專利名稱：靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械裝置，特別涉及一種實(shí)現(xiàn)靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)。
背景技術(shù)：
在本實(shí)用新型發(fā)明之前，目前的回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)，是采用串聯(lián)開鏈轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，有結(jié)構(gòu)剛性弱、承載能力小、響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)；如申請(qǐng)?zhí)枮镃N200420060015.9的數(shù)控機(jī)床用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就在于克服上述缺陷，設(shè)計(jì)、研制一種工作空間大且剛度好，并且控制簡(jiǎn)便的新型靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)，其主要技術(shù)特征在于雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)或三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)1、圓錐齒輪4安裝在機(jī)架3上，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)8、系桿5安裝在機(jī)架3上，系桿5上安裝行星齒輪9，行星齒輪9與圓錐齒輪4嚙合，行星齒輪9上安裝工作臺(tái)10，行星齒輪9與工作臺(tái)10構(gòu)成同一個(gè)構(gòu)件；或三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)1、圓錐齒輪4安裝在機(jī)架3上，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)8、系桿5安裝在機(jī)架3上，系桿5上安裝行星齒輪9、圓盤11，行星齒輪9與圓錐齒輪4嚙合，在星齒輪9、圓盤11上安裝隔板13，第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)14、軸12、工作臺(tái)10組成，隔板13上裝電機(jī)14，電機(jī)14連接軸12，軸12連接工作臺(tái)10。
本實(shí)用新型優(yōu)點(diǎn)和效果在于靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角度大、操作空間大、結(jié)構(gòu)占用空間小，消除了嚴(yán)重的機(jī)構(gòu)偶合現(xiàn)象，有利于實(shí)時(shí)控制，廣泛運(yùn)用于加工、測(cè)試、裝配等領(lǐng)域，是工業(yè)生產(chǎn)的重要部件。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，提高效率。


圖1——本實(shí)用新型的雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)原理示意圖。
圖2——本實(shí)用新型運(yùn)動(dòng)關(guān)系示意圖。
圖3——本實(shí)用新型的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)原理示意圖。
圖4——本實(shí)用新型的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)第三組傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5——本實(shí)用新型的三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的第三組傳動(dòng)和工作臺(tái)聯(lián)結(jié)示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1如圖1、圖2所示的雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)1、減速器2、圓錐齒輪4均安裝在機(jī)架3上，電機(jī)1通過減速器2驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪4旋轉(zhuǎn)；第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)8、減速器7、圓錐齒輪6和系桿5均安裝機(jī)架3上，電機(jī)8通過減速器7驅(qū)動(dòng)系桿5旋轉(zhuǎn)，系桿5上安裝行星齒輪9，行星齒輪9和圓錐齒輪4、圓錐齒輪6相嚙合，行星齒輪9上安裝工作臺(tái)10，且行星齒輪9和工作臺(tái)10為同一個(gè)構(gòu)件。增加減速器可在同樣的電機(jī)輸出功率下增加力矩。增加圓錐齒輪6可以增加關(guān)節(jié)的剛性。
動(dòng)坐標(biāo)系O1X1Y1Z1的建立如下以圓錐齒輪4的軸線為Z1軸，圓錐齒輪9的回轉(zhuǎn)軸線為X1軸，Z1軸和X1軸的交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O1，原點(diǎn)O1也是共軛球心C，用右手法則確定Y1軸。
雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)原理如下當(dāng)?shù)诙M傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)8不旋轉(zhuǎn)時(shí)，系桿5靜止，電機(jī)1通過減速器2驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪4旋轉(zhuǎn)，圓錐齒輪4驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪9繞過共軛球心C的坐標(biāo)X1軸旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)谝唤M傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的電機(jī)1不旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)8通過減速器7驅(qū)動(dòng)系桿5旋轉(zhuǎn)，系桿5驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪9做如下的運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖2所示，圓錐齒輪4不旋轉(zhuǎn)，ω9，5為圓錐齒輪9相對(duì)于系桿5的運(yùn)動(dòng)，方向如圖2所示，這時(shí)，圓錐齒輪9的運(yùn)動(dòng)ω9由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成，即繞過共軛球心C的X1軸的ω9，5和繞過共軛球心C的Z1軸的ω5，方向如圖2所示，其中ω5＝ω9，5tanβ2，所以回轉(zhuǎn)構(gòu)件10的轉(zhuǎn)動(dòng)為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成，即繞過共軛球心C的X1軸的ω9，5和繞過共軛球心C的Z1軸的ω5；當(dāng)電機(jī)1、電機(jī)8聯(lián)動(dòng)時(shí)，即第一組、第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)均工作時(shí)，回轉(zhuǎn)構(gòu)件10的轉(zhuǎn)動(dòng)為繞過球心C的X1和Z1軸的空間復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)。
實(shí)施例2
如圖2、圖3、圖4、圖5所示的是三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)1、減速器2、圓錐齒輪4，均安裝在機(jī)架3上；第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)8、減速器7、錐齒輪6、支架5，也均安裝在機(jī)架3上，圓錐齒輪9、圓盤11安裝在支架5上；隔板13包括隔板13-1、隔板13-2，安裝在圓錐齒輪9和圓盤11上，并構(gòu)成同一個(gè)活動(dòng)構(gòu)件；第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)14、減速器15、軸12、工作臺(tái)10，電機(jī)14、減速器15安裝在隔板13-1上，減速器15連接并驅(qū)動(dòng)軸12，從而帶動(dòng)工作臺(tái)10的運(yùn)動(dòng)。
當(dāng)電機(jī)8和電機(jī)14不運(yùn)動(dòng)時(shí)，即第二組、第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)停止工作時(shí)，支架5靜止，電機(jī)1通過減速器2驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪4旋轉(zhuǎn)，圓錐齒輪4驅(qū)動(dòng)圓錐齒輪9產(chǎn)生繞通過共軛球心C的X1軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)10繞共軛球心C的X1軸旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)電機(jī)1和電機(jī)14不旋轉(zhuǎn)時(shí)，即第一組、第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)停止工作時(shí)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系如圖2所示，圓錐齒輪4不旋轉(zhuǎn)，ω9，5為圓錐齒輪9相對(duì)于系桿5的運(yùn)動(dòng)，方向如圖2所示，這時(shí)，圓錐齒輪9的運(yùn)動(dòng)ω9由兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成，即繞過共軛球心C的X1軸的ω9，5和繞過共軛球心C的Z1軸的ω5，方向如圖2所示，其中ω5＝ω9，5tanβ2，所以回轉(zhuǎn)構(gòu)件10的轉(zhuǎn)動(dòng)為兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成，即繞過共軛球心C的X1軸的ω9，5和繞過共軛球心C的Z1軸的ω5；此時(shí)，工作臺(tái)10的回轉(zhuǎn)速度等于圓錐齒輪9的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。
當(dāng)電機(jī)1、電機(jī)8不旋轉(zhuǎn)時(shí)，也即第一組、第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)停止工作時(shí)，電機(jī)14通過減速器15帶動(dòng)軸12繞Y1軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)工作臺(tái)10繞共軛球心C的Y1軸旋轉(zhuǎn)。
當(dāng)電機(jī)1、電機(jī)8、電機(jī)14聯(lián)動(dòng)時(shí)，即第一組、第二組、第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)均工作時(shí)，工作臺(tái)10產(chǎn)生繞過球心C的空間復(fù)合轉(zhuǎn)動(dòng)，工作臺(tái)10的三軸旋轉(zhuǎn)，均繞共軛的球心C。
沒有減速器，則驅(qū)動(dòng)力矩取決于電機(jī)的輸出力矩。有了減速器，則第一、二、三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)就可以在同樣的電機(jī)輸出功率下，增加驅(qū)動(dòng)力矩。
有了隔板13-2，可以增加本實(shí)用新型的剛性。
權(quán)利要求1.靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)，其特征在于雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)或三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)，雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(1)、圓錐齒輪(4)安裝在機(jī)架(3)上，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(8)、系桿(5)安裝在機(jī)架(3)上，系桿(5)上安裝行星齒輪(9)，行星齒輪(9)與圓錐齒輪(4)嚙合，行星齒輪(9)上安裝工作臺(tái)(10)，行星齒輪(9)與工作臺(tái)(10)構(gòu)成同一個(gè)構(gòu)件；或三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(1)、圓錐齒輪(4)安裝在機(jī)架(3)上，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(8)、系桿(5)安裝在機(jī)架(3)上，系桿(5)上安裝行星齒輪(9)、圓盤(11)，行星齒輪(9)與圓錐齒輪(4)嚙合，在星齒輪(9)、圓盤(11)上安裝隔板(13)，第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)(14)、軸(12)、工作臺(tái)(10)組成，隔板(13)上裝電機(jī)(14)，電機(jī)(14)連接軸(12)，軸(12)連接工作臺(tái)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)，其特征在于第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中設(shè)置圓錐齒輪(6)，圓錐齒輪(6)與行星齒輪(9)嚙合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)，其特征在于雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(1)通過減速器(2)與圓錐齒輪(4)連接，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(8)通過減速器(7)與系桿(5)連接；三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)第一組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(1)通過減速器(2)與圓錐齒輪(4)連接，第二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)電機(jī)(8)通過減速器(7)與系桿(5)連接，第三組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電機(jī)(14)通過減速器(15)與軸(12)連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種實(shí)現(xiàn)靈巧回轉(zhuǎn)多軸工作臺(tái)。采用雙自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)結(jié)構(gòu)第一、二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)架上，第二組的電機(jī)、系桿安裝在機(jī)架上，系桿上安裝行星齒輪并與圓錐齒輪嚙合，行星齒輪上安裝工作臺(tái)并構(gòu)成同一個(gè)構(gòu)件；或三自由度轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)第一、二組傳動(dòng)機(jī)構(gòu)均安裝在機(jī)架上，第二組系桿上安裝行星齒輪、圓盤，其上有隔板，行星齒輪與圓錐齒輪嚙合，第三組由電機(jī)、軸、工作臺(tái)組成，隔板上裝電機(jī)并連接軸，軸連接工作臺(tái)。解決了現(xiàn)有串聯(lián)開鏈轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛性弱、承載能力小、速度慢等缺點(diǎn)。具有轉(zhuǎn)動(dòng)角度大、操作空間大、占用空間小，消除了機(jī)構(gòu)偶合現(xiàn)象，有利實(shí)時(shí)控制，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，提高效率。
文檔編號(hào)B23Q1/54GK2871096SQ20062006927
公開日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日
發(fā)明者姜銘, 周建華, 李益民, 李鷺揚(yáng), 宋愛平, 朱永偉, 張帆 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)