專利名稱：一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)按術(shù)領(lǐng)域本實用新型涉及一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)。
技術(shù)背景電機位置姿態(tài)測量常采用兩個光電編碼器和球鉸結(jié)構(gòu)來確定球電機的運動 姿態(tài)，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，球鉸結(jié)構(gòu)在加工時對心比較困難，而且當使用不同的球 轉(zhuǎn)子時，就需要有不同的球鉸結(jié)構(gòu)與之相對應，這對于電機性能的檢測造成了 很大的難度。另外，這類結(jié)構(gòu)只適合兩自由度的球電機，不能用三個自由度的 球電機。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是姿態(tài)角檢測機構(gòu)包括兩 根連桿，兩個光電編碼器、兩塊轉(zhuǎn)動滑塊、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)動滑塊的下端轉(zhuǎn)動連接，兩塊轉(zhuǎn)動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)動滑塊孔滑動連接，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安裝座鉸接連接，另一根連桿的一端與另一個軸 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)。多自由度電機運動姿態(tài)可由電機定子(可電磁定子、超聲波定子)驅(qū)動決 定，通過對定子的控制，可控制球轉(zhuǎn)子的運動速度和轉(zhuǎn)向，通過姿態(tài)檢測機構(gòu) 可編程控制球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向各個方向(表現(xiàn)在球轉(zhuǎn)子輸出軸向各個方向的偏轉(zhuǎn))。在 檢測球轉(zhuǎn)子的運動姿態(tài)上，國外采用球鉸結(jié)構(gòu)和兩光電編碼器組合檢測，可由 于球絞結(jié)構(gòu)實現(xiàn)困難，采用了調(diào)心軸承和連桿的測量結(jié)構(gòu)后，球轉(zhuǎn)子的運動姿 態(tài)角度通過光電編碼器上的轉(zhuǎn)角反映來實現(xiàn)。本實用新型具有的有益效果是-1. 此檢測機構(gòu)可檢測各類性的電機工作位置檢測，提高了檢測機構(gòu)的通用性。2. 此結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)多自由度位置檢測控制。3. 整體結(jié)構(gòu)簡單，加工方便。4.控制檢測精度較高。

圖1是姿態(tài)角檢測機構(gòu)安裝示意圖； 圖2是姿態(tài)角檢測機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是圖2的A-A剖視放大圖；圖4是圖2的姿態(tài)角檢測機構(gòu)中轉(zhuǎn)動連接的B-B剖視圖； 圖5是圖2的C向視圖。圖中a、輸出軸，b、姿態(tài)檢測機構(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、安裝螺釘具體實施方式
如圖l、圖2、圖3、圖4、圖5所示，姿態(tài)角檢測機構(gòu)b包括兩根連桿l、 12，兩個光電編碼器14、 13、兩塊轉(zhuǎn)動滑塊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) 動滑塊2、 11的下端轉(zhuǎn)動連接，安裝塊通過安裝螺釘4、 15安裝固定在電機機 體上，兩塊轉(zhuǎn)動滑塊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)動滑塊2、 ll孔滑動連接，兩根連桿l、 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 個安裝座采用連接銷8鉸接連接(圖4、圖5中表示轉(zhuǎn)動連接的示意圖)，另一根 連桿12的一端與另一個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)。 而對于球鉸的實現(xiàn)，采用了調(diào)心軸承和連桿的測量結(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)(這一平面與四個行波定子組成平面平行)，當輸出 軸在中心位置時(即輸出軸軸線垂直于四個行波定子組成的平面時)，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)動時，調(diào)心軸承 也隨之向外移動并且兩自由度轉(zhuǎn)動，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 滑動，并帶動光電編碼軸回轉(zhuǎn)，同時，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，即球轉(zhuǎn)子運動姿態(tài)變化時，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，采用了上述運動姿態(tài)測量機構(gòu)， 可把球轉(zhuǎn)子姿態(tài)轉(zhuǎn)化為兩個光電編碼器的轉(zhuǎn)角，也把球轉(zhuǎn)子的姿態(tài)轉(zhuǎn)化為測量 機構(gòu)平面內(nèi)調(diào)心軸承中心的位置及其相應運動軌跡,而且在加工上也比較經(jīng)濟可 靠。另外，若球轉(zhuǎn)子的輸出軸連接上光電編碼器，就能實現(xiàn)第三個姿態(tài)角的檢1、 軸承安裝座8和調(diào)心軸承7見圖2、圖4、圖5: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動時在z軸上提供一定的擺動角(擺動角見圖1注)，同時可饒Z軸自轉(zhuǎn)，使得光電編碼器檢測到在水平面(X-Y)上的輸出軸的運動點的位置，實現(xiàn)了多自由度運動方向上的控制。2、 姿態(tài)檢測機構(gòu)運動的實現(xiàn)原理說明球形轉(zhuǎn)子通過行波定子的組合驅(qū)動，可實現(xiàn)多自由度運動，在對球轉(zhuǎn)子輸出的姿態(tài)進行控制時，需要對球轉(zhuǎn)子的運動姿態(tài)進行測量，如圖1、圖2所示，在球形轉(zhuǎn)子安裝輸出柄(超聲波電機的輸出軸)，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)，當輸出柄位于轉(zhuǎn)子正中時(與X 軸線和Y軸線組成平面垂直時)，兩連桿相互垂直，轉(zhuǎn)子姿態(tài)變化時輸出柄可在 調(diào)心軸承中滑動，而調(diào)心軸承則在軸承環(huán)中可各個方向轉(zhuǎn)動，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)動時帶動兩光電編碼器轉(zhuǎn)動，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，實現(xiàn)了多自由度電機位置控 制。3、 使用時將上述兩個為一組的姿態(tài)角檢測機構(gòu)裝在多自由度球形行波型超 聲波電機的輸出軸a中，圖1中c為球轉(zhuǎn)子，d為定子。當電機開始工作時,如電 機轉(zhuǎn)子輸出軸沿X方向擺動角Zxoz= 21度,此時光電編碼器13不工作既無檢測 信號,連桿12在滑塊11中移動即轉(zhuǎn)動角為0度，而光電編碼器14有檢測信號，連 桿1在滑塊2中作移動的同時帶動滑塊轉(zhuǎn)動即轉(zhuǎn)動角Zyox^21度，此時連桿連同 滑塊轉(zhuǎn)過的角度被光電編碼器感應得知電機動作方向，通過控制程序控制,控制 定子工作，從而控制電機在不同方向上的工作運動。同理可檢測其余各方向電機 的工作位置,從而實現(xiàn)對電機的控制。
權(quán)利要求1.一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)，其特征在于姿態(tài)角檢測機構(gòu)(b)包括兩根連桿(1、12)，兩個光電編碼器(14、13)、兩塊轉(zhuǎn)動滑塊(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)動滑塊(2、11)的下端轉(zhuǎn)動連接，兩塊轉(zhuǎn)動滑塊(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)動滑塊(2、11)孔滑動連接，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安裝座(1)鉸接連接，另一根連桿(12)的一端與另一個軸承安裝座(10)固定連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)，其特征在于 所述的兩根連桿(l、 12)與調(diào)心軸承(7)均安裝在同一平面內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種多自由度運動姿態(tài)角檢測機構(gòu)。包括兩根連桿，兩個光電編碼器、兩塊轉(zhuǎn)動滑塊、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)動滑塊的下端轉(zhuǎn)動連接，兩塊轉(zhuǎn)動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)動滑塊孔滑動連接，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安裝座鉸接連接，另一根連桿的一端與另一個軸承安裝座固定連接。可檢測各類性的電機工作位置檢測，提高了檢測機構(gòu)的通用性；此結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)多自由度位置檢測控制；整體結(jié)構(gòu)簡單，加工方便；控制檢測精度較高。
文檔編號G01D5/26GK201034620SQ20062014066
公開日2008年3月12日 申請日期2006年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月4日
發(fā)明者平 傅, 帥光舉, 沈潤杰, 郭吉豐 申請人:浙江大學