括用于支撑的基座(1)、用于提供驱动力的直线运动单元(2)、与所述直线运动单元固定联结并推动负载的运动转化装置(3)、起导向作用的导向单元4(即圆弧形导轨(4.1))、作为角度输出并定位的负载(5)、检测所述负载输出位移的位置检测装置(6)、对直线运动单元(2)进行控制的控制器(7)。

所述直线运动单元(2)与所述基座(1)连接，其提供精确的直线位移及直线移动动力，并通过内置编码器将当前的位置反馈给所述控制器(7)，它至少包括伺服电机(2.1)与直线位移运动输出接口(2.2)；

如图1、图2和图3所示，所述运动转化装置(3)与所述直线运动单元(2)的直线位移运动输出接口(2.2)连接，并在直线运动单元(2)的驱动下作直线运动，其运动输出模块(3.1)采用滚轮或者滑块；

所述圆弧形导轨(4.1)与所述基座(1)连接，并对所述负载(5)进行导向以及承载作用；

所述负载(5)为回转分度装置的角度定位输出单元，它在所述圆弧形导轨(4.1)的导向下能够作圆周运动，它至少包括一个接触板(本例共有两个，包括第一侧接触板(5.1)、第二侧接触板(5.2))，所述第一侧接触板(5.1)以及第二侧接触板(5.2)位于所述运动转化装置中的运动输出模块(3.1)的两侧，并且接触的形式为线接触或面接触；

所述位置检测装置(6)用于检测所述负载(5)的位移量，并反馈给所述控制器(7)，其安装在图1所示的位置一；

所述控制器(7)根据上述反馈量作运算，并控制所述直线运动单元(2)作直线运动，从而带动运动转化装置(3)一并作直线运动，运动转化装置(3)推动所述负载(5)，在所述圆弧形导轨(4.1)的导向下，所述负载(5)旋转到指定角度位置。

一种回转分度装置的分度方法，如图4和图5所示：基于运算，结合将直线运动转化为旋转运动的回转分度装置，实现精确的角度定位输出；

a.当给定输入量后，控制器根据直线运动与旋转运动的转化关系以及减速比输出脉冲量，从而控制执行机构(即直线运动单元)作直线运动，驱动控制对象(即负载)作回转运动；

b.位置检测装置实时反馈控制对象的位移(即输出量)，控制器根据输出量以及输入量做插补运算，并输出补偿脉冲量，使得控制对象(即负载)精确地回转到指定位置；

现以所述负载顺时针旋转分度为例，说明直线运动与旋转运动的转化关系如下：

如图5所示，假设所述负载的旋转半径为R，负载的回转中心到所述运动转化装置的滚子中心的垂直方向距离为A，滚子半径为r，负载上的接触板摩擦 面与回转半径平行且间距为e，则当负载顺时针旋转角度为φ时，所述运动转化装置从位置P移动至位置Q，移动距离为S，那么可以得出直线运动与旋转运动的转化关系计算公式：

$S=A\×tan\mathrm{\φ}+(1-\frac{1}{cos\mathrm{\φ}})\×(r-e)$

对于插补运算，可假设旋转角度变化量为Δφ，移动距离变化量为ΔS，则两者关系可表达成：

$\mathrm{\Δ}S=A\×tan(\mathrm{\φ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ})+\[1-\frac{1}{cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ})}\]\×(r-e)-A\×tan\left(\mathrm{\φ}\right)-(1-\frac{1}{cos\left(\mathrm{\φ}\right)})\×(r-e)$

优选一：可取r＝e，则直线运动与旋转运动的转化关系计算公式变为：

S＝A×tanφ

插补运算时，变化量关系变为：ΔS＝A×tan(φ+Δφ)-A×tan(φ)。

优选二：可取e＝0，则直线运动与旋转运动的转化关系计算公式变为：

$S=A\×tan\mathrm{\φ}+(1-\frac{1}{cos\mathrm{\φ}})\×r$

插补运算时，变化量关系变为：

$\mathrm{\Δ}S=A\×tan(\mathrm{\φ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ})+\[1-\frac{1}{cos(\mathrm{\φ}+\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ})}\]\×r-A\×tan\left(\mathrm{\φ}\right)-(1-\frac{1}{cos\left(\mathrm{\φ}\right)})\×r$

应该指出的是，所述负载(5)逆时针旋转分度时，直线运动与旋转运动的转化关系计算公式可以类似的得出。

第二实施方式

接着，基于图6对本实用新型的第二实施方式进行说明。

在第一实施方式中，所述负载(5)是依靠圆弧形导轨(4.1)的进行导向的，并且圆弧形导轨还可以起到承载作用，这在垂直回转分度(仰俯分度)或倾斜回转(倾斜角不限)分度场合是有优势的，而在水平回转分度中，转轴的设置， 无论从加工角度还是安装调试角度，都具有明显优势，有鉴于此，在第二实施方式中，增加转轴(4.2)，同时将位置检测装置(6)安装在图6所示的位置二。

根据该第二实施方式，所述负载(5)是依靠转轴(4.2)的进行导向的，圆弧形导轨只是起到承载作用，此种实施方式也能够实现图2、图3、图4以及图5所述的各种结构与功能，保证负载精确地回转到指定位置，同时该回转分度装置可以作为小角度精密微调装置，与其他常规回转台组合后，能够实现360°回转分度。

总之，由于直线驱动(运动)技术比较成熟，本实用新型涉及的分度装置在进行非标设计时优势显著；若直线驱动采用伺服电机+滚珠丝杠形式，则在润滑方面效果更好，当配合电机抱闸时，容易实现机构的锁定。

本实用新型不局限于上述实施例，它可以作为独立的分度装置进行小角度精确分度，也可以作为精密微调机构配合其它常规分度形式实现360度回转分度，凡采用本实用新型已指出的设计方式或者设计思路，均应认为在本实用新型的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置至少包括：基座(1)、直线运动单元(2)、运动转化装置(3)、导向单元(4)、负载(5)、位置检测装置(6)、控制器(7)；

所述直线运动单元(2)至少包括伺服电机(2.1)与直线运动输出接口(2.2)，并安装在所述基座(1)上；

所述运动转化装置(3)与所述直线运动输出接口(2.2)连接，并在直线运动单元(2)的驱动下作直线运动，其运动输出模块(3.1)为滚轮或者滑块；

所述导向单元(4)至少具有起导向作用的圆弧形导轨(4.1)或者转轴(4.2)，并安装在所述基座(1)上；

所述负载(5)为回转分度装置的角度定位输出单元，它在所述导向单元(4)的导向作用下能够作圆周运动，它至少包括一个接触板，接触板与所述运动输出模块(3.1)接触；

所述位置检测装置(6)检测所述负载(5)的位移，并反馈给所述控制器(7)。

2.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述运动转化装置(3)中的运动输出模块(3.1)为滚轮时，其与负载(5)上的接触板的接触形式表现为线接触。

3.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述运动转化装置(3)中的运动输出模块(3.1)为滑块时，其与负载(5)上的接触板的接触形式表现为面接触。

4.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述负载(5)上的接触板包括第一侧接触板(5.1)以及第二侧接触板(5.2)，所述运动转化装置(3)中的运动输出模块(3.1)位于第一侧接触板(5.1)以及第二侧接触板(5.2)之间。

5.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述伺服电机 (2.1)内置编码器，并且具备抱闸功能。

6.根据权利要求1或5所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述伺服电机(2.1)抱闸，使得直线运动输出接口(2.2)以及运动转化装置(3)保持不动，由于所述运动输出模块(3.1)与负载(5)上的接触板的限位关系，负载(5)也被可靠的限位。

7.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述负载(5)的回转运动是由所述直线运动单元(2)的直线运动转化而来的。

8.根据权利要求1或7所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置应用于水平回转分度或倾斜回转分度时，所述负载(5)是在转轴(4.2)的约束下作圆周运动，并且位置检测装置(6)安装在转轴(4.2)附近。

9.根据权利要求1或7所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置应用于垂直回转分度或倾斜回转分度时，该装置不包括转轴(4.2)，所述负载(5)是在圆弧形导轨(4.1)的导向下作圆周运动，并且位置检测装置(6)安装在圆弧形导轨(4.1)附近。

10.根据权利要求1或7所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述回转分度装置作为小角度精密微调装置，当它与其他常规回转台组合后，可以实现360°回转分度。

11.根据权利要求1所述的一种回转分度装置，其特征在于：所述位置检测装置(6)反馈所述负载(5)的位移，所述直线运动单元(2)通过编码器实时反馈当前的直线位移，所述控制器(7)通过对上述的反馈量进行运算，并控制直线运动单元(2)作直线运动，从而带动运动转化装置(3)一并作直线运动，运动转化装置(3)推动负载(5)，在导向单元(4)的导向下，负载(5)旋转到指定角度位置。