一种便于高精度位置控制的齿条的制作方法

本发明涉及机械传动领域，具体涉及一种便于高精度位置控制的齿条。

背景技术

齿条和齿轮的配合主要是用于将直线运动和旋转运动相互切换，传统的齿条往往是在齿条基体上设置多个齿牙，从而用于跟齿轮进行啮合。但是整个机器的控制系统无法知道某个时刻具体是哪个齿槽与齿轮的齿牙啮合。从而在具体控制时，位于齿条的位置控制是极为不便的。

技术实现要素：

发明目的：本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种便于高精度位置控制的齿条。

技术方案：一种齿条，包括控制器、无线通信单元、齿条基体和位于齿条本体上的多个齿牙，相邻的齿牙之间形成齿槽，所述齿条基体为两端敞口的长方体形，所述齿条基体包括顶板、底板、第一侧板和第二侧板，所述第一侧板连接顶板和底板，所述第二侧板连接顶板和底板，所述齿条基体的一端固定连接有第一封闭板，另一端固定连接有第二封闭板，所述第一封闭板处具有第一上定位柱和第一下定位柱，所述第二封闭板具有第二上定位柱和第二下定位柱，所述齿条基体内具有上固定板和下固定板，所述上固定板一端具有与第一上定位柱配合的第一上定位孔，另一端具有与第二上定位柱配合的第二上定位孔，所述下固定板的一端具有与第一下定位柱配合的第一下定位孔，另一端具有与第二下定位柱配合的第二下定位孔，所述顶板、上固定板、下固定板和底板均相互平行，所述上固定板的上表面固定有插杆，所述插杆的数量等于齿槽的数量，每个齿槽处具有一个圆柱形孔，每个圆柱形孔内插有一个活动柱，所述活动柱具有被所述插杆插入的插孔，所述活动柱的底端具有圆环部，所述圆环部的外径大于所述圆柱形孔的直径，所述插杆上套有位于上固定板和圆环部之间的压缩弹簧，所述圆环部固定连接有第一活动杆和第二活动杆，所述第一活动杆的底端固定有第一透光片，所述第二活动杆的底端固定有第二透光片，所述上固定板处具有多个被第一活动杆插入的第一限位孔和多个被第二活动杆插入的第二限位孔，所述下固定板处具有多个能够被第一透光片穿过的第一通孔和多个能够被第二透光片穿过的第二通孔，所述第一限位孔的数量、第二限位孔的数量、第一通孔的数量和第二通孔的数量和齿槽的数量均相等，所述第一封闭板处安装有第一激光发射器和第二激光发射器，所述第二封闭板处具有第一光强检测器和第二光强检测器，所述第一激光发射器相对于第二激光发射器更靠近下固定板，所有的第二透光镜的透光率相同，所有的第一透光镜的透光率两两各不相同；当某个活动柱处于最高位置时，该活动柱对应的第一、二透光镜的底端均高于下固定板的上表面；当某个活动柱处于最低位置时，该活动柱对应的第一、二透光镜的底端均低于下固定板的下表面，第一激光发射器的光束能够穿过该活动柱对应的第一透光镜且不能够穿过该活动柱对应的第二透光镜，第二激光发射器的光束能够穿过该活动柱对应的第二透光镜且不能够穿过该活动柱对应的第一透光镜。

进一步地，所述第一、二活动柱均为圆柱形柱，所述第一活动柱的长度小于第二活动柱的长度。

进一步地，多个第一透光镜从靠近第一封闭板的一端向靠近第二封闭板的一端依次增大。

进一步地，所述齿槽的数量为4-8个。

进一步地，第一封闭板与顶板和底板均通过螺栓固定，所述第二封闭板与顶板和底板均通过螺栓固定。

进一步地，所述第一上定位柱、第二上定位柱、第一下定位柱和第二下定位柱的数量均大于等于2个。

进一步地，所述第一、二通孔的横截面均为矩形。

进一步地，上固定板和下固定板均为不透明板，所述活动柱包括圆柱形部分和位于圆柱形部分顶端的半球形部分，活动柱的圆柱形部分的直径、半球形部分的直径以及圆柱形孔的直径均相等；所述活动柱和圆环部一体成型。

进一步地，控制器进行控制，在特定状态下，当第二光强检测器的测量值不在设定范围内时，使无线通信单元发射报警信号；所述特定状态指的是其中一个活动柱处于最低状态，其余的活动柱均处于最高状态。

进一步地，第一激光发射器、第二激光发射器、第一光强检测器、第二光强检测器和无线通信单元均与所述控制器连接。

进一步地，控制器根据第一光强检测器的测量值获知此时哪个齿槽与齿轮的齿牙啮合。

进一步地，所述齿槽的数量为6个，齿牙的数量为7个。

进一步地，对于任何一个活动柱，无论该活动柱处于什么状态，第一激光发射器的光束都无法经过该活动柱的第二活动杆。

进一步地，第一、二激光发射器均位于底板和下固定板之间。

有益效果：本发明的齿条，能够根据光强检测器的信号，获知此时齿条的具体位置，精确到哪个齿槽与齿轮啮合，因此对于位置控制方便且精确。

附图说明

图1为齿条和齿轮配合示意图，第三个齿槽与齿轮的齿牙啮合；

图2为齿条和齿轮配合示意图，第二个齿槽与齿轮的齿牙啮合。

具体实施方式

附图标记：1.1顶板；1.2底板；1.3齿牙；2.1第一封闭板；2.2第二封闭板；2.1.1第一下定位柱；2.1.2第一上定位柱；2.2.1第二上定位柱；2.2.2第二下定位柱；3.1活动柱；3.1.1圆环部；3.2插杆；3.3压缩弹簧；3.4上固定板；3.5下固定板；3.5.1第一通孔；3.5.2第二通孔；3.6第一活动柱；3.7第二活动柱；3.8第一透光片；3.9第二透光片；4.1第一激光发射器；4.2第二光强检测器；5.1第二激光发射器；5.2第二光强检测器；10齿轮。

一种齿条，包括控制器、无线通信单元、齿条基体和位于齿条本体上的多个齿牙1.3，相邻的齿牙之间形成齿槽，所述齿条基体为两端敞口的长方体形，所述齿条基体包括顶板1.1、底板1.2、第一侧板和第二侧板，所述第一侧板连接顶板和底板，所述第二侧板连接顶板和底板，所述齿条基体的一端固定连接有第一封闭板2.1，另一端固定连接有第二封闭板2.2，所述第一封闭板处具有第一上定位柱2.1.2和第一下定位柱2.1.1，所述第二封闭板具有第二上定位柱2.2.1和第二下定位柱2.2.2，所述齿条基体内具有上固定板3.4和下固定板3.5，所述上固定板一端具有与第一上定位柱配合的第一上定位孔，另一端具有与第二上定位柱配合的第二上定位孔，所述下固定板的一端具有与第一下定位柱配合的第一下定位孔，另一端具有与第二下定位柱配合的第二下定位孔，所述顶板1.1、上固定板3.4、下固定板3.5和底板1.2均相互平行，所述上固定板的上表面固定有插杆3.2，所述插杆3.2的数量等于齿槽的数量，每个齿槽处具有一个圆柱形孔，每个圆柱形孔内插有一个活动柱3.1，所述活动柱具有被所述插杆插入的插孔，所述活动柱的底端具有圆环部3.1.1，所述圆环部3.1.1的外径大于所述圆柱形孔的直径，所述插杆上套有位于上固定板和圆环部之间的压缩弹簧3.3，所述圆环部固定连接有第一活动杆3.6和第二活动杆3.7，所述第一活动杆的底端固定有第一透光片3.8，所述第二活动杆的底端固定有第二透光片3.9，所述上固定板处具有多个被第一活动杆插入的第一限位孔和多个被第二活动杆插入的第二限位孔，所述下固定板处具有多个能够被第一透光片穿过的第一通孔和多个能够被第二透光片穿过的第二通孔，所述第一限位孔的数量、第二限位孔的数量、第一通孔的数量和第二通孔的数量和齿槽的数量均相等，所述第一封闭板2.1处安装有第一激光发射器4.1和第二激光发射器5.1，所述第二封闭板2.2处具有第一光强检测器4.2和第二光强检测器5.2，所述第一激光发射器4.1相对于第二激光发射器5.1更靠近下固定板，所有的第二透光镜的透光率相同，所有的第一透光镜的透光率两两各不相同；当某个活动柱处于最高位置时，该活动柱对应的第一、二透光镜的底端均高于下固定板的上表面；当某个活动柱处于最低位置时，该活动柱对应的第一、二透光镜的底端均低于下固定板的下表面，第一激光发射器的光束能够穿过该活动柱对应的第一透光镜3.8且不能够穿过该活动柱对应的第二透光镜3.9，第二激光发射器的光束能够穿过该活动柱对应的第二透光镜且不能够穿过该活动柱对应的第一透光镜。

所述第一、二活动柱均为圆柱形柱，所述第一活动柱的长度小于第二活动柱的长度。多个第一透光镜从靠近第一封闭板的一端向靠近第二封闭板的一端依次增大。所述齿槽的数量为4-8个。第一封闭板与顶板和底板均通过螺栓固定，所述第二封闭板与顶板和底板均通过螺栓固定。所述第一上定位柱、第二上定位柱、第一下定位柱和第二下定位柱的数量均大于等于2个。所述第一、二通孔的横截面均为矩形。上固定板和下固定板均为不透明板，所述活动柱包括圆柱形部分和位于圆柱形部分顶端的半球形部分，活动柱的圆柱形部分的直径、半球形部分的直径以及圆柱形孔的直径均相等；所述活动柱和圆环部一体成型。

如图1所示，第一激光发射器的光束好像经过第二活动杆，这是由于示意图的限制，实际上，第一激光发射器的光束和第二活动杆是错位的(即第一激光发射器的光束不经过第二活动杆，而是从第二活动杆的边上经过)，无论第二活动杆处于什么状态，第一激光发射器的光束都不会经过第二活动杆。

本发明的齿条，每个齿槽内设置有活动柱，当该齿槽与齿轮的齿牙啮合时，活动柱被按下从而第一激光发射器的光束经过第一透光镜被第一光强检测器检测。由于各个第一透光镜的透光率两两不同，因此根据光强可以知道是哪个第一透光镜被光束穿过，从而知道此时是哪个齿槽与齿轮啮合。从而能够对齿条的位置进行精准的控制。本发明的齿条特别适用于如下结构：整个传动结构是步进式的，齿轮是主动的，齿条是被动的。齿轮在驱动机构的驱动下，每次只顺时针或逆时针转动设定角度(设定角度等于360度除以齿轮齿牙的个数)，而不能转动任意的角度，也就是说齿轮每次只转动一个齿牙，每次齿轮停止时，刚好齿轮的一个齿牙与齿条的一个齿槽完全地啮合。此时齿轮无需设置位置监控机构，由于本发明的齿条自带位置监测的功能，因此无论齿轮怎么转动，当齿轮停下时，控制器可以根据第一光强检测器的信号，获知齿条的位置，从而进行位置控制。

另外，为了防止齿轮和齿条脱离，可以对齿轮的转动范围进行限制，即齿条移动至两侧的最端部位置时，齿轮的齿牙至少与齿条最端部的齿槽是啮合的。理论上，无论齿轮在能够到达的哪个角度停止，都应该有且只有一个第二透光镜被第二激光发射器的光束穿过，因此在特定状态下(所述特定状态指的是其中一个活动柱处于最低状态，其余的活动柱均处于最高状态，即齿轮的一个齿牙与齿条的一个齿槽完全地啮合)，第二光强检测器的测量值应该是在设定范围内的，如果不在说明出现了故障，例如压缩弹簧失去弹性，活动柱无法复位等。此时报警提醒维护。之所以是设定范围而不是设定值，是考虑到测量的误差。设定范围等于设定值加减一个误差。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。