一种齿轮副驱动机构及含有其的摄影机械臂的制作方法

本发明涉及驱动控制领域，特别是涉及一种齿轮副驱动机构及含有其的摄影机械臂。

背景技术：

驱动系统的运动精度一直是机械学的主要研究方向。但是在影视行业的摄影机器人行业中，驱动系统在满足一定精度的条件下，对轨道的铺设速度要求高一些，以满足多场景拍摄需求。

当前已有的摄像机驱动控制系统为美国generallift.smkgenuflex，英国的mrmc的milo、bolt以及中国的奥视佳(othka)。这三个公司的产品，轨道驱动全部采用减速器输出端齿轮直接与齿条啮合的驱动方式。轨道的铺设通常需要提前一天进行。

减速器输出端齿轮与齿条的直接啮合，可以保证单方向运动时啮合状态一致。当轨道距离较长时，轨道的拼接非常耗时。在影视拍摄中，经常更换拍摄场地。而且即使是同一场景，拍摄的角度也需要变换。故以前的方案无法满足现场快速需求。

由此可见，上述现有的驱动机构在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。如何能创设一种在装配精度要求低、装配速度快的情况下能传动安全稳定的驱动机构，成为当前业界极需改进的目标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种在装配精度要求低、装配速度快的情况下能传动安全稳定的驱动机构及摄影机械臂，使其可满足影视现场的多场景、多角度拍摄需求。

为解决上述技术问题，本发明提供采用如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种齿轮副驱动机构，包括安装板、输出轴连接有齿轮的动力机构、杠杆型结构件、旋转支点结构及弹性顶压机构；所述杠杆型结构件通过旋转支点结构可转动安装在所述安装板上，所述杠杆型结构件的一端与动力机构固定连接；所述杠杆型结构件的另一端与弹性顶压机构的弹性端压紧配合；所述弹性顶压机构固定安装在安装板上。

作为本发明进一步地改进，所述动力机构包括驱动电机及与驱动电机连接的减速器，所述减速器固定安装在杠杆型结构件的一端；所述减速器的输出轴连接有所述齿轮；所述输出轴为竖向输出轴，所述齿轮为水平齿轮。

进一步地，所述旋转支点结构包括旋转空心轴及支撑空心轴；所述支撑空心轴的下端与安装板上表面固定连接，所述旋转空心轴的上端与杠杆型结构件的下表面固定连接；所述旋转空心轴套装在支撑空心轴中且两者可相互转动连接。

进一步地，所述旋转支点结构还包括旋转空心轴盖板，所述旋转空心轴盖板位于支撑空心轴内部下端，且所述旋转空心轴盖板与旋转空心轴下端连接。

进一步地，所述弹性顶压机构为具有弹簧的弹性顶压机构，还包括弹簧预紧调整部件。

进一步地，所述弹性顶压机构包括手轮安装基座、手轮、手轮杆安装端盖、手轮杆、锁紧螺母、弹簧、顶压杆导向端盖、顶压杆、弹簧外套筒及输出端缓冲套筒；所述手轮安装基座固定在安装板上，所述手轮与手轮杆连接，手轮杆穿过所述手轮安装基座的垂直面与位于手轮安装基座另一侧面的手轮杆安装端盖连接，所述手轮杆安装端盖固定连接在手轮安装基座上；所述手轮与手轮安装基座之间的手轮杆外通过螺纹连接所述锁紧螺母；所述弹簧外套筒的两端通分别与手轮杆安装端盖和顶压杆导向端盖连接；所述顶压杆与顶压杆导向端盖连接，顶压杆前端与输出端缓冲套筒连接；所述弹簧设置在弹簧外套筒内，弹簧两端分别贴合在顶压杆和手轮杆的安装槽内。

进一步地，所述杠杆型结构件中，旋转支点结构与输出轴之间的距离小于旋转支点结构与弹性顶压机构的弹性端之间的距离。

进一步地，所述杠杆型结构件包括位于同一平面内依次连接的第一、二、三、四支臂，所述第一、二、三支臂连接组成凹字形，旋转支点结构连接在第一、二支臂的连接端下方，第四支臂与第二支臂平行且向凹字形外侧延伸；所述第四支臂末端连接有与弹性顶压机构的弹性端配合的垂直端面。

另一方面，本发明提供了一种摄影机械臂，包括水平旋转机构，所述水平旋转机构包括上述的的齿轮副驱动机构，形成齿轮驱动齿圈的驱动方式。

再一方面，本发明提供了一种摄影机械臂，为轨道式摄影机械臂，所述轨道式摄影机械臂包括上述的齿轮副驱动机构，形成齿轮驱动齿条的驱动方式。

通过采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

1、本发明通过采用弹性顶压作用下的齿轮副，通过压力，实现齿轮副间实时紧密的动态啮合，大大增加了传动的平稳性，降低了装配精度和减少了装配时间。

2、弹性顶压机构使得驱动机构更加安全。当机构运动遇到阻碍时，过大的齿轮压力会顶压弹簧运动，使得齿轮空转；驱动机构具备过载保护功能。

3、传动时需要较大的顶压力抵消齿轮副的压力角产生的分离力，杠杆型结构件减少了弹簧的输出强度，有利于简化顶压弹簧结构自身强度需求。

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是本发明实施例中齿轮副驱动机构的整体结构示意图；

图2是实施例中旋转支点结构示意图；

图3是实施例中弹性顶压机构的结构示意图(含弹簧外套筒)；

图4是实施例中弹性顶压机构的结构示意图(不含弹簧外套筒)

图5是实施例中齿轮副驱动机构的应用示意图。

具体实施方式

本实施例提供了一种齿轮副驱动机构，如图1所示，该齿轮副驱动机构包括安装板10、输出轴连接有齿轮103的动力机构1、杠杆型结构件2、旋转支点结构3及弹性顶压机构4；其中，杠杆型结构件2通过旋转支点结构3可转动安装在安装板10上，杠杆型结构件2的一端与动力机构1固定连接；杠杆型结构件2的另一端与弹性顶压机构4的弹性端压紧配合；弹性顶压机构4固定安装在安装板10上。

上述齿轮副驱动机构是以旋转支点结构3作为支撑点，一端悬臂安装有动力机构1，另一端与弹性顶压机构4配合，即输出轴上的齿轮103位置可调，其调整量作用在弹性顶压机构4上；通过采用弹性顶压作用下的齿轮副，通过压力，可以实现齿轮副间实时紧密的动态啮合，大大增加了传动的平稳性。

以摄影机械臂为例，摄影机械臂如采轨道式驱动形式，则可采用上述的驱动机构与直线轨道齿条配合，该种方式降低了直线轨道拼接时的精度需求，间接提高了轨道拼接速度，减少了拼接装配时间，可满足摄影现场的多场景拍摄需求。

同样，以摄影机械臂为例，摄影机械臂一般具有水平旋转及俯仰机构，其中的水平旋转机构即可采用上述的驱动机构，采用齿轮驱动齿圈的驱动方式(如图5所示)，通过该种方式，当机构运动遇到阻碍时，过大的齿轮压力会顶压弹性顶压机构弹性运动，使得齿轮空转；驱动机构具备过载保护功能，能安全稳定运行。

下面对上述齿轮副驱动机构的具体结构进行详细说明。

如图1所示，动力机构1包括驱动电机101及与驱动电机101固定连接的减速器102，减速器102输出轴所在安装面通过螺栓与杠杆型结构件2的一端(输出端)连接；减速器102的输出轴通过螺纹连接有齿轮103，齿轮103通过键传动；上述驱动电机、减速器、齿轮的类型不限，可根据实际需要任意选择。本实施例对于在水平面内工作的齿轮传动非常有效。例如水平齿轮齿条传动驱动、水平齿轮齿圈传动驱动。

配合图1所示，杠杆型结构件2中，支点两侧的杠杆采用一长一短的形式，其中，旋转支点结构3与输出轴之间的距离小于旋转支点结构3与弹性顶压机构4的弹性端之间的距离。由于传动时需要较大的顶压力抵消齿轮副的压力角产生的分离力，杠杆型结构件2的上述设计，减少了弹性顶压机构的弹簧的输出强度，有利于简化弹簧自身强度需求。

具体地，杠杆型结构件2包括位于同一平面内依次连接的第一支臂201、第二支臂202、第三支臂203、第四支臂204，第一支臂201、第二支臂202、第三支臂203连接组成凹字形，旋转支点结构3连接在第一支臂201与第二支臂202的连接端下方，第四支臂204与第二支臂202平行且向凹字形外侧延伸；第四支臂204末端连接有与弹性顶压机构4的弹性端配合的垂直端面205。通过上述曲折设计，可以在有限的空间内，合理安排动力机构1与弹性顶压机构4的位置，同时，能使弹性顶压机构4发挥最大的作用力。

配合图2所示，旋转支点结构3包括旋转空心轴301及支撑空心轴302；支撑空心轴302的下端通过螺栓与安装板10上表面固定连接，旋转空心轴301的上端通过螺栓与杠杆型结构件2的下表面(支点端)固定连接；旋转空心轴301套装在支撑空心轴302中且两者可相互转动连接。旋转支点结构3还包括旋转空心轴盖板303，旋转空心轴盖板303位于支撑空心轴302内部下端，且旋转空心轴盖板303与旋转空心轴302下端通过螺纹连接。旋转支点结构3通过空心轴的设计，获得了较高的结构刚度。

配合图3、4所示，弹性顶压机构4包括手轮安装基座401、手轮402、手轮杆安装端盖403、手轮杆404、锁紧螺母405、弹簧406、顶压杆导向端盖407、顶压杆408、弹簧外套筒409及输出端缓冲套筒410；其中，手轮安装基座401通过螺栓固定在安装板10上，手轮402通过过盈配合与手轮杆404的矩形端连接，手轮杆404穿过手轮安装基座401的垂直面与位于手轮安装基座401另一侧面的手轮杆安装端盖403连接，手轮杆安装端盖403通过均布螺栓固定连接在手轮安装基座401的垂直面上；手轮402与手轮安装基座401之间的手轮杆404外通过螺纹连接锁紧螺母405，通过锁紧螺母405，固定手轮杆404相对于手轮安装基座401的位置；弹簧外套筒409的两端通分别通过螺纹与手轮杆安装端盖403和顶压杆导向端盖407连接；顶压杆408与顶压杆导向端盖407连接，顶压杆408前端通过螺纹与输出端缓冲套筒410连接；弹簧406设置在弹簧外套筒409内，弹簧406两端分别贴合在顶压杆408和手轮杆404的圆柱安装槽内。

上述弹性顶压机构4为具有弹簧的弹性顶压机构，通过手轮及锁紧螺母作为弹簧预紧调整部件，在使用时，根据现场实际需求，通过调整手轮，在配合锁紧螺母，使得弹性顶压机构的弹性端(作用端)施加适当的压力于杠杆型结构件2的输入端端面，进而使得动力机构的齿轮与齿条(或者齿圈)紧密接触；另外，通过设置弹簧外套筒，使弹簧处于内置状态，可靠性高，同时具有防尘效果。

综上所述，本发明采用弹性杠杆顶压作用下的齿轮副(齿轮与齿条或齿轮与齿圈)，通过压力，实现了齿轮副间实时紧密的动态啮合，在保证传动安全稳定的同时，降低了装配精度，提高了装配速度，满足了影视现场的多场景、多角度的拍摄需求，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。