CN212536564U - 一种共心摆臂运动结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共心摆臂运动结构，涉及精密器械技术领域。本实用新型包括近端超精密弧轨结构、高强度整体摆臂、高精度气浮支撑结构、驱动结构、多组支撑滚轮结构；高强度整体摆臂用于安装放置各种大型测量设备或精密仪器，实现对共心位置的物体进行各种高精度、高稳定性的运动测量；高强度整体摆臂由支撑滚轮结构进行支撑，并由若干组高精度气浮支撑结构进行气浮升起减小运动阻力，由驱动结构驱动绕心做摆臂运动。本实用新型可以有效摆脱必须中心驱动的限制，在摆臂所绕中心有墙体、其他装置等空间限制下，实现共心摆动，并确保了远端摆动到位以后的高稳定性，并且有效解决了摆动过程中的扭摆问题，实现各种高精度、高稳定性运动测试要求。

Description

一种共心摆臂运动结构

技术领域

本实用新型属于精密器械技术领域，特别是涉及一种共心摆臂运动结构。

背景技术

现有产品摆臂结构都属于中心驱动方式，通过中心驱动力以及长臂连杆的原理来实现摆臂运动，实现传动效果或运输、输送工作。目前市场上以共心驱动的结构比较粗糙、运动精度和结构稳定性比较差，摆臂3米以上的运动精度和稳定性控制都在mm量级已经算很高精度了，实际都只能运动在机械传动、运输等方面使用，无法满足大型精密测量等需要高精度、高稳定性共心转摆的场合使用。而且中心驱动的方式在大型摆臂机构上会需要非常大的驱动力，还容易发生扭摆能问题，在高精度场合使用无法达到理想效果。此外，有的设备工作场合或者测试场合，在摆心处有其他装置，导致共心摆臂结构不能靠中心来驱动，但是又必须精准的绕心运转，那么现有市面上的传统机构装置就更是无能为力。因此针对以上问题，提供一种共心摆臂运动结构具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型提供了一种共心摆臂运动结构，解决了以上问题。

为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：

本实用新型的一种共心摆臂运动结构，包括近端超精密弧轨结构、通过超精密滑动结构与近端超精密弧轨结构弧形滑动相连实现共心摆动的高强度整体摆臂、安装于高强度整体摆臂底部用于减小高强度整体摆臂运动过程中阻力的若干组高精度气浮支撑结构、安装于高强度整体摆臂远端的驱动结构、安装于高强度整体摆臂底部的多组支撑滚轮结构；

所述高强度整体摆臂用于安装放置各种大型测量设备或精密仪器，实现对共心位置的物体进行各种高精度、高稳定性的运动测量；所述高强度整体摆臂由支撑滚轮结构进行支撑，并由若干组高精度气浮支撑结构进行气浮升起减小运动阻力，由驱动结构进行驱动实现高强度整体摆臂高精度的绕心做摆臂运动。

进一步地，所述近端超精密弧轨结构包括弧形底板、安装于弧形底板上与弧形底板共心的超精密弧形滑轨、安装于弧形底板上且位于超精密弧形滑轨两端的限位块、滑动配合于超精密弧形滑轨上的若干高承载滑块，所述高承载滑块上固定安装由以与超精密弧形滑轨共心的用于固定并承载高强度整体摆臂近端部的弧形承载板。

进一步地，所述超精密弧形滑轨的外侧部环绕安装有用于摆动角度实时跟踪和闭环精确控制的高精度圆弧光栅，使摆臂的摆动角度分辨率和精度达到秒级。

进一步地，所述高强度整体摆臂采用一体式直线性的钢结构，侧部开设有减重孔。

进一步地，所述驱动结构包括固定安装于高强度整体摆臂端部的驱动电机、通过联轴器安装于电机输出轴端部支座上的转轮、对称安装于高强度整体摆臂远端底部两侧的驱动轮安装座、对称安装于支座与驱动轮安装座之间的的传动轮支座，所述传动轮支座上转动安装有传动轮，所述驱动轮安装座上安装有驱动轮，所述转轮、传动轮、驱动轮之间通过张紧皮带传动相连。

进一步地，所述驱动电机的外部设置有手轮。

进一步地，各所述高精度气浮支撑结构根据高强度整体摆臂及上部承载部件的整体负重情况进行均布配置，每一所述高精度气浮支撑结构包括对称设置于高强度整体摆臂底部的两安装座以及安装于每一安装座上的两由侧部供气端口供气的气浮垫，两所述安装座之间通过转轴与安装座上的轴承相配合进行连接。

进一步地，所述支撑滚轮结构通过滚轮安装座进行安装，每一所述支撑滚轮结构包括至少两个与近端超精密弧轨结构共心运动的滚轮。

本实用新型相对于现有技术包括有以下有益效果：

1、本实用新型的轨道采用近端精密弧轨，远端3-4米距离驱动摆臂的方式，比起原有中心驱动摆臂的方式，更能适用于圆心被占用，没有中心空间可以利用作为摆臂结构中心驱动的场合。

2、本实用新型的圆弧形轨道的结构方式在大型的高精度使用场合更加合适，因为可以减小驱动力，增加远端稳定性；同时，因为驱动在半径最大处，所以驱动弧长增加，与现有的中心驱动摆臂相比，可以大大提高摆动的分辨能力和精度。

3、本实用新型的高强度整体摆臂在摆动过程中，为了克服装置自身过长过重产生的大摩擦阻力，在底部根据重力分布安排了多个气浮垫，实现摆动过程中不会因为阻力过大产生结构扭摆，20um的气膜对于起到规范轨迹作用的导轨也不会产生过大的变形，从而实现了稳定的转摆；市面上现有的共心大型摆臂机构，因为只靠中心的轴承来支撑，在摆动过程中不可避免的会有较大起伏，对于轴承的负担很大，运动阻力也会大大增加。我们的设计采用气浮，可以使阻力大大减小，大大提高共心摆臂结构的运动效率，降低了因为机械阻力而产生的额外应力，改善了运动的稳定性。

4、本实用新型的高强度整体摆臂在摆动到需要的位置以后，去除浮力，靠大摆臂本身的自重就可以稳稳地定位在需要的位置上，不会有漂移、抖动等因为传统机械传动间隙而产生的不稳定问题，为大型，高精度测试、工装提供了稳定的工作条件。

当然，实施本实用新型的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例的一种共心摆臂运动结构的整体结构示意图；

图2为图1的结构主视图；

图3为图1的结构俯视图；

图4为本实用新型的近端超精密弧轨结构的结构示意图；

图5为图4的结构俯视图；

图6为图4的结构左视图；

图7为本实用新型的驱动结构的结构示意图；

图8为图7的结构主视图；

图9为图7的结构俯视图；

图10为本实用新型高精度气浮支撑结构的结构示意图；

图11为图10的结构主视图；

图12为图10的结构俯视图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-近端超精密弧轨结构，101-高精度圆弧光栅，102-弧形底板，103-超精密弧形滑轨，104-弧形承载板，105-限位块，2-高强度整体摆臂，201-减重孔，3-驱动结构，301-驱动电机，302-手轮，303-驱动轮安装座，304-支座，305-传动轮，3051-传动轮支座，306-张紧皮带，307-转轮，4-驱动轮，5-高精度气浮支撑结构，501-安装座，5011-轴承，502-气浮垫，5021-供气端口，503-转轴，6-支撑滚轮结构。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“近端”、“外侧部”、“底部”、“侧部”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

请参阅图1-12所示，本实用新型的一种共心摆臂运动结构，包括近端超精密弧轨结构1、通过超精密滑动结构与近端超精密弧轨结构1弧形滑动相连实现共心摆动的高强度整体摆臂2、安装于高强度整体摆臂2底部用于减小高强度整体摆臂2运动过程中阻力的三组高精度气浮支撑结构5、安装于高强度整体摆臂2远端的驱动结构3、安装于高强度整体摆臂2底部的多组支撑滚轮结构6；

高强度整体摆臂2用于安装放置各种大型测量设备或精密仪器，其长度为3-4米，实现对共心位置的物体进行各种高精度、高稳定性的运动测量；高强度整体摆臂2由支撑滚轮结构6进行支撑，并由三组高精度气浮支撑结构5进行气浮升起减小运动阻力，由驱动结构3进行驱动实现高强度整体摆臂2高精度的绕心做摆臂运动。

其中，近端超精密弧轨结构1包括弧形底板102、安装于弧形底板102上与弧形底板102共心的超精密弧形滑轨103、安装于弧形底板102上且位于超精密弧形滑轨103两端的限位块105、滑动配合于超精密弧形滑轨103上的三个高承载滑块，高承载滑块上固定安装由以与超精密弧形滑轨103共心的用于固定并承载高强度整体摆臂2近端部的弧形承载板104。

其中，超精密弧形滑轨103的外侧部环绕安装有用于摆动角度实时跟踪和闭环精确控制的高精度圆弧光栅101，使摆臂的摆动角度分辨率和精度达到秒级。

其中，高强度整体摆臂2采用一体式直线性的钢结构，侧部开设有减重孔201。

其中，驱动结构3包括固定安装于高强度整体摆臂2端部的驱动电机301、通过联轴器安装于电机输出轴端部支座304上的转轮307、对称安装于高强度整体摆臂2远端底部两侧的驱动轮安装座303、对称安装于支座304与驱动轮安装座303之间的的传动轮支座3051，传动轮支座3051上转动安装有传动轮305，驱动轮安装座303上安装有驱动轮4，转轮307、传动轮305、驱动轮4之间通过张紧皮带306传动相连。

其中，驱动电机301的外部设置有手轮302。

其中，各高精度气浮支撑结构5根据高强度整体摆臂2及上部承载部件的整体负重情况进行均布配置，每一所述高精度气浮支撑结构5包括对称设置于高强度整体摆臂2底部的两安装座501以及安装于每一安装座501上的两由侧部供气端口5021供气的气浮垫502，两安装座501之间通过转轴503与安装座501上的轴承5011相配合进行连接，各气浮垫502气浮使高强度整体摆臂2抬起20um。

其中，支撑滚轮结构6通过滚轮安装座进行安装，每一支撑滚轮结构6包括至少两个与近端超精密弧轨结构1共心运动的滚轮。

本实用新型的设计思路：采用摆臂远端驱动的方式，在允许操作的空间范围内采用绕心精密弧轨的布置，可以有效摆脱必须中心驱动的限制，可以在摆臂所绕中心有墙体、其他装置等等空间限制条件的情况下，实现共心摆动。而且由于绕心高精度导轨，远端电机驱动，摆臂所需的驱动力会大大降低，从而降低能耗，减小驱动装置的体积和重量。此外，大型摆臂结构在远端稳定性都会大大降低，我们设计的装置巧妙的解决了这一问题，确保了远端摆动到位以后的高稳定性，并且有效解决了摆动过程中的扭摆问题。在本实用新型装置的基础上可以安装放置各种大型测量设备或者精密仪器，实现各种高精度、高稳定性运动测试要求。

本实用新型的工作方法：

首先，以近端超精密弧轨结构1作为整个大摆臂系统的规范轨迹，从而为实现大型摆臂的共心摆动提供了的基础。弧轨上有几个配套的精密滑块，通过滑块安装和连接高强度整体摆臂2；高强度整体摆臂2为一体钢结构，确保了3米长摆臂的刚性，直线性，同时增加了减重孔201，相对减少了整体机构的重量。然后，在大摆臂的远端安装了步进驱动电机和配套的驱动结构，通过电机安装板将驱动电机固定到高强度整体摆臂2的远端，并且通过联轴器与高精度齿轮和支撑滚轮相连接，通过电机输出轴的转动，转化为驱动轮4的滚动，从而驱动大摆臂绕心摆动。为确保摆动角度的精度足够高，我们在近端弧轨的外侧安装了高精度圆弧光栅101，从而实现摆动角度的实时跟踪和闭环精确控制，摆臂的摆动角度分辨率和精度达到秒级。在高强度整体摆臂2的底部，我们根据重力分布模拟，布置了8组气浮块的气浮垫502，利用气浮块通气以后形成浮力，大大减小了摆臂运动过程中的阻力，确保了机构的平稳运动，减小驱动所需的力矩。

本实用新型相对于现有技术包括有如下有益效果：

1、本实用新型的轨道采用近端精密弧轨，远端3-4米距离驱动摆臂的方式，比起原有中心驱动摆臂的方式，更能适用于圆心被占用，没有中心空间可以利用作为摆臂结构中心驱动的场合。

2、本实用新型的圆弧形轨道的结构方式在大型的高精度使用场合更加合适，因为可以减小驱动力，增加远端稳定性；同时，因为驱动在半径最大处，所以驱动弧长增加，与现有的中心驱动摆臂相比，可以大大提高摆动的分辨能力和精度。

3、本实用新型的高强度整体摆臂在摆动过程中，为了克服装置自身过长过重产生的大摩擦阻力，在底部根据重力分布安排了多个气浮垫，实现摆动过程中不会因为阻力过大产生结构扭摆，20um的气膜对于起到规范轨迹作用的导轨也不会产生过大的变形，从而实现了稳定的转摆；市面上现有的共心大型摆臂机构，因为只靠中心的轴承来支撑，在摆动过程中不可避免的会有较大起伏，对于轴承的负担很大，运动阻力也会大大增加。我们的设计采用气浮，可以使阻力大大减小，大大提高共心摆臂结构的运动效率，降低了因为机械阻力而产生的额外应力，改善了运动的稳定性。

4、本实用新型的高强度整体摆臂在摆动到需要的位置以后，去除浮力，靠大摆臂本身的自重就可以稳稳地定位在需要的位置上，不会有漂移、抖动等因为传统机械传动间隙而产生的不稳定问题，为大型，高精度测试、工装提供了稳定的工作条件。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种共心摆臂运动结构，其特征在于，包括近端超精密弧轨结构(1)、通过超精密滑动结构与近端超精密弧轨结构(1)弧形滑动相连实现共心摆动的高强度整体摆臂(2)、安装于高强度整体摆臂(2)底部用于减小高强度整体摆臂(2)运动过程中阻力的若干组高精度气浮支撑结构(5)、安装于高强度整体摆臂(2)远端的驱动结构(3)、安装于高强度整体摆臂(2)底部的多组支撑滚轮结构(6)；

所述高强度整体摆臂(2)用于安装放置各种大型测量设备或精密仪器，实现对共心位置的物体进行各种高精度、高稳定性的运动测量；所述高强度整体摆臂(2)由支撑滚轮结构(6)进行支撑，并由若干组高精度气浮支撑结构(5)进行气浮升起减小运动阻力，由驱动结构(3)进行驱动实现高强度整体摆臂(2)高精度的绕心做摆臂运动。

2.根据权利要求1所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述近端超精密弧轨结构(1)包括弧形底板(102)、安装于弧形底板(102)上与弧形底板(102)共心的超精密弧形滑轨(103)、安装于弧形底板(102)上且位于超精密弧形滑轨(103)两端的限位块(105)、滑动配合于超精密弧形滑轨(103)上的若干高承载滑块，所述高承载滑块上固定安装由以与超精密弧形滑轨(103)共心的用于固定并承载高强度整体摆臂(2)近端部的弧形承载板(104)。

3.根据权利要求2所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述超精密弧形滑轨(103)的外侧部环绕安装有用于摆动角度实时跟踪和闭环精确控制的高精度圆弧光栅(101)，使摆臂的摆动角度分辨率和精度达到秒级。

4.根据权利要求1所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述高强度整体摆臂(2)采用一体式直线性的钢结构，侧部开设有减重孔(201)。

5.根据权利要求1所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述驱动结构(3)包括固定安装于高强度整体摆臂(2)端部的驱动电机(301)、通过联轴器安装于电机输出轴端部支座(304)上的转轮(307)、对称安装于高强度整体摆臂(2)远端底部两侧的驱动轮安装座(303)、对称安装于支座(304)与驱动轮安装座(303)之间的传动轮支座(3051)，所述传动轮支座(3051)上转动安装有传动轮(305)，所述驱动轮安装座(303)上安装有驱动轮(4)，所述转轮(307)、传动轮(305)、驱动轮(4)之间通过张紧皮带(306)传动相连。

6.根据权利要求5所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述驱动电机(301)的外部设置有手轮(302)。

7.根据权利要求1所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，各所述高精度气浮支撑结构(5)根据高强度整体摆臂(2)及上部承载部件的整体负重情况进行均布配置，每一所述高精度气浮支撑结构(5)包括对称设置于高强度整体摆臂(2)底部的两安装座(501)以及安装于每一安装座(501)上的两由侧部供气端口(5021)供气的气浮垫(502)，两所述安装座(501)之间通过转轴(503)与安装座(501)上的轴承(5011)相配合进行连接。

8.根据权利要求1所述的一种共心摆臂运动结构，其特征在于，所述支撑滚轮结构(6)通过滚轮安装座进行安装，每一所述支撑滚轮结构(6)包括至少两个与近端超精密弧轨结构(1)共心运动的滚轮。

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