CN218728334U - 一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，涉及赤道仪技术领域，包括：赤道仪壳体，赤经轴谐波减速器，赤纬轴谐波减速器，赤经轴伺服电机，赤经轴伺服电机；赤经轴伺服电机和赤纬轴伺服电机的法兰轴与谐波减速器刚性直连，避免在电机和谐波减速器间使用同步带或行星齿轮减速器带来的背隙和抖动问题，减少了赤道仪的重量和维护工作，并利用伺服电机的位置编码器提高了赤道仪运行精度。

Description

一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪

技术领域

本实用新型涉及赤道仪技术领域，特别是涉及一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪。

背景技术

在将望远镜应用于天文观测和天文摄影时，为克服地球自转对观测和拍摄的影响，赤道仪被设计用于驱动望远镜跟踪因地球自转产生相对运动的天体。赤道仪在跟踪天体运行时处于24小时转一周的极低运行速度，因此驱动电机的输入转速常需要通过较高的减速比降低至低转速。由于传统赤道仪多采用蜗轮蜗杆或行星齿轮作为主要减速器，导致赤道仪存在结构重量较大不利于携带、齿轮啮合面中存在较大背隙导致需要额外结构进行补偿等缺点。利用谐波减速器存在低背隙、可承受扭矩较高的优点，近年来谐波减速器逐渐被应用于赤道仪中作为主要减速器。

谐波减速器由于其传动结构特点导致减速比相比蜗轮蜗杆较小，常见的谐波减速器的减速比为1:100,较少能达到传统赤道仪所需的1:300减速比以上，市面现有技术的谐波减速器赤道仪中均需要在驱动电机和谐波减速器间增加行星齿轮减速器或同步带提高进一步提高减速比。而行星齿轮减速器或同步带又引入了背隙和抖动的问题，导致赤道仪无法充分发挥采用谐波减速器带来的低背隙优点。另外现有技术较多采用的同步带因长时间受力老化还需要额外的定期维护更换，给赤道仪的使用带来了不便。

为进一步提高赤道仪的减速比，目前市面上的谐波减速器赤道仪均采用步进电机作为驱动电机。步进电机通过电机驱动器控制对电机的每步转动进行进一步的细分，例如将单个整步划分为128步进行细分控制。虽然步进电机经驱动器细分控制可以提高减速比，但驱动器细分控制导致步进电机的扭矩下降明显，限制了输入至谐波减速器的扭矩，导致赤道仪的负载受限，无法负载较重的望远镜设备等。

因此，市面上急需一种新型的谐波减速器赤道仪，用于解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，采用伺服电机作为驱动电机，电机的法兰轴直接连接谐波减速器，依靠伺服电机的位置编码器实现了赤道仪转动所需的低速运行精度，避免了使用行星齿轮减速器或同步带等额外的减速器，使得赤道仪传动机构的背隙相对市面现有技术控制在极低水平，赤道仪所需的零件数和维护成本大大降低，并且伺服电机具备的高扭矩输出特点提高了赤道仪的负载能力。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

本实用新型公开了一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，包括：

赤道仪壳体，所属赤道仪壳体包括前腔体和后腔体，所述前腔体和后腔体之间设有赤经轴伺服电机安装端面，所述赤道仪前腔体内设有赤纬轴伺服电机安装端面，所述赤道仪壳体的前腔体上部设有赤纬轴谐波减速器安装端面，所述赤道仪壳体的后腔体侧面设有赤经轴谐波减速器安装端面；

赤经轴谐波减速器，所述赤经轴谐波减速器固定于所述赤经轴谐波减速器安装端面上；

赤经轴伺服电机，所述赤经轴伺服电机包括赤经轴法兰轴，赤经轴无刷直流电机和赤经轴电机驱动板，所述赤经轴电机驱动板包括赤经轴位置编码器，所述赤经轴电机驱动板固定于所述赤经轴无刷直流电机的底部，所述赤经轴法兰轴固定于所述赤经轴无刷直流电机的顶部；所述赤经轴伺服电机固定于赤经轴伺服电机安装端面，所述赤经轴法兰轴与赤经轴谐波减速器直接相连；

赤纬轴谐波减速器，所述赤纬轴谐波减速器固定于所述赤纬轴谐波减速器安装端面上；

赤纬轴伺服电机，所述赤纬轴伺服电机包括赤纬轴法兰轴，赤纬轴无刷直流电机和赤纬轴电机驱动板，所述赤纬轴电机驱动板包括赤纬轴位置编码器，所述赤纬轴电机驱动板固定于所述赤纬轴无刷直流电机的底部，所述赤纬轴法兰轴固定于所述赤纬轴无刷直流电机的顶部；所述赤纬轴伺服电机固定于赤纬轴伺服电机安装端面；所述赤纬轴法兰轴与赤纬轴谐波减速器直接相连。

本实用新型的有益效果是：

1.伺服电机与谐波减速器通过法兰轴刚性直连，避免了在电机和谐波减速机间连接同步带或行星齿轮减速器机构带来的背隙误差和维护工作。2.伺服电机通过位置编码器监测并修正电机运行时的速度和位置误差，替代了使用同步带或行星齿轮减速器增加减速比才能实现赤道仪转动所需的速度、位置精度，简化了结构并提高了设备的可靠性；3.伺服电机在赤道仪运行的转速范围内可保持恒定的扭矩输出，避免了市面现有技术采用步进电机存在的驱动器细分控制导致的扭矩下降和在高负载下的失步问题，提高了赤道仪的负载能力。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，还包括赤纬轴伺服电机固定底座，所述赤纬轴伺服电机固定在所述赤纬轴伺服电机固定底座上，所述赤纬轴伺服电机固定底座固定在赤纬轴伺服电机安装端面上。

采用上述进一步的有益效果是，固定底座安装可以减少电机安装位置至谐波减速机的距离，缩短了法兰轴的长度，避免了长轴转动时产生的抖动问题；当壳体为圆柱体时，通过调整固定底座的尺寸使圆柱形的电机可居中安装在壳体内部，提高了壳体的内部空间利用率。

进一步，还包括赤道仪控制板，所述赤道仪壳体的前腔体侧面设有赤道仪控制板安装端面，所述赤道仪控制板固定于所述赤道仪控制板安装端面，所需赤道仪控制板与所述赤纬轴伺服电机和赤经轴伺服电机的驱动板电连接。

采用上述进一步的有益效果是:赤道仪控制所需的控制板与伺服电机连接的供电、通讯电缆可集中在赤道仪壳体内部，避免了控制器单独外置所需的外部接线和赤道仪转动时产生的电缆缠绕问题，方便赤道仪携带和使用。

进一步，还包括赤经轴刹车装置和中间肋板，所述赤道仪壳体的后腔体内设有中间肋板安装面，所述赤经轴刹车装置包括制动盘和制动机构，所述中间肋板位于所述赤经轴伺服电机和所述赤经轴谐波减速器之间，所述赤经轴刹车装置固定于所述中间肋板上，所述中间肋板固定在所述中间肋板安装面上，所述赤经轴伺服电机的法兰轴穿过所述制动盘上的轴孔，与所述制动盘通过连接螺丝固定。

采用上述进一步的有益效果是:赤道仪断电时，刹车装置因失电对赤经轴进行制动，避免电机因断电失去扭矩，赤经轴负载受重力转动导致失控、碰撞问题。同时刹车装置利用了谐波减速器内部的空间，避免常见刹车安装方式在电机底部导致的尺寸增大问题。

附图说明

图1为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪立体结构示意图。

图2为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪侧视结构示意图。

图3为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪侧视剖面图。

图4为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤道仪壳体立体结构示意图1。

图5为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤道仪壳体立体结构示意图2。

图6为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤经轴伺服电机连接关系图。

图7为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤纬轴伺服电机连接关系图。

图8为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤经轴伺服电机的拆开立体结构示意图。

图9为本实用新型一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪赤纬轴伺服电机的拆开立体结构示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1-赤道仪壳体；101-赤经轴伺服电机安装端面；102-赤纬轴伺服电机安装端面；103-赤纬轴谐波减速器安装端面；104-赤经轴谐波减速器安装端面；105-中间肋板安装面；106-赤道仪控制板安装端面；2-赤经轴谐波减速器；3-赤纬轴谐波减速器；4-赤经轴伺服电机；401-赤经轴法兰轴；402-赤经轴无刷直流电机；403-赤经轴电机驱动板；404-赤经轴位置编码器；5-赤纬轴伺服电机；501-赤纬轴法兰轴；502-赤纬轴无刷直流电机；503-赤纬轴电机驱动板；504-赤纬轴位置编码器；6-赤纬轴伺服电机固定底座；7-赤经轴刹车装置；8-中间肋板；9-赤道仪控制板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1-9所示，一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，包括：

赤道仪壳体-1，如图4和图5，赤道仪壳体1分为前腔体和后腔体，前腔体和后腔体这件设有赤经轴伺服电机安装端面101；在赤道仪壳体1的后腔体最外侧的为赤经轴谐波减速器安装端面104，中间肋板安装面105则位于赤经轴伺服电机安装端面101和赤经轴谐波减速器安装端面104之间；在赤道仪壳体1的前腔体上部设有赤纬轴谐波减速器安装端面103；如图3和图5，赤道仪控制板9通过螺丝固定于赤道仪壳体1前腔体的外侧赤道仪控制板安装端面106上，并与赤经轴电机驱动板403、赤纬轴电机驱动板503和赤经轴刹车装置7通过电缆连接，电缆均处于赤道仪壳体1的内部。

如图8，赤经轴伺服电机4主要由赤经轴法兰轴401、赤经轴无刷直流电机402和赤经轴电机驱动板403组成，其中赤经轴位置编码器404为电子元件通过焊接固定在赤经轴电机驱动板403上，并位于赤经轴电机驱动板403靠近赤经轴无刷直流电机402的一侧；赤经轴法兰轴401通过螺丝固定在赤经轴无刷直流电机402的顶部（即图8图示方向的左侧），一同组成了赤经轴伺服电机4的转动部分；赤经轴无刷直流电机402的底部（即图8图示方向的右侧）与赤经轴电机驱动板403通过螺丝连接在一起后通过螺丝固定在赤经轴伺服电机安装端面101上。

如图6，赤经轴法兰轴401从赤经轴刹车装置7的轴孔中穿过，并通过螺丝与赤经轴刹车装置7中的制动盘固定在一起，制动盘将随赤经轴法兰轴401同时转动，赤经轴刹车装置7中的制动机构则作为静止部分，通过螺丝固定在中间肋板8上；中间肋板8通过螺丝固定在中间肋板安装面105上；赤经轴法兰轴401与赤经轴谐波减速器2的输入端通过螺丝或平键直连固定在一起。

如图1和图2，赤经轴谐波减速器2通过螺丝固定在赤道仪壳体1的赤经轴伺服电机安装端面102上；当赤经轴无刷直流电机402转动时，将通过赤经轴法兰轴401带动赤经轴谐波减速器2的输入端一同转动，此时赤经轴刹车装置7在赤道仪控制板9输入的控制信号下处于取消制动状态；当控制板电源中断时，赤经轴刹车装置7由于失去控制信号，制动盘将在制动机构弹簧的驱动下进行摩擦制动，对赤经轴法兰轴401和与其固定连接的赤经轴无刷直流电机402进行制动，实现断电情况下对赤经轴谐波减速器2输出端的制动功能，防止连接与赤经轴谐波减速器2的负载发生意外转动或碰撞。

如图9，赤纬轴伺服电机5主要由赤纬轴法兰轴501、赤纬轴无刷直流电机502和赤纬轴电机驱动板503组成，其中赤纬轴位置编码器504为电子元件通过焊接固定在赤纬轴电机驱动板503上，并位于赤纬轴电机驱动板503靠近赤纬轴无刷直流电机502的一侧；赤纬轴法兰轴501通过螺丝固定在赤纬轴无刷直流电机502的顶部（即图9图示方向的左侧），一同组成了赤纬轴伺服电机5的转动部分；如图7，赤纬轴无刷直流电机502的底部（即图9图示方向的右侧）与赤纬轴电机驱动板503通过螺丝连接在一起后固定在赤纬轴伺服电机固定底座6上，然后如图3和图5所示，赤纬轴伺服电机固定底座6通过螺丝固定在赤道仪壳体1前腔体的下部的赤纬轴伺服电机安装端面102上。

如图1和图2，赤纬轴谐波减速器3通过螺丝固定在赤道仪壳体1的赤纬轴谐波减速器安装端面103上；如图7，赤纬轴法兰轴501与赤纬轴谐波减速器3的输入端通过螺丝或平键直连固定在一起；当赤纬轴无刷直流电机502转动时，将通过赤纬轴法兰轴501带动赤纬轴谐波减速器3的输入端一同转动。

在赤经轴无刷直流电机402和赤纬轴无刷直流电机502的转动部分转动时，位于两个电机底部的赤经轴电机驱动板403和赤纬轴电机驱动板503上的位置编码器将持续检测转动部分的实际转动速度和位置信息，并将信息反馈至赤道仪控制板9内置的跟踪程序；赤道仪控制板9内置的跟踪程序将对比设定参数与赤经轴和赤纬轴的实际转动速度和位置，计算出偏差值，并根据偏差值调整赤经轴无刷直流电机402和赤纬轴无刷直流电机502的运行参数，使赤道仪运行在所需的低转速和与星空天体的相对角度位置。

因赤道仪控制板9所连接的电缆处于赤道仪壳体1的内部，且与电缆存在连接的赤经轴电机驱动板403、赤纬轴电机驱动板503和赤经轴刹车装置7均与赤道仪壳体1相对静止，从而避免电缆在运行的过程中发生缠绕问题。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，其特征在于：

赤道仪壳体，所属赤道仪壳体包括前腔体和后腔体，所述前腔体和后腔体之间设有赤经轴伺服电机安装端面，所述赤道仪前腔体内设有赤纬轴伺服电机安装端面，所述赤道仪壳体的前腔体上部设有赤纬轴谐波减速器安装端面，所述赤道仪壳体的后腔体侧面设有赤经轴谐波减速器安装端面；

赤经轴谐波减速器，所述赤经轴谐波减速器固定于所述赤经轴谐波减速器安装端面上；

赤经轴伺服电机，所述赤经轴伺服电机包括赤经轴法兰轴，赤经轴无刷直流电机和赤经轴电机驱动板，所述赤经轴电机驱动板包括赤经轴位置编码器，所述赤经轴电机驱动板固定于所述赤经轴无刷直流电机的底部，所述赤经轴法兰轴固定于所述赤经轴无刷直流电机的顶部；所述赤经轴伺服电机固定于赤经轴伺服电机安装端面，所述赤经轴法兰轴与赤经轴谐波减速器直接相连；

赤纬轴谐波减速器，所述赤纬轴谐波减速器固定于所述赤纬轴谐波减速器安装端面上；

赤纬轴伺服电机，所述赤纬轴伺服电机包括赤纬轴法兰轴，赤纬轴无刷直流电机和赤纬轴电机驱动板，所述赤纬轴电机驱动板包括赤纬轴位置编码器，所述赤纬轴电机驱动板固定于所述赤纬轴无刷直流电机的底部，所述赤纬轴法兰轴固定于所述赤纬轴无刷直流电机的顶部；所述赤纬轴伺服电机固定于赤纬轴伺服电机安装端面；所述赤纬轴法兰轴与赤纬轴谐波减速器直接相连。

2.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，其特征在于，还包括赤纬轴伺服电机固定底座，所述赤纬轴伺服电机固定在所述赤纬轴伺服电机固定底座上，所述赤纬轴伺服电机固定底座固定在赤纬轴伺服电机安装端面上。

3.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，其特征在于，还包括赤经轴刹车装置和中间肋板，所述赤道仪壳体的后腔体内设有中间肋板安装面，所述赤经轴刹车装置包括制动盘和制动机构，所述中间肋板位于所述赤经轴伺服电机和所述赤经轴谐波减速器之间，所述赤经轴刹车装置固定于所述中间肋板上，所述中间肋板固定在所述中间肋板安装面上，所述赤经轴伺服电机的法兰轴穿过所述制动盘上的轴孔，与所述制动盘通过连接螺丝固定。

4.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动的谐波减速器赤道仪，其特征在于，还包括赤道仪控制板，所述赤道仪壳体的前腔体侧面设有赤道仪控制板安装端面，所述赤道仪控制板固定于所述赤道仪控制板安装端面。

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