專利名稱：多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電機(jī)位置姿態(tài)測(cè)量常采用兩個(gè)光電編碼器和球鉸結(jié)構(gòu)來確定球電機(jī)的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，球鉸結(jié)構(gòu)在加工時(shí)對(duì)心比較困難，而且當(dāng)使用不同的球轉(zhuǎn)子時(shí)，就需要有不同的球鉸結(jié)構(gòu)與之相對(duì)應(yīng)，這對(duì)于電機(jī)性能的檢測(cè)造成了很大的難度。另外，這類結(jié)構(gòu)只適合兩自由度的球電機(jī)，不能用三個(gè)自由度的球電機(jī)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)包括兩根連桿，兩個(gè)光電編碼器、兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊、調(diào)心軸承、軸承安裝座和兩塊安裝底板；兩塊安裝底板的軸承孔中分別裝與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的上端分別裝有光電編碼器，兩根連桿分別與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊孔滑動(dòng)連接，兩根連桿的一端分別與裝有調(diào)心軸承的軸承安裝座成90°連接，其中一根連桿的一端是與軸承一個(gè)安裝座鉸接連接，另一根連桿的一端與另一個(gè)軸承安裝座固定連接。
所述的兩根連桿與調(diào)心軸承均安裝在同一平面內(nèi)。
多自由度電機(jī)運(yùn)動(dòng)姿態(tài)可由電機(jī)定子(可電磁定子、超聲波定子)驅(qū)動(dòng)決定，通過對(duì)定子的控制，可控制球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)速度和轉(zhuǎn)向，通過姿態(tài)檢測(cè)機(jī)構(gòu)可編程控制球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向各個(gè)方向(表現(xiàn)在球轉(zhuǎn)子輸出軸向各個(gè)方向的偏轉(zhuǎn))。在檢測(cè)球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)上，國(guó)外采用球鉸結(jié)構(gòu)和兩光電編碼器組合檢測(cè)，可由于球絞結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)困難，采用了調(diào)心軸承和連桿的測(cè)量結(jié)構(gòu)后，球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角度通過光電編碼器上的轉(zhuǎn)角反映來實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明具有的有益效果是1.此檢測(cè)機(jī)構(gòu)可檢測(cè)各類性的電機(jī)工作位置檢測(cè)，提高了檢測(cè)機(jī)構(gòu)的通用性。
2.此結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多自由度位置檢測(cè)控制。
3.整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便。
4.控制檢測(cè)精度較高。


圖1是姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)安裝示意圖；圖2是姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)動(dòng)連接的一個(gè)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中a、輸出軸，b、姿態(tài)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，c、球轉(zhuǎn)子，d、定子，1、連桿，2、滑塊，3、安裝底板，4、安裝螺孔，5、螺栓，6、螺母，7、調(diào)心軸承，8、軸承安裝座，9、連接銷，10、安裝底板，11、滑塊，12連桿，13、光電編碼器，14、光電編碼器，15、安裝螺釘具體實(shí)施方式
如圖1、圖2、圖3所示，姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)b包括兩根連桿1、12，兩個(gè)光電編碼器14、13、兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊2、11、調(diào)心軸承7、軸承安裝座10和兩塊安裝底板3、10；兩塊安裝底板3、10的軸承孔中分別裝與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊2、11的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，安裝塊通過安裝螺釘4、15安裝固定在電機(jī)機(jī)體上，兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊2、11的上端分別裝有光電編碼器14、13，兩根連桿1、12分別與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊2、11孔滑動(dòng)連接，兩根連桿1、12的一端分別與裝有調(diào)心軸承7的軸承安裝座10成90°連接，其中一根連桿1的一端是與軸承一個(gè)安裝座采用連接銷8鉸接連接(圖3a、圖3b中表示轉(zhuǎn)動(dòng)連接的示意圖)，另一根連桿12的一端與另一個(gè)軸承安裝座采用螺栓5和螺母6固定連接。
所述的兩根連桿1、12與調(diào)心軸承7均安裝在同一平面內(nèi)。
而對(duì)于球鉸的實(shí)現(xiàn)，采用了調(diào)心軸承和連桿的測(cè)量結(jié)構(gòu)，如圖1、圖2所示，在球轉(zhuǎn)子上安裝輸出軸(其軸線通過球心)，輸出軸上裝有能兩自由度回轉(zhuǎn)的調(diào)心軸承，在調(diào)心軸承的軸承座圓環(huán)上與各自光電編碼器相聯(lián)的連桿連接，兩連桿與調(diào)心軸承在同一平面內(nèi)(這一平面與四個(gè)行波定子組成平面平行)，當(dāng)輸出軸在中心位置時(shí)(即輸出軸軸線垂直于四個(gè)行波定子組成的平面時(shí))，兩連桿是互相垂直的，即各連桿中心線與調(diào)心軸承中心相交，球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，調(diào)心軸承也隨之向外移動(dòng)并且兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，其軸承中心仍在兩連桿組成的平面內(nèi)。另外，各連桿與各光電編碼器軸線垂直相交，連桿可在與光電編碼器軸的相交點(diǎn)滑動(dòng)，并帶動(dòng)光電編碼軸回轉(zhuǎn)，同時(shí)，為避免出現(xiàn)冗余自由度，連桿1與調(diào)心軸承座圓環(huán)固連，連桿2與調(diào)心軸承座圓環(huán)鉸接，這樣做，輸出軸偏離中心位置時(shí)，即球轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化時(shí)，連桿1中心線繼續(xù)保持通過調(diào)心軸承中心，而連桿2中心線則不能保證通過調(diào)心軸承中心，采用了上述運(yùn)動(dòng)姿態(tài)測(cè)量機(jī)構(gòu)，可把球轉(zhuǎn)子姿態(tài)轉(zhuǎn)化為兩個(gè)光電編碼器的轉(zhuǎn)角，也把球轉(zhuǎn)子的姿態(tài)轉(zhuǎn)化為測(cè)量機(jī)構(gòu)平面內(nèi)調(diào)心軸承中心的位置及其相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡，而且在加工上也比較經(jīng)濟(jì)可靠。另外，若球轉(zhuǎn)子的輸出軸連接上光電編碼器，就能實(shí)現(xiàn)第三個(gè)姿態(tài)角的檢測(cè)。
1、軸承安裝座8和調(diào)心軸承7見圖2、圖3軸承安裝座除了安裝調(diào)心軸承外，另外還與連桿相連接，它的一邊與連桿用銷鉸連，一邊與連桿用螺栓螺母固連。而調(diào)心軸承為球定子輸出軸作運(yùn)動(dòng)時(shí)在Z軸上提供一定的擺動(dòng)角(擺動(dòng)角見圖1注)，同時(shí)可饒Z軸自轉(zhuǎn)，使得光電編碼器檢測(cè)到在水平面(X-Y)上的輸出軸的運(yùn)動(dòng)點(diǎn)的位置，實(shí)現(xiàn)了多自由度運(yùn)動(dòng)方向上的控制。
2、姿態(tài)檢測(cè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)原理說明球形轉(zhuǎn)子通過行波定子的組合驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)多自由度運(yùn)動(dòng)，在對(duì)球轉(zhuǎn)子輸出的姿態(tài)進(jìn)行控制時(shí)，需要對(duì)球轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量，如圖1、圖2所示，在球形轉(zhuǎn)子安裝輸出柄(超聲波電機(jī)的輸出軸)，輸出柄通過安裝有調(diào)心軸承的軸承座與連桿，軸承安裝座一端固連，另一端鉸接，兩連位于同一平面(X-Y水平面)，當(dāng)輸出柄位于轉(zhuǎn)子正中時(shí)(與X軸線和Y軸線組成平面垂直時(shí))，兩連桿相互垂直，轉(zhuǎn)子姿態(tài)變化時(shí)輸出柄可在調(diào)心軸承中滑動(dòng)，而調(diào)心軸承則在軸承環(huán)中可各個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，與連桿相連的各滑塊分別與光電編碼器連接，球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)兩光電編碼器轉(zhuǎn)動(dòng)，通過幾何關(guān)系可把光電編器的轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換成球形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)了多自由度電機(jī)位置控制。
3、使用時(shí)將上述兩個(gè)為一組的姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)裝在多自由度球形行波型超聲波電機(jī)的輸出軸a中，圖1中c為球轉(zhuǎn)子，d為定子。當(dāng)電機(jī)開始工作時(shí)，如電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出軸沿X方向擺動(dòng)角∠xoz＝21度，此時(shí)光電編碼器13不工作既無檢測(cè)信號(hào)，連桿12在滑塊11中移動(dòng)即轉(zhuǎn)動(dòng)角為0度，而光電編碼器14有檢測(cè)信號(hào)，連桿1在滑塊2中作移動(dòng)的同時(shí)帶動(dòng)滑塊轉(zhuǎn)動(dòng)即轉(zhuǎn)動(dòng)角∠yox＝21度，此時(shí)連桿連同滑塊轉(zhuǎn)過的角度被光電編碼器感應(yīng)得知電機(jī)動(dòng)作方向，通過控制程序控制，控制定子工作，從而控制電機(jī)在不同方向上的工作運(yùn)動(dòng)。同理可檢測(cè)其余各方向電機(jī)的工作位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制。
權(quán)利要求
1.多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其特征在于姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)(b)包括兩根連桿(1、12)，兩個(gè)光電編碼器(14、13)、兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊(2、11)、調(diào)心軸承(7)、軸承安裝座(10)和兩塊安裝底板(3、10)；兩塊安裝底板(3、10)的軸承孔中分別裝與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊(2、11)的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊(2、11)的上端分別裝有光電編碼器(14、13)，兩根連桿(1、12)分別與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊(2、11)孔滑動(dòng)連接，兩根連桿(1、12)的一端分別與裝有調(diào)心軸承(7)的軸承安裝座(10)成90°連接，其中一根連桿(1)的一端是與軸承一個(gè)安裝座(1)鉸接連接，另一根連桿(12)的一端與另一個(gè)軸承安裝座(10)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的兩根連桿(1、12)與調(diào)心軸承(7)均安裝在同一平面內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多自由度運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角檢測(cè)機(jī)構(gòu)。包括兩根連桿，兩個(gè)光電編碼器、兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊、調(diào)心軸承、軸承安裝座和兩塊安裝底板；兩塊安裝底板的軸承孔中分別裝與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的下端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，兩塊轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊的上端分別裝有光電編碼器，兩根連桿分別與各自的轉(zhuǎn)動(dòng)滑塊孔滑動(dòng)連接，兩根連桿的一端分別與裝有調(diào)心軸承的軸承安裝座成90°連接，其中一根連桿的一端是與軸承一個(gè)安裝座鉸接連接，另一根連桿的一端與另一個(gè)軸承安裝座固定連接?？蓹z測(cè)各類性的電機(jī)工作位置檢測(cè)，提高了檢測(cè)機(jī)構(gòu)的通用性；此結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)多自由度位置檢測(cè)控制；整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便；控制檢測(cè)精度較高。
文檔編號(hào)G01D5/12GK1971217SQ200610155010
公開日2007年5月30日 申請(qǐng)日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者帥光舉, 郭吉豐, 沈潤(rùn)杰, 傅平 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)