专利名称：一种多自由度运动姿态角检测机构的制作方法
技术领域：
一种多自由度运动姿态角检测机构按术领域本实用新型涉及一种多自由度运动姿态角检测机构。
技术背景电机位置姿态测量常采用两个光电编码器和球铰结构来确定球电机的运动 姿态，经过研究发现，球铰结构在加工时对心比较困难，而且当使用不同的球 转子时，就需要有不同的球铰结构与之相对应，这对于电机性能的检测造成了 很大的难度。另外，这类结构只适合两自由度的球电机，不能用三个自由度的 球电机。 发明内容本实用新型的目的在于提供一种多自由度运动姿态角检测机构。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是姿态角检测机构包括两 根连杆，两个光电编码器、两块转动滑块、调心轴承、轴承安装座和两块安装 底板；两块安装底板的轴承孔中分别装与各自的转动滑块的下端转动连接，两块转动滑块的上端分别装有光电编码器，两根连杆分别与各自的转动滑块孔滑动连接，两根连杆的一端分别与装有调心轴承的轴承安装座成90°连接，其中 一根连杆的一端是与轴承一个安装座铰接连接，另一根连杆的一端与另一个轴 承安装座固定连接。所述的两根连杆与调心轴承均安装在同一平面内。多自由度电机运动姿态可由电机定子(可电磁定子、超声波定子)驱动决 定，通过对定子的控制，可控制球转子的运动速度和转向，通过姿态检测机构 可编程控制球转子转向各个方向(表现在球转子输出轴向各个方向的偏转)。在 检测球转子的运动姿态上，国外采用球铰结构和两光电编码器组合检测，可由 于球绞结构实现困难，采用了调心轴承和连杆的测量结构后，球转子的运动姿 态角度通过光电编码器上的转角反映来实现。本实用新型具有的有益效果是-1. 此检测机构可检测各类性的电机工作位置检测，提高了检测机构的通用性。2. 此结构可实现多自由度位置检测控制。3. 整体结构简单，加工方便。4.控制检测精度较高。
图1是姿态角检测机构安装示意图； 图2是姿态角检测机构结构示意图； 图3是图2的A-A剖视放大图；图4是图2的姿态角检测机构中转动连接的B-B剖视图； 图5是图2的C向视图。图中a、输出轴，b、姿态检测机构，c、球转子，d、定子，1、连杆，2、 滑块，3、安装底板，4、安装螺孔，5、螺栓，6、螺母，7、调心轴承，8、轴 承安装座，9、连接销，10、安装底板，11、滑块，12连杆，13、光电编码器， 14、光电编码器，15、安装螺钉具体实施方式
如图l、图2、图3、图4、图5所示，姿态角检测机构b包括两根连杆l、 12，两个光电编码器14、 13、两块转动滑块2、 11、调心轴承7、轴承安装座 10和两块安装底板3、 10;两块安装底板3、 10的轴承孔中分别装与各自的转 动滑块2、 11的下端转动连接，安装块通过安装螺钉4、 15安装固定在电机机 体上，两块转动滑块2、 11的上端分别装有光电编码器14、 13，两根连杆1、 12分别与各自的转动滑块2、 ll孔滑动连接，两根连杆l、 12的一端分别与装 有调心轴承7的轴承安装座10成90°连接，其中一根连杆1的一端是与轴承一 个安装座采用连接销8铰接连接(图4、图5中表示转动连接的示意图)，另一根 连杆12的一端与另一个轴承安装座采用螺栓5和螺母6固定连接。 所述的两根连杆1 、 12与调心轴承7均安装在同一平面内。 而对于球铰的实现，采用了调心轴承和连杆的测量结构，如图1、图2所示， 在球转子上安装输出轴(其轴线通过球心)，输出轴上装有能两自由度回转的调 心轴承，在调心轴承的轴承座圆环上与各自光电编码器相联的连杆连接，两连 杆与调心轴承在同一平面内(这一平面与四个行波定子组成平面平行)，当输出 轴在中心位置时(即输出轴轴线垂直于四个行波定子组成的平面时)，两连杆是 互相垂直的，即各连杆中心线与调心轴承中心相交，球转子转动时，调心轴承 也随之向外移动并且两自由度转动，其轴承中心仍在两连杆组成的平面内。另 外，各连杆与各光电编码器轴线垂直相交，连杆可在与光电编码器轴的相交点 滑动，并带动光电编码轴回转，同时，为避免出现冗余自由度，连杆1与调心 轴承座圆环固连，连杆2与调心轴承座圆环铰接，这样做，输出轴偏离中心位
置时，即球转子运动姿态变化时，连杆1中心线继续保持通过调心轴承中心， 而连杆2中心线则不能保证通过调心轴承中心，采用了上述运动姿态测量机构， 可把球转子姿态转化为两个光电编码器的转角，也把球转子的姿态转化为测量 机构平面内调心轴承中心的位置及其相应运动轨迹,而且在加工上也比较经济可 靠。另外，若球转子的输出轴连接上光电编码器，就能实现第三个姿态角的检1、 轴承安装座8和调心轴承7见图2、图4、图5:轴承安装座除了安装调 心轴承外，另外还与连杆相连接，它的一边与连杆用销铰连， 一边与连杆用螺栓螺母固连。而调心轴承为球定子输出轴作运动时在z轴上提供一定的摆动角(摆动角见图1注)，同时可饶Z轴自转，使得光电编码器检测到在水平面(X-Y)上的输出轴的运动点的位置，实现了多自由度运动方向上的控制。2、 姿态检测机构运动的实现原理说明球形转子通过行波定子的组合驱动，可实现多自由度运动，在对球转子输出的姿态进行控制时，需要对球转子的运动姿态进行测量，如图1、图2所示，在球形转子安装输出柄(超声波电机的输出轴)，输出柄通过安装有调心轴承的轴承座与连杆，轴承安装座一端固连，另一端铰接，两连位于同一平面(X-Y水平面)，当输出柄位于转子正中时(与X 轴线和Y轴线组成平面垂直时)，两连杆相互垂直，转子姿态变化时输出柄可在 调心轴承中滑动，而调心轴承则在轴承环中可各个方向转动，与连杆相连的各 滑块分别与光电编码器连接，球转子转动时带动两光电编码器转动，通过几何 关系可把光电编器的转角转换成球形转子的转角，实现了多自由度电机位置控 制。3、 使用时将上述两个为一组的姿态角检测机构装在多自由度球形行波型超 声波电机的输出轴a中，图1中c为球转子，d为定子。当电机开始工作时,如电 机转子输出轴沿X方向摆动角Zxoz= 21度,此时光电编码器13不工作既无检测 信号,连杆12在滑块11中移动即转动角为0度，而光电编码器14有检测信号，连 杆1在滑块2中作移动的同时带动滑块转动即转动角Zyox^21度，此时连杆连同 滑块转过的角度被光电编码器感应得知电机动作方向，通过控制程序控制,控制 定子工作，从而控制电机在不同方向上的工作运动。同理可检测其余各方向电机 的工作位置,从而实现对电机的控制。
权利要求1.一种多自由度运动姿态角检测机构，其特征在于姿态角检测机构(b)包括两根连杆(1、12)，两个光电编码器(14、13)、两块转动滑块(2、11)、调心轴承(7)、轴承安装座(10)和两块安装底板(3、10)；两块安装底板(3、10)的轴承孔中分别装与各自的转动滑块(2、11)的下端转动连接，两块转动滑块(2、11)的上端分别装有光电编码器(14、13)，两根连杆(1、12)分别与各自的转动滑块(2、11)孔滑动连接，两根连杆(1、12)的一端分别与装有调心轴承(7)的轴承安装座(10)成90°连接，其中一根连杆(1)的一端是与轴承一个安装座(1)铰接连接，另一根连杆(12)的一端与另一个轴承安装座(10)固定连接。
2. 根据权利要求1所述的一种多自由度运动姿态角检测机构，其特征在于 所述的两根连杆(l、 12)与调心轴承(7)均安装在同一平面内。
专利摘要本实用新型公开了一种多自由度运动姿态角检测机构。包括两根连杆，两个光电编码器、两块转动滑块、调心轴承、轴承安装座和两块安装底板；两块安装底板的轴承孔中分别装与各自的转动滑块的下端转动连接，两块转动滑块的上端分别装有光电编码器，两根连杆分别与各自的转动滑块孔滑动连接，两根连杆的一端分别与装有调心轴承的轴承安装座成90°连接，其中一根连杆的一端是与轴承一个安装座铰接连接，另一根连杆的一端与另一个轴承安装座固定连接。可检测各类性的电机工作位置检测，提高了检测机构的通用性；此结构可实现多自由度位置检测控制；整体结构简单，加工方便；控制检测精度较高。
文档编号G01D5/26GK201034620SQ20062014066
公开日2008年3月12日 申请日期2006年12月4日 优先权日2006年12月4日
发明者平 傅, 帅光举, 沈润杰, 郭吉丰 申请人:浙江大学