一种丝杠螺母传动机构、自调整伸缩机构及摄影机械臂的制作方法

本发明涉及摄影机械臂领域，特别是涉及一种丝杠螺母传动机构、自调整伸缩机构及摄影机械臂。

背景技术：

电影行业一直伴随着最新技术而发展。摄影机的运动控制技术是数字特效关键技术之一。摄影机的大空间自由运动更加符合影视拍摄的现场需求。

当前已有的摄像机运动控制系统为美国的generallift.smkgenuflex，英国的mrmc的milo、bolt以及中国的奥视佳(othka)。在摄像机运动控制系统中，摄像机可以达到的最大高度，除了与俯仰机构有关外，还与俯仰臂的伸缩能力有关。generallift.smkgenuflex体积庞大，为固定俯仰臂，俯仰臂没有伸缩功能，对拍摄空间的适用性较差。milo的伸缩机构有两级，第一级为基座，无移动能力，第二级为矩形伸缩架，由丝杠驱动第二级运动。该结构简单可靠，但是伸缩距离小于1.5m，伸缩距离较短；大截面架体可提高结构刚性，但是占用空间较大；另外，该结构在匀速以及加减速过程中，摄像机运动平稳，但其丝杠传动机构安装精度要求高，价格非常昂贵。bolt和othka为工业机械臂型机器人，采用旋转机构，无伸缩臂，该机型为高速型运动型，摄像机可达高度很低。

由此可见，上述现有的摄影机械臂在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种丝杆传动机构安装精度要求低、伸缩机构体积小、伸缩能力强且运动平稳的摄影机械臂，成为当前业界急需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种丝杠螺母传动机构，使其在传动过程中，对安装精度要求低、且能实现无卡顿的平稳传动。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种丝杠螺母传动机构，包括丝杠及丝杠螺母，还包括套装在丝杠上且包覆丝杠螺母安装端的丝杠螺母包覆件；所述丝杠螺母包覆件设置有用于与被驱动件固定连接的固定部；所述丝杠螺母的安装端可在丝杠螺母包覆件内部沿非轴向运动。

作为本发明进一步地改进，所述丝杠螺母包覆件包括固定板及与固定板可拆卸连接的呈矩形的包覆腔体；所述固定板上设置有丝杠穿孔，所述丝杠穿孔的孔径大于丝杠外径；所述包覆腔体上设置有丝杠螺母穿孔，所述丝杠螺母穿孔的孔径大于丝杠螺母的外径；所述丝杠螺母的安装端卡接在包覆腔体内，且两者可沿左右方向为相对运动；所述丝杠为滚珠丝杠，所述丝杠螺母为滚珠丝杠螺母。

本发明要解决的第二个技术问题是提供一种自调整伸缩机构，使其在增加少量自重、体积较小的情况下能实现快速、大幅的的伸缩强度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种自调整伸缩机构，包括可相对滑动连接的多级伸缩机构，还包括含有上述丝杠螺母传动机构的丝杠螺母驱动机构；多级伸缩机构通过所述丝杠螺母驱动机构驱动。

作为本发明进一步地改进，所述自调整伸缩机构为三级伸缩机构，包括依次滑动连接的第一级框架结构、第二级框架结构、第三级框架结构及传动钢丝绳组；所述传动钢丝绳组包括前钢丝绳组和后钢丝绳组；所述第二级框架结构由安装在第一级框架结构中的丝杠螺母驱动机构驱动；所述第二级框架结构前、后部分别设置有第二级前双滑轮组合、第二级后双滑轮组合；所述第一级框架结构的前端通过前钢丝绳组，绕过第二级前双滑轮组合，与第三级框架结构固定连接；所述第一级框架结构的前端通过后钢丝绳组，绕过第二级后双滑轮组合，与第三级框架结构后部固定连接。

进一步地，所述第一级框架结构的上表面设置有第一级直线导轨组，所述第二级框架结构的下表面设置有与第一级直线导轨组配合的滑块；所述第二级框架结构的上表面设置有第二级直线导轨组，所述第三级框架结构的下表面设置有与第二级直线导轨组配合的滑块。

进一步地，所述第一级框架结构包括第一级主基板、第一级前钢丝绳固定座组、第一级后钢丝绳固定座组；所述第一级前钢丝绳固定座组在通过螺栓与第一级主基板前端前部相连；第一级后钢丝绳固定座组通过螺栓与第一级主基板前端后部相连；所述第三级框架结构包括第三级主基板、第三级钢丝绳前固定座组、第三级钢丝绳后固定座组；所述第三级钢丝绳前固定座组、第三级钢丝绳后固定座组分别通过支架固定连接在第三级主基板侧面的中后部及后端；所述固定座组与钢丝绳组的连接关系为螺纹连接头连接。

进一步地，所述第一级框架结构包括第一级主基板，所述丝杠螺母驱动机构包括驱动电机、电机安装座、联轴器、电机安装座支架、丝杠支撑座及所述丝杠传动机构；所述驱动电机与电机安装座一端连接，丝杠支撑座与电机安装座另一端连接；丝杠定位于丝杠支撑座，通过联轴器与驱动电机连接，电机安装座通过电机安装座支架连接在第一级主基板上表面。

进一步地，所述第二级前双滑轮组合和第二级后双滑轮组合结构相同，包括双滑轮支架、第一滑轮、第二滑轮、双滑轮轴、套筒、锁紧螺母及夹紧螺母；所述双滑轮轴穿过双滑轮支架，一端通过螺纹与夹紧螺母连接，使双滑轮轴固定在双滑轮支架上；所述第一滑轮、套筒、第二滑轮同心按顺序安装在双滑轮轴上；所述第一滑轮端定位在双滑轮轴的轴肩上，所述第二滑轮端用所述锁紧螺母固定。

进一步地，所述第一滑轮、第二滑轮结构相同，包括滑轮盖板、滚珠轴承、滑轮轴承座；所述滑轮盖板通过螺纹与滑轮轴承座连接，将所述滚珠轴承压紧于滑轮轴承座内。

本发明要解决的第三个技术问题在于提供一种摄影机械臂，使其能在增加少量自重的条件下，能平稳运行，且能极大的提高俯仰臂的变化长度和最大长度，使摄像机获得更加稳定、自由的最大可达高度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种摄影机械臂，包括俯仰臂，所述俯仰臂包括上述的自调整伸缩机构。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过包覆但不固定丝杠螺母，使得丝杠与第一级直线导轨组的安装精度不需要很高，即可顺利完成传动功能，全程无卡顿和高阻力；丝杠螺母传动结构具备了自动调整功能。

2、与milo机型伸缩臂结构相比，传动机构增加很少的情况下，即只增加了第二级直线导轨组和前后滑轮组，便提高伸缩臂的伸缩距离为原先的2倍。对于摄影机器人来说，只增加很少的重量，大幅度提高摄影机器人的工作空间。同时，配合伸缩臂下的旋转轴，可实现摄像机更快的运动效果。

3、双牵引结构的滑轮组，使得双导轨运动系统驱动力输出更加平衡，避免偏离中心线的单驱动力造成的力矩，第二级框架结构和第三级框架结构的传动更加平稳，从而使得末端摄影机镜头运动时更加稳定。

4、本发明的自调整伸缩机构，采用包覆式丝杠螺母驱动，通过动滑轮组，实现一级通过二级间接驱动三级；同时通过双边平衡力驱动设计，使得伸缩运动更加平稳；应用其的摄影机械臂，在增加少量自重的条件下，极大的提高了俯仰臂的变化长度和最大长度(实质是采用新设计轻量化和紧凑化俯仰臂机构)，使摄像机获得更加自由的最大可达高度。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明实施例中丝杠螺母传动机构的部分结构示意图；

图2是本发明实施例中丝杠传动机构的部分结构示意图(拆掉固定板)；

图3是一级框架结构的整体结构示意图；

图4是丝杠螺母驱动部分的局部放大图；

图5是一级框架结构的前端局部放大图；

图6是二级框架结构的整体结构示意图；

图7是二级框架结构下端滑块部分的局部放大图；

图8是三级框架结构后端的局部放大图；

图9是三级伸缩机构的传动钢丝绳组结构示意图；

图10是三级伸缩机构的整体结构示意图；

图11是第二级前双滑轮组合的结构示意图；

图12是滑轮的结构示意图。

具体实施方式

如图1、2所示，丝杠螺母传动机构包括丝杠106及丝杠螺母107，还包括套装在丝杠106上且包覆丝杠螺母107安装端的丝杠螺母包覆件。其中丝杠螺母的安装端是指正常丝杠螺母的一侧有外延的板状结构，属于与被驱动件直接固定连接的连接部。

上述丝杠螺母包覆件包括固定板109及呈矩形的包覆腔体108；丝杠螺母107通过螺纹连接在丝杠106上，丝杠螺母的安装端卡接在包覆腔体108内，具体地，丝杠螺母的安装端优选呈矩形结构，安装端的上、下边分别与包覆腔体108内上、下侧贴合；安装端的左、右两侧分别与包覆腔体108内左、右两侧之间有移动空间；固定板109与包覆腔体108通过螺栓连接，固定板109上设置有螺孔，用于与被驱动件固定连接。固定板109上设置有丝杠穿孔，丝杠穿孔的孔径大于丝杠106外径；包覆腔体上设置有丝杠螺母穿孔，所述丝杠螺母穿孔的孔径大于丝杠螺母的外径；通过上述设置，形成了包覆但不固定丝杠螺母，丝杠螺母有沿非轴向运动的空间(移动但不转动)，因此，具备了自调整功能，当用于伸缩机构时，使得丝杠与第一级框架结构上的直线导轨组的安装精度不需要很高，即可顺利完成传动功能，全程无卡顿和高阻力。

作为优选地，上述丝杠为滚珠丝杠，丝杠螺母为滚珠丝杠螺母。

本实施例提供了一种应用上述丝杠螺母传动机构的自调整伸缩机构。包括第一级框架结构、第二级框架结构、第三级框架结构和传动钢丝绳组。

配合图3、4、5所示，第一级框架结构包括驱动电机101、电机安装座102、联轴器103、电机安装座支架104、丝杠支撑座105、丝杠螺母传动机构(丝杠106、丝杠螺母107、包覆腔体108、固定板109)、第一级主基板110、第一级直线导轨组111、第一级前钢丝绳固定座组112、第一级后钢丝绳固定座组113。

驱动电机101通过螺栓与电机安装座102连接，丝杠支撑座105通过螺栓与电机安装座102另一端连接。丝杠106定位于丝杠支撑座105，通过联轴器103与驱动电机101连接。电机安装座支架104通过螺栓与电机安装座102的底部相连接，同时，电机安装座支架104通过螺栓与第一级主基板110上表面连接。丝杠螺母107通过螺纹与丝杠106相互作用从而产生相对运动。包覆腔体108通过螺栓与固定板109连接。丝杠螺母的安装端包覆在包覆腔体108中。第一级直线导轨组111安装在第一级主基板110的上表面。第一级前钢丝绳固定座组112在通过螺栓与第一级主基板110前端前部相连。第一级后钢丝绳固定座113组通过螺栓与第一级主基板110前端后部相连。

配合图6、7所示，第二级框架结构包括第二级主基板201，第二级主传动板202，第二级主传动板支撑架组203，第二级前双滑轮组合204，第二级后双滑轮组合205，第二级直线导轨组206，第二级直线导轨滑块组207。

第二级主传动板202的通过螺栓与第二级主传动板支撑架组203连接。第二级主传动板202通过定位面与第二级主基板201确定相对位置。第二级主传动板支撑架组203通过螺栓与第二级主基板201的后端上表面相连。第二级前双滑轮组合204通过螺栓与第二级主基板201前部连接。第二级后双滑轮组合205与第二级主基板201后部通过螺栓连接。第二级直线导轨组206通过螺栓与第二级主基板201的上表面连接。第二级直线导轨滑块组207通过螺栓与第二级主基板201下表面连接，同时通过滚珠与第一级直线导轨组111相互作用产生相对运动。

配合图8所示，第三级框架结构包括第三级主基板301、第三级直线导轨滑块组302、第三级钢丝绳固定座前支架303、第三级钢丝绳固定座后支架304、第三级钢丝绳前固定座组305、第三级钢丝绳后固定座组306、铝型材侧向固定件组307、铝型材框架308、铝型材端部固定板309、铝型材端部固定板支撑架组310。

第三级直线导轨滑块组302通过螺栓与第三级主基板301下表面连接，同时通过滚珠与第二级直线导轨组206相互作用产生相对运动。第三级钢丝绳固定座前支架303通过螺栓与第三级主基板301连接。第三级钢丝绳固定座后支架304通过螺栓与第三级基板301后端连接。第三级钢丝绳前固定座组305通过螺栓与第三级钢丝绳固定座前支架303上表面连接。第三级钢丝绳后固定座组306通过螺栓与第三级钢丝绳固定座后支架304上表面连接。铝型材侧向固定件组307通过螺栓分别与铝型材框架308侧面和第三级主基板301侧面连接。铝型材端部固定板309通过螺栓与铝型材后端连接。铝型材端部固定板支撑架组310通过螺栓分别与铝型材端部固定板309和第三级主基板301上表面连接。

配合图9、10所示，传动钢丝绳组包括前钢丝绳组401和后钢丝绳组402。前钢丝绳组401的两端通过螺纹连接头分别与第一级前钢丝绳固定座组112和第三级钢丝绳前固定座组305相连接。前钢丝绳组401跨接在第二级前双滑轮组合204的滑轮上。后钢丝绳组402的两端通过螺纹连接头分别与第一级后钢丝绳固定座组113和第三级钢丝绳后固定座组306相连接。后钢丝绳组402跨接在第二级后双滑轮组合205的滑轮上。

配合图11所示，第二级前双滑轮组合204与第二级后双滑轮组合205结构相同，以第二级前双滑轮组合204为例进行说明，包括双滑轮支架2041、滑轮2042(2个)、双滑轮轴2043、套筒2044、锁紧螺母2045及夹紧螺母2046。

双滑轮轴2043穿过双滑轮支架2041的安装孔，一端通过螺纹与夹紧螺母2046连接，使双滑轮轴2043固定在双滑轮支架2041上。滑轮1、套筒2044、滑轮2同心按顺序安装在双滑轮轴上2043，滑轮1的一端定位在双滑轮轴的轴肩上，滑轮2的一端用锁紧螺母2045固定。

配合图12所示，滑轮2042包括滑轮盖板20421、滚珠轴承20422、滑轮轴承座20423。滚珠轴承20422安装在滑轮轴承座20423内。滑轮盖板20421通过螺纹与滑轮轴承座20423连接，将滚珠轴承20422压紧于滑轮轴承座20423内。

上述整个自调整伸缩机构的连接关系为：第一级框架结构通过第一级直线导轨组111与第二级框架结构的第二级直线导轨滑块组207连接，同时通过丝杠螺母包覆件与202连接。第二级框架结构通过第二级直线导轨组206与第三级框架结构的第三级直线导轨滑块组302连接。在第一级框架结构的后端还通过螺栓固定连接有配重结构。第一级框架结构的前钢丝绳固定座组112通过传动钢丝绳组的前钢丝绳组401，经过第二级前双滑轮组合204，与第三级框架结构的第三级钢丝绳前固定座组305连接。同时，第一级框架结构的后钢丝绳固定座组113通过传动钢丝绳组的后钢丝绳组402，经过第二级后双滑轮组合205，与第三级框架结构的第三级钢丝绳后固定座组306连接。

伸缩机构外伸工作时，驱动电机101通过联轴器103带动丝杠106转动，丝杠106上的丝杠螺母107及丝杠螺母包覆件沿丝杠106轴向向前运动，驱动与丝杠螺母包覆件固定连接的第二级框架结构沿第一框架结构的第一级直线导轨组111向前滑动，由于第二级框架结构的前移，带动了前钢丝绳组401与第三级框架结构的连接端的前移，进而带动第三级框架结构前移；实现了伸缩机构的第一级框架结构在直接驱动第二级框架结构的同时，间接驱动了第三级框架结构向前运动，伸出速度快且伸缩机构的体积较小。

同理，伸缩机构缩回工作时，位于第一级框架结构上的丝杠螺母传动机构带动第二级框架结构沿第一框架结构的第一级直线导轨组111向后滑动，由于第二级框架结构的后移，带动了后钢丝绳组402与第三级框架结构的连接端的后移，进而带动第三级框架结构后移。

综上所述，本发明的丝杠螺母传动机构采用包覆但不固定丝杠螺母的方式，具备自调整功能，对安装精度要求低；自调整伸缩机构采用包覆式丝杠螺母驱动，通过动滑轮组，实现一级通过二级间接驱动三级；同时通过双边平衡力驱动设计，使得伸缩运动更加平稳；应用其的摄影机械臂，在增加少量自重的条件下，极大的提高了俯仰臂的变化长度和最大长度(实质是采用新设计轻量化和紧凑化俯仰臂机构)，使摄像机获得更加自由的最大可达高度，适于推广应用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。