一种用于激光跟踪的空间二自由度转动装置的制作方法

本实用新型涉及激光跟踪技术领域，具体涉及一种用于激光跟踪的空间二自由度转动装置。

背景技术：

激光跟踪系统是近年来迅速发展并得到了广泛应用的空间三维坐标测量装置。该测量系统测量范围大，测量精度高，携带方便。测量系统的机械结构部分可以实现空间两个自由度的转动，转镜可以随机构进行正交垂直的两个方向上旋转运动，从而实现对目标靶球的跟踪。

天津大学张亚娟的博士毕业论文《单站式激光跟踪坐标测量系统的研究》和哈尔滨工业大学张逸飞《激光跟踪仪快速跟踪测量关键技术研究》分别设计了两种用于激光跟踪的空间二自由度转动装置，两种装置采用伺服电磁电机进行驱动。电磁电机质量大，导致上转动机构的质量大，转动惯量也增大，不利于整个系统的运动控制。电磁电机需要增加减速器等附加机构来驱动负载，增加了摩擦、间隙、弹性变形等非线性因素的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种用于激光跟踪的空间二自由度 转动装置，可以实现空间两个自由度的转动，转镜可以随机构进行正交垂直的两个方向上旋转运动，从而实现对目标靶球的跟踪。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种用于激光跟踪的空间二自由度转动装置，包括上转动机构(1)，下转动机构(2)，竖直轴以及基座(4)，所述竖直轴安装于基座(4)上，所述下转动机构(2)安装于竖直轴上，可以绕竖直轴水平转动；所述的上转动机构(1)安装固定于下转动机构(2)上，可以实现俯仰转动，并且可和下转动机构(2)一起绕竖直轴转动。

进一步的，所述用于激光跟踪的空间二自由度转动装置还包括固定于基座(4)上，且套设于竖直轴外的外套筒(3)。

进一步的，所述的下转动机构(2)包括下驱动支链(21)和下从动支链(22)；所述的下驱动支链(21)包括电机Ⅰ(211)、电机安装板(212)、推力球轴承(213)、联轴器Ⅰ(214)、下驱动轴(215)、驱动齿轮(216)和卡环Ⅰ(217)；所述的电机Ⅰ(211)安装固定于电机安装板(212)上；所述的电机安装板(212)固定安装于基座(4)上；所述的推力球轴承(213)安装于电机安装板(212)的安装孔中，并且和电机Ⅰ(211)配合安装；所述的驱动齿轮(216)安装在下驱动轴(215)上，并且通过联轴器Ⅰ(214)和电机Ⅰ(211)连接；所述的卡环Ⅰ(217)安装于下驱动轴(215)上的沟槽里，固定驱动齿轮(216)；

所述的下从动支链(22)包括角接触球轴承对Ⅰ(221)、下从动轴(222)、角接触球轴承对Ⅱ(223)、轴套(224)、从动齿轮 (225)以及卡环Ⅱ(226)；所述的从动齿轮(225)安装于下从动轴(222)上，通过安装于下从动轴(222)上的轴套(224)和卡环(224)固定；所述的角接触球轴承对Ⅰ(221)和角接触球轴承对Ⅱ(223)分别由两个串联配置的角接触球轴承配对组成，安装于下从动轴(222)和外套筒(3)的安装孔内，所述下从动轴(222)安装于上转动机构(1)上。

进一步的，所述的上转动机构(1)包括上驱动支链(11)、转镜结构(12)、上转动基座(13)和配重支链(14)，所述上转动基座(13)安装于下转动机构(2)上。

进一步的，所述的上驱动支链(11)包括电机Ⅱ(111)、电机安装架(112)、联轴器Ⅱ(113)、上驱动轴(114)以及角接触球轴承对Ⅲ(115)，所述的电机Ⅱ(111)通过电机安装架(112)固定安装于上转动基座(13)上，所述的上驱动轴(114)通过联轴器Ⅱ(113)和电机Ⅱ(111)连接，穿过上转动基座(13)和角接触球轴承对Ⅲ(115)与转镜基座(121)连接；所述的角接触球轴承对Ⅲ(115)由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于上驱动轴(114)和上转动基座(13)的安装孔内。

进一步的，所述的转镜结构(12)包括转镜(122)和转镜基座(121)；所述的转镜(122)固定安装于转镜基座(121)上。

进一步的，所述的配重支链(14)包括配重块(141)、配重轴(142)以及角接触轴承对Ⅳ(143)；所述的配重块(141)安装固定于配重轴(142)上；所述的配重轴(142)穿过上转动基座(13) 和角接触球轴承对Ⅳ(143)与转镜基座(121)连接；所述的角接触球轴承对Ⅳ(143)由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于配重轴(142)和上转动基座(13)的安装孔内。

进一步的，所述的电机Ⅰ(211)采用超声电机。

进一步的，所述电机Ⅱ(111)采用超声电机。

本实用新型的有益效果为：本装置的转动机构转动灵活、易控制，采用超声电机驱动，规避了传统电磁电机的缺点，减少了附加机构的摩擦、间隙等非线性因素的影响，具有无间隙、高刚度、结构紧凑、质量轻的特点。

附图说明

图1为本实用新型具体实施例的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例的下转动机构爆炸图；

图3为本实用新型具体实施例的上转动机构爆炸图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本实用新型的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本实用新型的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本实用新型保护的范围。

参照图1，一种用于激光跟踪的空间二自由度转动装置，包括上转动机构1，下转动机构2，竖直轴、外套筒3以及基座4，竖直轴安装于基座4上，下转动机构2安装于竖直轴上，可以绕竖直轴水平 转动；上转动机构1安装固定于下转动机构2上，可以实现俯仰转动，并且可和下转动机构2一起绕竖直轴转动。

进一步参考图2，所述的下转动机构2包括下驱动支链21和下从动支链22；所述的下驱动支链21包括电机Ⅰ211、电机安装板212、推力球轴承213、联轴器Ⅰ214、下驱动轴215、驱动齿轮216和卡环Ⅰ217；所述的电机Ⅰ211安装固定于电机安装板212上；所述的电机安装板212固定安装于基座4上；所述的推力球轴承213安装于电机安装板212的安装孔中，并且和电机Ⅰ211配合安装；所述的驱动齿轮216安装在下驱动轴215上，并且通过联轴器214和电机Ⅰ211连接；所述的卡环Ⅰ217安装于下驱动轴215上的沟槽里，固定驱动齿轮216；所述的下从动链22包括角接触球轴承对Ⅰ221、下从动轴222、角接触球轴承对Ⅱ223、轴套224、从动齿轮225以及卡环Ⅱ226；所述的从动齿轮225安装于下从动轴上222，通过安装于下从动轴上222的轴套224和卡环224固定；所述的角接触球轴承对Ⅰ221和角接触球轴承对Ⅱ223分别由两个串联配置的角接触球轴承配对组成，安装于下从动轴222和外套筒3的安装孔内。

进一步参考图3，所述的上转动机构1包括上驱动支链11、转镜结构12、上转动基座13和配重支链14；所述的上驱动支链11包括电机Ⅱ111、电机安装架112、联轴器Ⅱ113、上驱动轴114以及角接触球轴承对Ⅲ115。所述的电机Ⅱ111通过电机安装架112固定安装于上转动基座13上。所述的上驱动轴114通过联轴器Ⅱ113和电机Ⅱ111连接，穿过上转动基座13和角接触球轴承对Ⅲ115与转镜基座 121连接；所述的角接触球轴承对Ⅲ115由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于上驱动轴114和上转动基座13的安装孔内。所述的转镜结构12包括转镜122和转镜基座121；所述的转镜122固定安装于转镜基座121上；所述的上转动基座13和下从动轴222固定安装；所述的配重支链14包括配重块141、配重轴142以及角接触轴承对Ⅳ143；所述的配重块141安装固定于配重轴142上；所述的配重轴142穿过上转动基座13和角接触球轴承对Ⅳ143与转镜基座121连接；所述的角接触球轴承对Ⅳ143由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于配重轴142和上转动基座13的安装孔内。

所述的电机Ⅰ211和电机Ⅱ111均采用超声电机。

工作时，将空间二自由度转动装置放置于平坦的支撑物上，激光束穿过下从动轴222，并且经过转镜122发射到反射靶球上。当反射靶球位置变动时，空间二自由度转动装置进行两个自由度的运动，保证激光束一直跟踪到反射靶球上。

需要说明的是，以上所述只是本实用新型的较佳实施例而已，本实用新型并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。