專利名稱：一種通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)械運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，涉及一種空間多維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，更具體地，涉及一種 實(shí)現(xiàn)空間雙定位的通用轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可用于科學(xué)研究、行業(yè)實(shí)際應(yīng)用中所有需要精確實(shí)現(xiàn)空 間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)的場(chǎng)合。
技術(shù)背景 目前，空間多維轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)有不少設(shè)計(jì)，但這些設(shè)計(jì)都以直觀的弓形結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，其 不足之處主要有(1)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)需要支撐負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，從而影響轉(zhuǎn)動(dòng)精度。(2)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié) 構(gòu)將雙定位的位置都置于多維運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)中，這樣大量的運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)雙定位位置中的負(fù)載造成 損傷，尤其是當(dāng)負(fù)載是精密的儀器時(shí)。圖1中示出了空間多維轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中四種角度的變化。四種角度指(其中入射平面指入射射線Li與軸N形成的平面，反射平面指反射射 線k與軸N形成的平面，底平面內(nèi)角度的初始邊為軸X，坐標(biāo)原點(diǎn)即軸心為0)θ i—入射射線Li在入射平面內(nèi)的角度，即入射射線Li與軸N之間的夾角；ψι~入射射線Li在空間的角度，即入射射線Li在底平面的投影與軸X之間的夾 角；θ r—反射射線k在反射平面內(nèi)的角度，即反射射線k與軸N之間的夾角；φ,~反射射線k在空間的角度，即反射射線k在底平面的投影與軸X之間的夾角。以上四個(gè)角度的變化范圍ei:-90° +90°，入射平面內(nèi)以軸N為界，兩個(gè)象限分別為正負(fù)角度；(Pi:0° 360°，全部在底平面內(nèi)；θΓ:-90° +90°，反射平面內(nèi)以軸N為界，兩個(gè)象限分別為正負(fù)角度；φ/. 0° 360°，全部在底平面內(nèi)。通過上述四個(gè)角度的變化，可以實(shí)現(xiàn)入射射線Li和反射射線Lr在空間的定位，即 (θ,,^·)定位了入射射線Li在空間的位置，(θρ外)定位了反射射線Lr在空間的位置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)圖1所示四種角度的變化的 空間多維轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且為一種易于通用操作的精密結(jié)構(gòu)。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供一種通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征 在于，包括大轉(zhuǎn)臺(tái)，用作所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座，其上承載所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它組成部分并能 帶動(dòng)被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；入射射線載臺(tái)，位于大轉(zhuǎn)臺(tái)上；小轉(zhuǎn)臺(tái)，位于入射射線載臺(tái)上，作為承載裝置并能帶動(dòng)其上的被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；平面架載臺(tái)，位于小轉(zhuǎn)臺(tái)上，其上承載平面架；平面架，位于平面架載臺(tái)上，其上安裝有平面載體；平面載體，通過銷軸安裝在平面架上，用于承載平面物。其中，所述大轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)，用于帶動(dòng)大轉(zhuǎn)臺(tái)及其上的被承載物在平 面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，所述小轉(zhuǎn)臺(tái)上安裝有小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)，用于帶動(dòng)小轉(zhuǎn)臺(tái)及其上的被承載物在平 面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，所述平面架上安裝有俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)，用于帶動(dòng)安裝在平面架上的平面載體 和平面物繞平面架的軸繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，所述平面載體上安裝有投影調(diào)節(jié)電機(jī)，用于帶動(dòng)平面物轉(zhuǎn)動(dòng)。
本實(shí)用新型通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于(1)機(jī)構(gòu)四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)相互獨(dú)立， 每個(gè)都可以繞自身的中心軸實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)動(dòng)；(2)機(jī)構(gòu)四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的四個(gè)中心軸相交于中心 點(diǎn)，并且在四個(gè)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)過程中中心點(diǎn)不變動(dòng)，即無論入射射線與反射射線在空間如何定 位，它們的交匯點(diǎn)在空間始終不變；(3)機(jī)構(gòu)四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)均實(shí)行了依托底座的平面轉(zhuǎn)動(dòng) 方式，沒有架空等增加額外轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較高的轉(zhuǎn)動(dòng)精度；(4)機(jī)構(gòu)通過對(duì)平面 物的四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了入射射線與反射射線的空間雙定位，從而將入射射線與反射射線的發(fā) 生機(jī)構(gòu)“解放”出來，成為可以固定的機(jī)構(gòu)。

圖1是本實(shí)用新型通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)四種角度變化定義圖示；圖2是本實(shí)用新型通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)功能示意圖；圖4是本發(fā)明通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)四種角度的等價(jià)立體幾何圖。圖中，1 :大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)；2 小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)；3 俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)；4 投影調(diào)節(jié)電機(jī)；5 大轉(zhuǎn) 臺(tái)；6 入射射線載臺(tái)；7 小轉(zhuǎn)臺(tái)；8 平面架載臺(tái)；9 平面載體；10 平面架；11 平面物(即 圖1中底平面)；12:入射射線；13:反射射線；14 平面法線(即圖1中軸N) ；11、12、13、14 的交點(diǎn)即為軸心0。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
就本實(shí)用新型所述的通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)做 進(jìn)一步說明。圖2是本實(shí)用新型通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)三維空間結(jié)構(gòu)示意圖。由圖可知，該 通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括大轉(zhuǎn)臺(tái)5，用作所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座，其上承載所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 的其它組成部分并能帶動(dòng)被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其側(cè)面安裝有大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)1 ；入射射線載臺(tái) 6，位于大轉(zhuǎn)臺(tái)上；小轉(zhuǎn)臺(tái)7，位于入射射線載臺(tái)6上，作為承載裝置并能帶動(dòng)其上的被承載 物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，其側(cè)面安裝有小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)2 ；平面架載臺(tái)8，位于小轉(zhuǎn)臺(tái)7上，其上承載平面架 10 ；平面架10，位于平面架載臺(tái)8上，其上安裝有平面載體9，其側(cè)面安裝有俯仰調(diào)節(jié)電機(jī) 3 ；平面載體9，通過銷軸安裝在平面架10上，其上安裝有平面物11，以及投影調(diào)節(jié)電機(jī)4 ；平面物11，位于平面載體9上。結(jié)合圖2和圖3對(duì)通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)功能描述大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)1可以帶動(dòng)大轉(zhuǎn)臺(tái)5上的所有機(jī)構(gòu)(包括2-11的所有機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)如 圖3中所示的XY平面內(nèi)360°轉(zhuǎn)動(dòng)。小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)2可以帶動(dòng)小轉(zhuǎn)臺(tái)7上的所有機(jī)構(gòu)(包括3、7_11所有機(jī)構(gòu))實(shí)現(xiàn)如 圖3中所示的XY平面內(nèi)360°轉(zhuǎn)動(dòng)。俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)3可以帶動(dòng)平面載體9、平面物11繞平面架10的軸實(shí)現(xiàn)繞軸360°
轉(zhuǎn)動(dòng)。 投影調(diào)節(jié)電機(jī)4可以帶動(dòng)平面物11繞平面法線14實(shí)現(xiàn)360°轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，是由圖1所示的原理圖得到的等價(jià)立體幾何圖。圖中φ——入射射線Li與反射射線k之間的夾角。是入射射線Li與反射射線k的相 對(duì)位置；S1——入射射線Li與反射射線Lr所確定的平面；θ——軸N與平面S1之間的夾角；η——軸N在平面S1內(nèi)的投影線；S2——軸N與線η所確定的平面；S3——與軸N相垂直的平面。
(PtH則根據(jù)立體幾何，SN= 1，則有以下關(guān)系式I2 = sec2 θ r+sec2 θ「2sec θ rsec θ iCos θ
I2 =tm20+im20.-2tan6> tan6； COS釣由上述兩式可以得到θ的解析式
COS^ = COS 6J COSg +sin6j sin 碌 COS 釣又由S2和S3的面積相等關(guān)系，可以得到
S2 = ytan Oi tan Or sin φ(S, = -Ih
3 2因?yàn)镾2 = S3,所以
h = ytan Gi tan Or sin φ 其中 則有淨(jìng)=arctan(/z)，從而得到識(shí)的解析式。從以上推導(dǎo)中可以得到，所謂空間雙定位，即指(θ “叭)，(θ 四個(gè)角度的確 定。當(dāng)這四個(gè)角度確定時(shí)，角度識(shí)和θ也就確定了，而這兩個(gè)角度可以在設(shè)計(jì)方案中實(shí)現(xiàn)。 其中大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)1和小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)2的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了φ (入射射線Li與反射射線k的相對(duì)位 置定位)，俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)3的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了 θ，而投影調(diào)節(jié)電機(jī)4的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了φ的絕對(duì)定位 (即圖1中入射射線Li與反射射線k和軸X之間的角度)。反過來，即該設(shè)計(jì)方案的四個(gè)電機(jī)的獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了四個(gè)角度的獨(dú)立確定，從而 實(shí)現(xiàn)了通用空間雙定位。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和替換，這些改進(jìn)和 替換也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求一種通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，包括大轉(zhuǎn)臺(tái)(5)，用作所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的底座，其上承載所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它組成部分并能帶動(dòng)被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；入射射線載臺(tái)(6)，位于大轉(zhuǎn)臺(tái)(5)上；小轉(zhuǎn)臺(tái)(7)，位于入射射線載臺(tái)(6)上，作為承載裝置并能帶動(dòng)其上的被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；平面架載臺(tái)(8)，位于小轉(zhuǎn)臺(tái)(7)上，其上承載平面架(10)；平面架(10)，位于平面架載臺(tái)(8)上，其上安裝有平面載體(9)；平面載體(9)，通過銷軸安裝在平面架(10)上，用于承載平面物(11)。
2.如權(quán)利要求1所述的通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述大轉(zhuǎn)臺(tái)(5)上安裝 有大轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)(1)，用于帶動(dòng)大轉(zhuǎn)臺(tái)(5)及其上的被承載物在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1所述的通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述小轉(zhuǎn)臺(tái)(7)上安裝 有小轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)(2)，用于帶動(dòng)小轉(zhuǎn)臺(tái)(7)及其上的被承載物在平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述平面架(10)上安 裝有俯仰調(diào)節(jié)電機(jī)(3)，用于帶動(dòng)安裝在平面架(10)上的平面載體(9)和平面物(11)繞平 面架(10)的軸繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述平面載體(9)上安 裝有投影調(diào)節(jié)電機(jī)(4)，用于帶動(dòng)平面物(11)轉(zhuǎn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種通用空間雙定位轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括用作機(jī)構(gòu)底座的大轉(zhuǎn)臺(tái)，承載轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的其它組成部分并帶動(dòng)被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；大轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有入射射線載臺(tái)，承載入射射線的發(fā)射裝置；入射射線載臺(tái)上設(shè)有小轉(zhuǎn)臺(tái)，作為承載裝置并帶動(dòng)其上的被承載物進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；小轉(zhuǎn)臺(tái)上設(shè)有平面架載臺(tái)，承載平面架，平面架可繞平面架載臺(tái)的軸轉(zhuǎn)動(dòng)；平面架上裝有平面載體，平面載體可繞其中心在平面架內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)；平面載體上裝有平面物。本實(shí)用新型以上四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，均能實(shí)現(xiàn)相應(yīng)平面內(nèi)或繞軸360°轉(zhuǎn)動(dòng)；四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)均依托底座平面轉(zhuǎn)動(dòng)，沒有增加額外轉(zhuǎn)動(dòng)慣量結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了高轉(zhuǎn)動(dòng)精度；該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)將入射射線與反射射線的發(fā)生機(jī)構(gòu)“解放”出來，成為可以固定的機(jī)構(gòu)。
文檔編號(hào)F16M11/12GK201593671SQ200920350618
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月25日
發(fā)明者劉子龍 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院