專利名稱：全方位空間指向機構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種空間指向裝置，尤其是一種可根據需要受控改變輸出軸空 間指向的全方位空間指向機構。
背景技術：
指向機構是-一類用來確定執(zhí)行構件空間姿態(tài)的機構總稱。它在航天工程應 用領域具有多種用途，例如衛(wèi)星太陽能電池的定日跟蹤指向、星載通信天線 的定位指向、生動性的導彈導引頭姿態(tài)控制機構等，都要求其傳動機構能夠實 現全方位大范圍的空間姿態(tài)定向。作為解決方案，人們至今一直沿用一種兩軸 正交串聯式指向機構，然而這種傳統的指向機構及其傳動機構萬向聯軸器受結 構的制約導致偏擺范圍偏小，難以進行擴展。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現有兩軸指向機構和萬向聯軸器的缺陷， 為航天、通信、交通、機器人、兵器等領域提供一種能夠實現較大偏擺范圍的 全方位空間指向機構。
本發(fā)明的技術解決方案是，所述全方位空間指向機構，參見圖1 2，是在 一底座8上設置一個具有雙軸孔的支架9及架設在支架9上的第一直線電機10 和第二直線電機ll、輸入端球齒輪5和輸出端球齒輪1、輸入端十字環(huán)7和輸 出端十字環(huán)2、筒形系桿4。
所述第--直線電機10通過第一電機球鉸12架設在支架9 一側軸孔上，第 二直線電機11通過第二電機球鉸13設在支架9的另一側軸孔上，該兩電機并 列放置。第一直線電機10的第一直線電機伸出軸101端頭經第一系桿球鉸41 與筒形系桿4連接；第二直線電機輸出軸11的第二直線電機伸出軸111經第二 系桿球鉸42與筒形系桿4連接。
所述輸入端球齒輪5固定在底座8上；所述輸出端球齒輪1與該輸入端球 齒輪5嚙合。
所述輸入端球齒輪5上沿45。方向裝有輸入端球齒輪回轉軸6，該輸入端 球齒輪回轉軸6外接輸入端十字環(huán)7，使輸入端十字環(huán)7可繞所述輸入端球齒輪回轉軸6轉動；使輸入端十字環(huán)7上的輸入端十字環(huán)回轉軸71方向與輸入端 球齒輪回轉軸6垂直，使兩軸軸線的交點與輸入端球齒輪5的球心重合；所述
輸入端十字環(huán)7通過輸入端十字環(huán)回轉軸71與筒形系桿4相連。
所述輸出端球齒輪1上裝有與輸入端球齒輪回轉軸6平行的輸出端球齒輪 回轉軸3，該輸出端球齒輪回轉軸3外接輸出端十字環(huán)2，使輸出端十字環(huán)2 可繞輸出端球齒輪回轉軸3轉動；使輸出端十字環(huán)2上的輸出端十字環(huán)回轉軸 21方向與輸出端球齒輪回轉軸3垂直且與輸入端十字環(huán)回轉軸71平行，使輸 出端十字環(huán)回轉軸21和輸出端球&輪回轉軸3的軸線的交點與輸出端球齒輪1 的球心重合；所述輸出端十字環(huán)2通過輸出端十字環(huán)回轉軸21與筒形系桿4 相連。
以下結合附圖對本發(fā)明做進一步說明
由以上構件構成的本發(fā)明的全方位空間指向機構，如圖l所示，采用--對
球齒輪一一-輸入端球齒輪5和輸出端球齒輪1傳動，利用球齒輪傳動具有360° 全方位偏擺運動的特點，使安裝在輸出端球齒輪1輸出軸上的工作執(zhí)行部件實 現特定的空間指向。理論上該機構可以實現90°的偏擺角度，實際中受結構條 件的限制，偏擺角度可以達到60° 。
該機構驅動部分采用兩個直線電機驅動方式。當第二直線電機11不動，第 一直線電機10的第一直線電機伸出軸101伸縮時，筒形系桿4連同輸入端十字 環(huán)7—起繞輸入端球齒輪回轉軸6旋轉，輸出端球齒輪l隨之轉向；當第一直 線電機10不動，第二直線電機11的第二直線電機伸出軸111伸縮時，筒形系 桿4繞輸入端十字環(huán)問轉軸71旋轉，輸出端球齒輪1亦隨之轉向。若控制兩個 電機按照一定規(guī)律運動，即可控制輸出端球齒輪1輸出軸的空間指向。 該機構具有下述特點
(1 )系桿上的第一系桿球鉸41和第二系桿球鉸42的中心與輸入端球齒輪 5球心的連線成90。角，對稱分布。
(2)輸入端球齒輪5和輸出端球忠輪1分別通過轉動副與對應的輸入端十 字環(huán)7和輸出端十字環(huán)2連接。輸入端十字環(huán)7的中心與球齒輪5的中心重合， 輸出端十字環(huán)2的中心與輸出端球齒輪1的中心重合。
(3 )輸入端十字環(huán)7和輸出端十字環(huán)2分別通過轉動副與筒形系桿4連接，系桿上的第一系桿球鉸41和第二系桿球鉸42的中心與輸入端球齒輪5的球心 在同一平面內，且筒形系桿4在此面上的中心與球心重合。
(4)第…直線電機H)和第二直線電機11分別通過第一電機球鉸12和第 二電機球鉸13與底座9相連。在初始位置，底座9上的第一電機球鉸12和第 二電機球鉸13與筒形系桿4上的第一系桿球鉸41和第二系桿球鉸42等距等高 分布。在初始位置，第一電機球鉸12與第一系桿球鉸41的球心連線、第二電 機球鉸13與第二系桿球鉸42的球心連線均與指向機構的軸線平行。
綜上所述，可見本發(fā)明的全方位空間指向機構是一種基于漸開線環(huán)形齒球 齒輪的指向機構，采用直線電機驅動，同時繼承了萬向節(jié)傳動和漸開線圓柱齒 輪傳動的優(yōu)點，使得全方位連續(xù)偏擺運動的實現成為可能，且該機構具有更大 的姿態(tài)運動范圍，驅動方式簡潔。
本發(fā)明的有益效果是，采用了簡潔的驅動方式，實現了輸出軸較大范圍的 空間指向。該機構可應用于需要較大范圍空間指向且頻繁變換的場合，例如可 用于衛(wèi)星太陽能電池帆板、通信天線定位指向、導彈導引頭指向等設備中，結 構簡単.、效率高、無污染、經濟實用、機動性好。


圖1是本發(fā)明全方位空間指向機構一個具體實施例的結構示意圖； 圖2是拆掉筒形系桿后的全方位空間指向機構的結構示意圖。
圖1 2中的標示為
1— 輸出端球齒輪，
2— 輸出端十字環(huán)， 21—輸出端十字環(huán)回轉軸，
3— —輸出端球齒輪回轉軸，
4— 筒形系桿，
41— 第一系桿球鉸，
42— 第."系桿球奴，
5— ---輸入端球齒輪
6— 輸入端球齒輪回轉軸
7— 輸入端十字環(huán)71—輸入端十字環(huán)回轉軸，
8— 底)豐，
9— 支架，
10— 第一直線電機， 101—第一直線電機伸出軸，
11— --鄰二直線電機，
l丄l一第二直線電機伸出軸，
12— 第一電機球鉸，
13— 第二電機球鉸。
具體實施例方式
參見附圖1 2，本發(fā)明的該實施例取材鋁合金精密鑄制底座8、支架9、 第一直線電機10和第二直線電機11、輸出端球齒輪1和輸入端球齒輪5、輸出 端十字環(huán)2和輸入端十字環(huán)7、筒形系桿4。底座8呈矩形，長125mm，寬108mm， 厚度為lOmm。支架9固定裝在底座8上，高100mm，上方具有兩個軸孔，孔 徑O30mm 。第--直線電機10和第二直線電機11采用型號為35H4K-05-019， 功率為5.7w的海頓直線歩進電機(常州)。第一直線電機10通過第一電機球鉸 12架設在支架9匕其第一直線電機伸出軸101通過第一系桿球鉸41與系桿4 球鉸接；第二n線電機11通過第二電機球鉸13架設在支架9上，其伸出軸111 通過第二系桿球鉸42與筒形系桿4球鉸接，初始位置時兩個電機伸出軸互相平 行。
輸入端球齒輪5固定在底座8上，輸出端球齒輪1與之相嚙合。兩個球齒 輪過球心分別固定互相平行的輸入端球齒輪回轉軸6和輸出端球齒輪回轉軸3， 輸入端球齒輪回轉軸6和輸出端球齒輪回轉軸3外套著輸入端十字環(huán)7和輸出 端十字環(huán)2，輸入端十字環(huán)7和輸出端十字環(huán)2可分別繞輸入端球齒輪回轉軸6 和輸出端球齒輪K'I轉軸3轉動。筒形系桿4通過輸入端十字環(huán)回轉軸71和輸出 端十字環(huán)回轉軸21.架設在輸入端十字環(huán)7和輸出端十字環(huán)2上，筒外徑096mm， 內徑,mm ，長77 mm 。
由此構成的本發(fā)明的全方位空間指向機構經試制試用被證明效果顯著，完 個達到設計要求'.
權利要求
1、一種全方位空間指向機構，其特征在于，它是在一底座(8)上設置一個具有雙軸孔的支架(9)及架設在支架(9)上的第一直線電機(10)和第二直線電機(11)、輸入端球齒輪(5)和輸出端球齒輪(1)、輸入端十字環(huán)(7)和輸出端十字環(huán)(2)、筒形系桿(4)，所述第一直線電機(10)通過第一電機球鉸(12)架設在支架(9)一側軸孔上，第二直線電機(11)通過第二電機球鉸(13)設在支架(9)的另一側軸孔上，該兩電機并列放置，第一直線電機(10)的第一直線電機伸出軸(101)端頭經第一系桿球鉸(41)與筒形系桿(4)連接；第二直線電機輸出軸(11)的第二直線電機伸出軸(111)經第二系桿球鉸(42)與筒形系桿(4)連接，所述輸入端球齒輪(5)固定在底座(8)上；所述輸出端球齒輪(1)與該輸入端球齒輪(5)嚙合，所述輸入端球齒輪(5)上沿45°方向裝有輸入端球齒輪回轉軸(6)，該輸入端球齒輪回轉軸(6)外接輸入端十字環(huán)(7)，使輸入端十字環(huán)(7)可繞所述輸入端球齒輪回轉軸(6)轉動；使輸入端十字環(huán)(7)上的輸入端十字環(huán)回轉軸(71)方向與輸入端球齒輪回轉軸(6)垂直，使兩軸軸線的交點與輸入端球齒輪(5)的球心重合；所述輸入端十字環(huán)(7)通過輸入端十字環(huán)回轉軸(71)與筒形系桿(4)相連，所述輸出端球齒輪(1)上裝有與輸入端球齒輪回轉軸(6)平行的輸出端球齒輪回轉軸(3)，該輸出端球齒輪回轉軸(3)外接輸出端十字環(huán)(2)，使輸出端十字環(huán)(2)可繞輸出端球齒輪回轉軸(3)轉動；使輸出端十字環(huán)(2)上的輸出端十字環(huán)回轉軸(21)方向與輸出端球齒輪回轉軸(3)垂直且與輸入端十字環(huán)回轉軸(71)平行，使輸出端十字環(huán)回轉軸(21)和輸出端球齒輪回轉軸(3)的軸線的交點與輸出端球齒輪(1)的球心重合；所述輸出端十字環(huán)(2)通過輸出端十字環(huán)回轉軸(21)與筒形系桿(4)相連。
全文摘要
一種全方位空間指向機構，是在底座(8)上設一具有雙軸孔的支架(9)及設于其上的第一直線電機(10)和第二直線電機(11)及嚙合的輸入端球齒輪(5)和輸出端球齒輪(1)。輸入端球齒輪(5)上沿裝有輸入端十字環(huán)(7)可繞輸入端球齒輪回轉軸(6)轉動；輸出端球齒輪(1)上裝有輸出端十字環(huán)(2)可繞輸出端球齒輪回轉軸(3)轉動；本發(fā)明是一種基于漸開線環(huán)形齒球齒輪的指向機構，采用簡潔的驅動方式實現了輸出軸較大范圍的空間指向。可應用于衛(wèi)星太陽能電池帆板、通信天線定位指向、導彈導引頭指向等設備中，結構簡單、效率高、無污染、經濟實用、機動性好。
文檔編號G05D1/08GK101598946SQ20091004376
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權日2009年6月26日
發(fā)明者湘 張, 徐小軍, 易聲耀, 強 李, 潘存云, 郭坤州 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學