一种横梁式极坐标平面运动机构的制作方法

本发明涉及三维增材制造设备技术领域，具体的说是一种横梁式极坐标平面运动机构。

背景技术：

一个平面，如果确定一个原点O，那么其他任意的点都将可以用基于这这个点的坐标来表示，记作Z(x,y)，如果利用两个电机分别驱动两个轴，则可以将一个终端移动到任意一指定点。同理，如果确定一定点O，叫极点，引一条射线Ox，叫做极轴，再选定一个长度单位和角度的正方向(通常取逆时针方向)。对于平面内任何一点M，用ρ表示线段OM的长度，θ表示从Ox到OM的角度，ρ叫做点M的极径，θ叫做点M的极角，有序数对(ρ,θ)就叫点M的极坐标，这样建立的坐标系叫做极坐标系。

其中，极坐标和平面坐标可以互相转换，在极坐标中，x被ρcosθ代替，y被ρsinθ代替，ρ²＝(x²+y²)。

同理，使用一个轴控制角度θ，一个轴控制长度，即ρ，也可以将任一终端移动到指定位置。

一般情况，如果在平面上运动一个圆弧形轨迹，如果是平面坐标，则使用插值法来完成，即将一段圆弧分成很多段直线来模拟曲线，一般通过控制电机的x与y方向来完成，这样执行圆弧段效率很低，速度很慢。但如果使用极坐标的运动机构，可以固定极径ρ，控制θ旋转角即可得到平滑的圆弧形轨迹，速度快，效率高。

在实际应用中，使用极坐标系，机械部件的运动量较少，相对而言运动加速度更小，速度更快。越接近构建平台的中心其部件的运动幅度越小，相应地其运动分辨率更高。

如中国专利公开号为CN105415685A，公开了一种智能3D打印一体机，其在升降装置的上端安装有与底座平行设置的横杆，横杆的顶面通过固定装置安装动力装置与减速机构，且动力装置与减速机构连接；第一连接杆贯穿横杆并与减速机构连接；其结构简单，使用方便，不仅能做旋转运动，而且还能改变喷头在旋转过程中的旋转半径。但是，其采用的是悬臂结构，由于负载的影响，会使得运动精度难以得到保证。其次，由于采用的是电机直接驱动第一连杆转动的方式，一方面会使得电机尺寸较大，占据较大的空间体积，需要承受输出端的重量，形成对电机轴的弯矩，长此以往，会影响到电机的使用寿命，最终影响到加工精度。

技术实现要素：

针对上述技术的缺陷，本发明提出一种横梁式极坐标平面运动机构。

一种横梁式极坐标平面运动机构，包括底座，所述底座的左、右两侧各固定有一根立柱，所述的两根立柱的上端共同安装有一根横梁，所述横梁左侧设有方形通孔，横梁中侧设有中心孔，所述方形通孔内安装有折弯件，所述折弯件上安装有一号电机，所述一号电机的轴上连接有角度主动轮；所述中心孔内安装有旋转轴，所述旋转轴的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮，所述角度主动轮与角度从动轮之间连接有一号传动带。

所述旋转轴的下端固定有电机座，所述电机座内固定有二号电机，所述二号电机的轴上连接有位置主动轮，所述电机座左端面上安装有平行导轨，所述平行导轨上套有导轨滑块，所述平行导轨的另一端安装有末端块，所述末端块的下端面上安装有可相对于末端块转动的位置从动轮，所述位置主动轮与位置从动轮之间设有二号传动带。

所述导轨滑块中间通过螺纹连接的方式连接有连杆，所述连杆的下端连接有终端，所述底座中央设有十字形对焦点。

所述立柱、横梁都采用方形柱；所述横梁与立柱采用方形销连接。

所述折弯件的弯折角为90°，折弯件的一端开有两个平行的U形槽。

所述电机座的下端面中间安装有一个限位开关槽。

所述角度从动轮和角度主动轮的轮径比为1：n，其中n为正整数，位置主动轮和位置从动轮的轮径比为1:1。

所述连杆为双头螺栓，连杆的中部截面呈方形，连杆中部的侧面上设有两个肋，连杆的方形部分的宽度小于位置主动轮与位置从动轮的直径。

本发明的有益效果是：

本发明采用传动带带动可旋转和可摆动的机构转动，实现复杂的曲线弧的绘制，结构简单，操作和控制方便，便于在平面上绘制圆弧形轨迹，绘制精度高，运动灵活，代替了手工绘制，自动化程度高，提高了生产效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的左前侧立体图；

图2为本发明的左下侧立体图；

图3为本发明横梁的立体图；

图4为本发明的折弯件的立体图；

图5为本发明的旋转轴与电机座配合时的立体图；

图6为本发明的旋转轴与电机座配合时的左下侧立体图；

图7为本发明的末端块的立体图；

图8为本发明的导轨滑块的立体图；

图9为本发明的连杆的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。

如图1至图9所示，一种横梁式极坐标平面运动机构，包括底座1，所述底座1的左、右两侧各固定有一根立柱2，所述的两根立柱2的上端共同安装有一根横梁4，所述横梁4左侧设有方形通孔21，横梁4中侧设有中心孔23，所述方形通孔21内安装有折弯件12，方形通孔21靠近杆中心一侧的侧面上设有螺纹孔，用来固定折弯件12。所述折弯件12上安装有一号电机11，所述一号电机11的轴上连接有角度主动轮10；所述中心孔23内安装有旋转轴6，所述旋转轴6的下部通过键连接的方式安装有角度从动轮7，所述角度主动轮10与角度从动轮7之间连接有一号传动带9。

所述旋转轴6的下端固定有电机座27，所述电机座27内固定有二号电机5，所述二号电机5的轴上连接有位置主动轮3，所述电机座27左端面上安装有平行导轨14，所述平行导轨14上套有导轨滑块13，所述平行导轨14的另一端安装有末端块15，所述末端块15的下端面上安装有可相对于末端块15转动的位置从动轮16，所述位置主动轮3与位置从动轮16之间设有二号传动带17。所述导轨滑块13中间通过螺纹连接的方式连接有连杆18，所述连杆18的下端连接有终端19，所述底座1中央设有十字形对焦点20。

所述立柱2、横梁4都采用方形柱；所述横梁4与立柱2采用方形销连接。

所述折弯件12的弯折角为90°，折弯件12的一端开有两个平行的U形槽24。

所述电机座27的下端面中间安装有一个限位开关29。

所述角度从动轮7和角度主动轮10的轮径比为1：n，其中n为正整数，位置主动轮3和位置从动轮16的轮径比为1:1。

所述连杆18为双头螺栓，连杆18的中部截面呈方形，连杆18中部的侧面上设有两个肋36，用于连接二号传动带17的两端，所述连杆18的方形部分的宽度小于位置主动轮3与位置从动轮16的直径。使用时，通过调节连杆18的高度来保证其中间段与位置从轮16和位置主动轮3在相同水平线上。

运动前，先进行机构校准，二号电机5顺时针旋转，导轨滑块13移动到最左端并触碰到限位开关29，此时终端19中心点应该对应底座1上的十字形校准点20的位置，此时二号电机5停止转动，角度主动轮10角度设置为0，校准完成。此后，一号电机11和二号电机5根据代码来控制各自的转向和转动角度，来达到将终端19带动到底座1上任一点的位置。

在对硬件的调节方面，利用折弯件12上的U形槽24，可调节安装在折弯件12上的一号电机11的高度，从而保持一号传动带9的水平传动，并根据角度主动轮10和角度从动轮7的轮径比设置好编程控制的传动系数，方便通过角度主动轮10来精确控制旋转轴6的旋转角度。

所述一号电机11转动带动旋转轴6转动，旋转轴6带动与其固定的电机座27转动，由于导轨滑块13位于电机座27的一侧，当电机座27转动时，导轨滑块13也将在平面上做弧线运动。当二号电机5启动时，将通过二号传动带17带动与二号传动带17相连的连杆18以及与连杆18通过螺纹连接的终端19沿平行导轨14移动，从而实现了终端19在平面上的综合运动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。