三自由度远心汇交式重载姿态调整机构的制作方法
【专利摘要】三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，它涉及一种姿态调整机构，以解决传统机构在抓取过程中，重心移位产生重心力矩，导致电机负担增加的问题。轴向旋转驱动机构、翻转驱动机构、俯仰驱动机构和抓取平台由上至下依次设置，两个主动齿轮分别与相应的纵向半圆轮齿啮合，四个翻转移动滑块与相应的横向半圆轨道滑动连接，翻转齿轮与横向半圆轮齿啮合，翻转齿轮和横向半圆轮齿的啮合方向与主动齿轮和纵向半圆轮齿的啮合方向垂直，四个翻转移动滑块与相应的横向半圆轨道滑动连接，翻转移动滑块的滑动方向与俯仰移动滑块的滑动方向垂直，转动轴与凹形板连接。本发明用于大型机械结构中高温、高压、强电流等极限条件下对其零部件进行维护和姿态调整。
【专利说明】三自由度远心汇交式重载姿态调整机构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种姿态调整机构，具体涉及一种三自由度远心汇交式重载姿态调整机构。
【背景技术】
[0002]目前，大型机械结构在工业工程中应用非常广泛，而此种机构常常伴随着很多极限条件，例如高温、高压、强电流等，故在对其进行维护姿态调整时就会产生很多的难题。例如在国际热核聚变实验堆装置中，真空室包层模块的维护、更换等作业任务，这些维护姿态调整任务不但要求此机构具有超强的带负载能力，而且还要求机构具有非常高的位形控制精度和紧凑的结构尺寸，目前现有的姿态调整设备为机械爪结构，此种设备抓取工件时工件的重心会发生移位，导致产生重力力矩，增加设备电机的负担，而且结构不够紧凑。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为解决传统机构在抓取过程中，重心的移位会产生的重心力矩，导致电机负担增加、载重量减小以及结构不紧凑的问题，而提供一种三自由度远心汇交式重载姿态调整机构。
[0004]本发明的三自由度远心汇交式重载姿态调整机构包括抓取平台、俯仰驱动机构、翻转驱动机构、轴向旋转驱动机构，所述抓取平台包括基板、平台电机、主动带轮、皮带、被动带轮、丝杠、正旋丝杠螺母、逆旋丝杠螺母、两个抓取爪平台、两个纵向半圆板和两个纵向半圆轮齿，平台电机固装在基板上，主动带轮安装在平台电机的输出轴上，主动带轮通过皮带与被动带轮连接，被动带轮安装在丝杠的输入端上，正旋丝杠螺母和逆旋丝杠螺母均安装在丝杠的输出端上，正旋丝杠螺母与逆旋丝杠螺母之间的最小间距为20mm，正旋丝杠螺母的下端和逆旋丝杠螺母的下端均固装有一个抓取爪平台，两个纵向半圆轮齿与丝杠平行设置，且两个纵向半圆轮齿对称设置在基板的两侧边，两个纵向半圆板对称设置在两个纵向半圆轮齿的外侧，每个纵向半圆板上沿圆弧内侧设有滑道，所述俯仰驱动机构包括长方框架、驱动电机、摆线减速器、横向半圆轮齿、两个次摆线减速器、两个主动齿轮、四个俯仰移动滑块和两个横向半圆轨道，驱动电机固装在长方框架内，摆线减速器的输入端与驱动电机的输出端连接，两个次摆线减速器对称设置在摆线减速器输出端的两侧，两个次摆线减速器分别与摆线减速器的输出端连接，每个次摆线减速器的输出轴上安装一个主动齿轮，长方框架的两个外侧上各设置有两个俯仰移动滑块，同侧的两个俯仰移动滑块沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块与相应的纵向半圆板上的滑道配合连接，两个横向半圆轨道对称设置在驱动电机和减速器的外侧，横向半圆轮齿设置在驱动电机与横向半圆轨道之间，所述翻转驱动机构包括凹形板、翻转电机、翻转减速器、减速器固定板、翻转齿轮和四个翻转移动滑块，凹形板的开口朝下设置，翻转电机固装在凹形板内，翻转减速器的输入端与翻转电机的输出端连接，翻转减速器固装在减速器固定板上，减速器固定板固装在凹形板内，翻转齿轮安装在翻转减速器的输出轴上，凹形板的两个腿外侧上各设置有两个翻转移动滑块，同侧的两个翻转移动滑块沿同一圆周布置，所述轴向旋转驱动机构包括长方筒、竖向转动电机、竖向转动减速器、转动轴、第一圆锥滚子轴承、第二圆锥滚子轴承，转动轴的两端分别通过第一圆锥滚子轴承和第二圆锥滚子轴承支撑在长方筒内，转动轴的输入端通过竖向转动减速器与竖向转动电机的输出端连接，轴向旋转驱动机构、翻转驱动机构、俯仰驱动机构和抓取平台由上至下依次设置，两个主动齿轮分别与相应的纵向半圆轮齿啮合，四个翻转移动滑块与相应的横向半圆轨道滑动连接，翻转齿轮与横向半圆轮齿啮合，翻转齿轮和横向半圆轮齿的哨合方向与主动齿轮和纵向半圆轮齿的哨合方向相垂直，四个翻转移动滑块与相应的横向半圆轨道滑动连接，翻转移动滑块的滑动方向与俯仰移动滑块的滑动方向相垂直，转动轴的下端与凹形板连接。
[0005]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0006]一、本发明采用两对弧形导轨正交放置，可以使三个旋转运动的中心交于一点，并且这一点正好为抓取的模块重心位置，相对于三轴非正交于一点的机构，调整位置时可以保证旋转中心不变，抓取过程中不会产生重心力矩，从而减轻电机负担，这样调整速度快，便于控制，并且使结构更加紧凑、简洁。当维护操作姿态调整机构面对维护要求超高负载、超高位形精度和紧凑的结构时，本发明能够满足要求。
[0007]二、本发明的远心交汇的机构设置可以使重心在抓取过程中不会产生重心力矩，使得电机驱动仅需要输出较小的功率就可以带动包层模块的调整。
[0008]三、本发明具有载重量大的特点，载重量可达500kg?1000kg。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是本发明的整体结构立体图；
[0010]图2是抓取平台I的整体结构立体图；
[0011]图3是仰驱动机构2的整体结构立体图；
[0012]图4是翻转驱动机构3和轴向旋转驱动机构4的整体结构立体图。
【具体实施方式】
[0013]【具体实施方式】一:结合图1?图4说明本实施方式，本实施方式包括抓取平台1、俯仰驱动机构2、翻转驱动机构3、轴向旋转驱动机构4，所述抓取平台I包括基板5、平台电机11、主动带轮12、皮带13、被动带轮14、丝杠15、正旋丝杠螺母16、逆旋丝杠螺母17、两个抓取爪平台18、两个纵向半圆板19和两个纵向半圆轮齿10,平台电机11固装在基板5上，主动带轮12安装在平台电机11的输出轴上，主动带轮12通过皮带13与被动带轮14连接，被动带轮14安装在丝杠15的输入端上，正旋丝杠螺母16和逆旋丝杠螺母17均安装在丝杠15的输出端上，正旋丝杠螺母16与逆旋丝杠螺母17之间的最小间距为20mm，正旋丝杠螺母16的下端和逆旋丝杠螺母17的下端均固装有一个抓取爪平台18，两个抓取爪平台18分别在正旋丝杠螺母16和逆旋丝杠螺母17的带动下相对或相反的方向运动，两个纵向半圆轮齿10与丝杠15平行设置，且两个纵向半圆轮齿10对称设置在基板5的两侧边，两个纵向半圆板19对称设置在两个纵向半圆轮齿10的外侧,每个纵向半圆板19上沿圆弧内侧设有滑道19-1，所述俯仰驱动机构2包括长方框架21、驱动电机22、摆线减速器23、横向半圆轮齿28、两个次摆线减速器24、两个主动齿轮25、四个俯仰移动滑块26和两个横向半圆轨道27，驱动电机22固装在长方框架21内，摆线减速器23的输入端与驱动电机22的输出端连接，两个次摆线减速器24对称设置在摆线减速器23输出端的两侧，两个次摆线减速器24分别与摆线减速器23的输出端连接，每个次摆线减速器24的输出轴上安装一个主动齿轮25，长方框架21的两个外侧上各设置有两个俯仰移动滑块26，每个俯仰移动滑块26与长方框架21固定连接，同侧的两个俯仰移动滑块26沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块26与相应的纵向半圆板19上的滑道19-1配合连接，两个横向半圆轨道27对称设置在驱动电机22和减速器24的外侧，横向半圆轮齿28设置在驱动电机22与横向半圆轨道27之间，摆线减速器23和次摆线减速器24都承担了大部分的力和扭矩，减轻了主动齿轮25的负担，增加了机构的耐久性；翻转驱动机构3包括凹形板31、翻转电机32、翻转减速器33、减速器固定板34、翻转齿轮35和四个翻转移动滑块36，凹形板31的开口朝下设置，翻转电机32固装在凹形板31内，翻转减速器33的输入端与翻转电机32的输出端连接，翻转减速器33固装在减速器固定板34上，减速器固定板34固装在凹形板31内，翻转齿轮35安装在翻转减速器33的输出轴上，凹形板31的两个腿外侧上各设置有两个翻转移动滑块36，每个翻转移动滑块36与凹形板31固定连接，同侧的两个翻转移动滑块36沿同一圆周布置；轴向旋转驱动机构4包括长方筒41、竖向转动电机42、竖向转动减速器43、转动轴44、第一圆锥滚子轴承45、第二圆锥滚子轴承46，转动轴44的两端分别通过第一圆锥滚子轴承45和第二圆锥滚子轴承46支撑在长方筒41内，转动轴44的输入端通过竖向转动减速器43与竖向转动电机42的输出端连接，轴向旋转驱动机构4、翻转驱动机构3、俯仰驱动机构2和抓取平台I由上至下依次设置，两个主动齿轮25分别与相应的纵向半圆轮齿10啮合，四个翻转移动滑块36与相应的横向半圆轨道27滑动连接，翻转齿轮35与横向半圆轮齿28啮合，翻转齿轮35和横向半圆轮齿28的啮合方向与主动齿轮25和纵向半圆轮齿10的啮合方向相垂直，四个翻转移动滑块36与相应的横向半圆轨道27滑动连接，翻转移动滑块36的滑动方向与俯仰移动滑块26的滑动方向相垂直，转动轴44的下端与凹形板31连接。俯仰驱动机构2可以通过主动齿轮25与纵向半圆轮齿10啮合及俯仰移动滑块26做俯仰方向的运动，俯仰运动的角度为-50°?+15° ;翻转驱动机构3可以通过翻转齿轮35与横向半圆轮齿28啮合及翻转移动滑块36做翻转方向的运动，翻转运动的角度为±15°。翻转驱动机构3可以通过转动轴44连接的竖向转动电机42进行转动，其转动角度为±180。。
[0014]【具体实施方式】二:结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式的同侧的两个俯仰移动滑块26沿同一直径布置，该直径与滑道19-1的直径相同。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一相同。
[0015]【具体实施方式】三:结合图2说明本实施方式，本实施方式的所述丝杠15为双头反向丝杠，旋向分别对应正旋丝杠螺母16和逆旋丝杠螺母17，实施时，平台电机11带动丝杠15转动，正转和负转分别可以使两个抓取爪平台18做相互靠近和远离的运动。其它组成及连接关系与【具体实施方式】一或二相同。
[0016]【具体实施方式】四:结合图2说明本实施方式，本实施方式的两个纵向半圆轮齿10和两个纵向半圆板19的轴心线为同一条线。这样设计便于与横向半圆轮齿28和两个横向半圆轨道27在空间上垂直分布。其它组成及连接关系与【具体实施方式】三相同。
[0017]【具体实施方式】五:结合图3说明本实施方式，本实施方式的横向半圆轮齿28和两个横向半圆轨道27的轴心线为同一条线。这样设计便于与纵向半圆轮齿10和纵向半圆板19在空间上垂直分布。其它组成及连接关系与【具体实施方式】四相同。
[0018]【具体实施方式】六:结合图3说明本实施方式，本实施方式的抓取平台I上的两个纵向半圆轮齿10和两个纵向半圆板19与俯仰驱动机构2上的横向半圆轮齿28和两个横向半圆轨道27在空间上垂直分布，纵向半圆轮齿10的轴心线与横向半圆轮齿28的轴心线正交于一点，其相交点空间对应转动轴44的安装位置。这样设计可以使三个旋转运动的中心交于一点，并且这一点正好为抓取的模块重心位置，相对于三轴非正交于一点的机构，调整位置时可以保证旋转中心不变，抓取过程中不会产生重心力矩，从而减轻电机负担，这样调整速度快，便于控制，并且使结构更加紧凑、简洁。其它组成及连接关系与【具体实施方式】五相同。
[0019]【具体实施方式】七:结合图2说明本实施方式，本实施方式的抓取平台I还包括两个L形抓取爪6，每个抓取爪平台18的下面安装有一个L形的抓取爪6，两个L形抓取爪6的开口相对。实施时，将L形的抓取爪6伸入工件中，通过平台电机11带动丝杠15转动，使两个L形的抓取爪6做相向运动，将工件锁紧。其它组成及连接关系与【具体实施方式】六相同。
[0020]【具体实施方式】八:结合图2说明本实施方式，本实施方式与【具体实施方式】七不同的是它还增加有两个导轨7和四个抓取爪滑块8，两个导轨7与平台电机11平行设置且两个导轨7分别安装在基板5的下面，每个导轨7上滑动连接有两个抓取爪滑块6，该两个抓取爪滑块6中的一个安装在一个抓取爪平台18上，该两个抓取爪滑块6中的另一个安装在另一个抓取爪平台18上。这样设计可以使抓取爪平台18在基板5下水平移动，并且相对放置的L形抓取爪6可以实现维修工件的抓取。其它组成及连接关系与【具体实施方式】七相同。
[0021]工作原理
[0022]在工作时，将抓取爪平台18 (或L形抓取爪5-1)伸入工件中，通过平台电机11带动丝杠15转动,使两个抓取爪平台18做相向运动，将工件锁紧。通过翻转驱动机构3和轴向旋转驱动机构4对工件的位置进行调整，然后平台电机11反向带动丝杆15转动，使两个抓取爪平台18 (或两个L形抓取爪5-1)做远离运动，将工件放松。
【权利要求】
1.一种三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构包括抓取平台(I)、俯仰驱动机构(2)、翻转驱动机构(3)、轴向旋转驱动机构(4)，所述抓取平台(I)包括基板(5)、平台电机(11)、主动带轮(12)、皮带(13)、被动带轮(14)、丝杠(15)、正旋丝杠螺母(16)、逆旋丝杠螺母(17)、两个抓取爪平台(18)、两个纵向半圆板(19 )和两个纵向半圆轮齿(IO )，平台电机(11)固装在基板(5 )上，主动带轮(12)安装在平台电机(11)的输出轴上，主动带轮(12)通过皮带(13)与被动带轮(14)连接，被动带轮(14)安装在丝杠(15)的输入端上，正旋丝杠螺母(16)和逆旋丝杠螺母(17)均安装在丝杠(15)的输出端上，正旋丝杠螺母(16)与逆旋丝杠螺母(17)之间的最小间距为20mm，正旋丝杠螺母(16)的下端和逆旋丝杠螺母(17)的下端均固装有一个抓取爪平台(18)，两个纵向半圆轮齿(10)与丝杠(15)平行设置，且两个纵向半圆轮齿(10)对称设置在基板(5)的两侧边，两个纵向半圆板(19)对称设置在两个纵向半圆轮齿(10)的外侧，每个纵向半圆板(19)上沿圆弧内侧设有滑道(19-1)，所述俯仰驱动机构(2)包括长方框架(21)、驱动电机(22)、摆线减速器(23)、横向半圆轮齿(28)、两个次摆线减速器(24)、两个主动齿轮(25 )、四个俯仰移动滑块(26 )和两个横向半圆轨道(27 )，驱动电机(22 )固装在长方框架(21)内，摆线减速器(23)的输入端与驱动电机(22)的输出端连接，两个次摆线减速器(24)对称设置在摆线减速器(23)输出端的两侧，两个次摆线减速器(24)分别与摆线减速器(23)的输出端连接，每个次摆线减速器(24)的输出轴上安装一个主动齿轮(25)，长方框架(21)的两个外侧上各设置有两个俯仰移动滑块(26)，同侧的两个俯仰移动滑块(26)沿同一圆周布置，同侧的两个俯仰移动滑块(26)与相应的纵向半圆板(19)上的滑道(19-1)配合连接，两个横向半圆轨道(27)对称设置在驱动电机(22)和减速器(24)的外侦牝横向半圆轮齿(28 )设置在驱动电机(22 )与横向半圆轨道(27 )之间，所述翻转驱动机构(3)包括凹形板(31)、翻转电机(32)、翻转减速器(33)、减速器固定板(34)、翻转齿轮(35)和四个翻转移动滑块(36)，凹形板(31)的开口朝下设置，翻转电机(32)固装在凹形板(31)内，翻转减速器(33 )的输入端`与翻转电机(32 )的输出端连接，翻转减速器(33 )固装在减速器固定板(34)上，减速器固定板(34)固装在凹形板(31)内，翻转齿轮(35)安装在翻转减速器(33)的输出轴上，凹形板(31)的两个腿外侧上各设置有两个翻转移动滑块(36)，同侧的两个翻转移动滑块(36)沿同一圆周布置，所述轴向旋转驱动机构(4)包括长方筒(41)、竖向转动电机(42)、竖向转动减速器(43)、转动轴(44)、第一圆锥滚子轴承(45)、第二圆锥滚子轴承(46)，转动轴(44)的两端分别通过第一圆锥滚子轴承(45)和第二圆锥滚子轴承(46)支撑在长方筒(41)内，转动轴(44)的输入端通过竖向转动减速器(43)与竖向转动电机(42)的输出端连接，轴向旋转驱动机构(4)、翻转驱动机构(3)、俯仰驱动机构(2)和抓取平台(I)由上至下依次设置，两个主动齿轮(25)分别与相应的纵向半圆轮齿(10)啮合，四个翻转移动滑块(36)与相应的横向半圆轨道(27)滑动连接，翻转齿轮(35)与横向半圆轮齿(28 )啮合，翻转齿轮(35 )和横向半圆轮齿(28 )的啮合方向与主动齿轮(25 )和纵向半圆轮齿(10)的啮合方向相垂直，四个翻转移动滑块(36)与相应的横向半圆轨道(27)滑动连接，翻转移动滑块(36)的滑动方向与俯仰移动滑块(26)的滑动方向相垂直，转动轴(44)的下端与凹形板(31)连接。
2.根据权利要求1所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述同侧的两个俯仰移动滑块(26)沿同一直径布置，该直径与滑道(19-1)的直径相同。
3.根据权利要求1或2所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述丝杠(15)为双头反向丝杠，旋向分别对应正旋丝杠螺母(16)和逆旋丝杠螺母(17)。
4.根据权利要求3所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述两个纵向半圆轮齿(10)和两个纵向半圆板(19)的轴心线为同一条线。
5.根据权利要求4所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述横向半圆轮齿(28)和两个横向半圆轨道(27)的轴心线为同一条线。
6.根据权利要求5所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述抓取平台(I)上的两个纵向半圆轮齿(10)和两个纵向半圆板(19)与俯仰驱动机构(2)上的横向半圆轮齿(28)和两个横向半圆轨道(27)在空间上垂直分布，纵向半圆轮齿(10)的轴心线与横向半圆轮齿(28)的轴心线正交于一点，其相交点空间对应转动轴(44)的安装位置。
7.根据权利要求6所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述抓取平台(I)还包括两个L形抓取爪(6)，每个抓取爪平台(18)的下面安装有一个L形的抓取爪(6)，两个L形抓取爪(6)的开口相对。
8.根据权利要求7所述三自由度远心汇交式重载姿态调整机构，其特征在于:所述抓取平台(I)还包括两个导轨(7)和四个抓取爪滑块(8)，两个导轨(7)与平台电机(11)平行设置且两个导轨(7 )分别安装在基板(5 )的下面，每个导轨(7 )上滑动连接有两个抓取爪滑块(6 )，该两个抓取爪滑块(6 )中的一个安装在一个抓取爪平台(18 )上，该两个抓取爪滑块(6)中的另一个安装在另一 个抓取爪平台(18)上。
【文档编号】B25J9/10GK103433922SQ201310403243
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年9月6日 优先权日:2013年9月6日
【发明者】赵杰, 樊继壮, 刘刚峰, 李长乐, 闫继宏, 朱延河, 王加, 张国安 申请人:哈尔滨工业大学