本發(fā)明涉及一種回轉(zhuǎn)分度裝置及分度方法，屬于精密分度領(lǐng)域，特別是大負(fù)載、大回轉(zhuǎn)半徑、回轉(zhuǎn)角度不超過90°的精密分度領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

眾所周知，精密分度在一些儀表、數(shù)控加工領(lǐng)域出現(xiàn)，其常見的形式是在負(fù)載與電機(jī)之間裝一個(gè)大傳動(dòng)比的減速器，減速器中往往具有速比很大的蝸輪蝸桿傳動(dòng)，而蝸輪蝸桿傳動(dòng)在加工安裝成本、潤滑、磨損等方面又存在比較突出的問題，故此，現(xiàn)有回轉(zhuǎn)分度裝置傳動(dòng)力矩較小。而在一些仰俯機(jī)構(gòu)(仰俯角一般小于90度)中，負(fù)載可達(dá)數(shù)噸，這就需要一種能夠傳遞大扭矩的精密分度裝置。因此，現(xiàn)有技術(shù)當(dāng)中亟需要一種新型的技術(shù)方案來解決這一問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種回轉(zhuǎn)分度裝置及分度方法，它利用控制器對(duì)直線運(yùn)動(dòng)單元的直線位移輸入量和負(fù)載的回轉(zhuǎn)角度輸出量進(jìn)行運(yùn)算，并將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而控制負(fù)載回轉(zhuǎn)到指定角度位置。

本發(fā)明提供的一種回轉(zhuǎn)分度裝置至少包括：基座、直線運(yùn)動(dòng)單元、運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置、導(dǎo)向單元、負(fù)載、位置檢測(cè)裝置、控制器；

所述直線運(yùn)動(dòng)單元與所述基座連接，其提供精確的直線位移及直線移動(dòng)動(dòng)力，并通過內(nèi)置編碼器將當(dāng)前的位置反饋給所述控制器，它至少包括伺服電機(jī)與直線位移運(yùn)動(dòng)輸出接口；

所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置與所述直線運(yùn)動(dòng)單元的直線位移運(yùn)動(dòng)輸出接口連接，并在直線運(yùn)動(dòng)單元的驅(qū)動(dòng)下作直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)輸出模塊為滾輪或者滑塊；

所述導(dǎo)向單元至少具有起導(dǎo)向作用的圓弧形導(dǎo)軌或者轉(zhuǎn)軸，其安裝在所述基座上，并對(duì)所述負(fù)載進(jìn)行導(dǎo)向；

所述負(fù)載為回轉(zhuǎn)分度裝置的角度定位輸出單元，它在所述導(dǎo)向單元的導(dǎo)向下能夠作圓周運(yùn)動(dòng)，它至少包括一個(gè)接觸板，接觸板與運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊接觸，并且接觸的形式為線接觸或面接觸；

所述位置檢測(cè)裝置用于檢測(cè)所述負(fù)載的位移，并反饋給所述控制器；

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊為滾輪時(shí)，其與負(fù)載上的接觸板的接觸形式表現(xiàn)為線接觸。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊為滑塊時(shí)，其與負(fù)載上的接觸板的接觸形式表現(xiàn)為面接觸。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述負(fù)載上的接觸板共有兩塊，所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊位于兩個(gè)接觸板之間。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述伺服電機(jī)內(nèi)置編碼器，并且具備抱閘功能。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述伺服電機(jī)抱閘，使得直線運(yùn)動(dòng)輸出接口以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置保持不動(dòng)，由于所述運(yùn)動(dòng)輸出模塊與接觸板的限位關(guān)系，負(fù)載卡死在指定位置。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述負(fù)載的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由所述直線運(yùn)動(dòng)單元的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化而來的。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述回轉(zhuǎn)分度裝置應(yīng)用于水平回轉(zhuǎn)分度或傾斜回轉(zhuǎn)(傾斜角度一般小于10°)分度時(shí)，所述負(fù)載是在轉(zhuǎn)軸的約束下作圓周運(yùn)動(dòng)，并且位置檢測(cè)裝置安裝在轉(zhuǎn)軸附近。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述回轉(zhuǎn)分度裝置作為小角度精密微調(diào) 裝置，并與其他常規(guī)回轉(zhuǎn)臺(tái)組合后，能實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)分度。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置，其特征在于：所述回轉(zhuǎn)分度裝置應(yīng)用于垂直回轉(zhuǎn)分度(仰俯分度)或傾斜回轉(zhuǎn)(傾斜角不限)分度時(shí)，該裝置不包括轉(zhuǎn)軸，所述負(fù)載是在圓弧形導(dǎo)軌的導(dǎo)向下作圓周運(yùn)動(dòng)，并且位置檢測(cè)裝置安裝在圓弧形導(dǎo)軌附近。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置的分度方法，其特征在于：所述位置檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)反饋所述負(fù)載的位移，所述直線運(yùn)動(dòng)單元通過內(nèi)置的編碼器實(shí)時(shí)反饋當(dāng)前的直線位移，所述控制器通過對(duì)上述的反饋量進(jìn)行運(yùn)算，并控制直線運(yùn)動(dòng)單元運(yùn)動(dòng)作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置一并作直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置推動(dòng)負(fù)載，在導(dǎo)向單元的導(dǎo)向下，負(fù)載旋轉(zhuǎn)到指定角度位置。

通過上述設(shè)計(jì)方案，本發(fā)明帶來的有益效果為：本發(fā)明利用直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的形式，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)分度裝置的分度，在保證分度的精確性基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)大回轉(zhuǎn)半徑、大力矩的輸出；能夠充分利用直線驅(qū)動(dòng)技術(shù)(如：直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)、伺服電機(jī)配減速器及滾珠絲杠的技術(shù))在技術(shù)成熟度、標(biāo)準(zhǔn)化程度、精密性、潤滑、反向間隙等方面的優(yōu)勢(shì)，簡化分度裝置的結(jié)構(gòu)；利用特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，伺服電機(jī)抱閘，以及運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊與接觸板的限位關(guān)系，實(shí)現(xiàn)分度裝置的可靠定位。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)分度裝置的第一種應(yīng)用情況下的總體結(jié)構(gòu)示意圖。(第一實(shí)施方式)

圖2是運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置采用滾輪作為運(yùn)動(dòng)輸出模塊的示意圖。(第一實(shí)施方式)

圖3是運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置采用滑塊作為運(yùn)動(dòng)輸出模塊的示意圖。(第一實(shí)施方式)

圖4是本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)分度裝置的運(yùn)行原理示意圖。(第一實(shí)施方式)

圖5是本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)分度裝置分度方法所涉及的直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化關(guān)系的計(jì)算原理示意圖。(第一實(shí)施方式)

圖6是本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)分度裝置的第二種應(yīng)用情況下的總體結(jié)構(gòu)示意圖。(第二實(shí)施方式)

具體實(shí)施方式

下面，基于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

第一實(shí)施方式

圖1～圖5示出本發(fā)明的第一實(shí)施方式。

本發(fā)明一種回轉(zhuǎn)分度裝置的第一種應(yīng)用情況下的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要應(yīng)用于垂直回轉(zhuǎn)分度(仰俯分度)或傾斜回轉(zhuǎn)(傾斜角不限)分度場(chǎng)合，該回轉(zhuǎn)分度裝置至少包括用于支撐的基座(1)、用于提供驅(qū)動(dòng)力的直線運(yùn)動(dòng)單元(2)、與所述直線運(yùn)動(dòng)單元固定聯(lián)結(jié)并推動(dòng)負(fù)載的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置(3)、起導(dǎo)向作用的導(dǎo)向單元4(即圓弧形導(dǎo)軌(4.1))、作為角度輸出并定位的負(fù)載(5)、檢測(cè)所述負(fù)載輸出位移的位置檢測(cè)裝置(6)、對(duì)直線運(yùn)動(dòng)單元(2)進(jìn)行控制的控制器(7)。

所述直線運(yùn)動(dòng)單元(2)與所述基座(1)連接，其提供精確的直線位移及直線移動(dòng)動(dòng)力，并通過內(nèi)置編碼器將當(dāng)前的位置反饋給所述控制器(7)，它至少包括伺服電機(jī)(2.1)與直線位移運(yùn)動(dòng)輸出接口(2.2)；

如圖1、圖2和圖3所示，所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置(3)與所述直線運(yùn)動(dòng)單元(2)的直線位移運(yùn)動(dòng)輸出接口(2.2)連接，并在直線運(yùn)動(dòng)單元(2)的驅(qū)動(dòng)下作直線運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)輸出模塊(3.1)采用滾輪或者滑塊；

所述圓弧形導(dǎo)軌(4.1)與所述基座(1)連接，并對(duì)所述負(fù)載(5)進(jìn)行導(dǎo)向以及承載作用；

所述負(fù)載(5)為回轉(zhuǎn)分度裝置的角度定位輸出單元，它在所述圓弧形導(dǎo)軌(4.1)的導(dǎo)向下能夠作圓周運(yùn)動(dòng)，它至少包括一個(gè)接觸板(本例共有兩個(gè)，包括接觸板(5.1)、接觸板(5.2))，所述接觸板(5.1)以及接觸板(5.2)位于所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置中的運(yùn)動(dòng)輸出模塊(3.1)的兩側(cè)，并且接觸的形式為線接觸或面接觸；

所述位置檢測(cè)裝置(6)用于檢測(cè)所述負(fù)載(5)的位移量，并反饋給所述控制器(7)，其安裝在圖1所示的位置一；

所述控制器(7)根據(jù)上述反饋量作運(yùn)算，并控制所述直線運(yùn)動(dòng)單元(2)作直線運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置(3)一并作直線運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置(3)推動(dòng)所述負(fù)載(5)，在所述圓弧形導(dǎo)軌(4.1)的導(dǎo)向下，所述負(fù)載(5)旋轉(zhuǎn)到指定角度位置。

一種回轉(zhuǎn)分度裝置的分度方法，如圖4和圖5所示：基于運(yùn)算，結(jié)合將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)分度裝置，實(shí)現(xiàn)精確的角度定位輸出；

a.當(dāng)給定輸入量后，控制器根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系以及減速比輸出脈沖量，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)(即直線運(yùn)動(dòng)單元)作直線運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象(即負(fù)載)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；

b.位置檢測(cè)裝置實(shí)時(shí)反饋控制對(duì)象的位移(即輸出量)，控制器根據(jù)輸出量以及輸入量做插補(bǔ)運(yùn)算，并輸出補(bǔ)償脈沖量，使得控制對(duì)象(即負(fù)載)精確地回轉(zhuǎn)到指定位置；

現(xiàn)以所述負(fù)載順時(shí)針旋轉(zhuǎn)分度為例，說明直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系如下：

如圖5所示，假設(shè)所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)半徑為r，負(fù)載的回轉(zhuǎn)中心到所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置的滾子中心的垂直方向距離為a，滾子半徑為r，負(fù)載上的接觸板摩擦 面與回轉(zhuǎn)半徑平行且間距為e，則當(dāng)負(fù)載順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度為φ時(shí)，所述運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化裝置從位置p移動(dòng)至位置q，移動(dòng)距離為s，那么可以得出直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算公式：

對(duì)于插補(bǔ)運(yùn)算，可假設(shè)旋轉(zhuǎn)角度變化量為δφ，移動(dòng)距離變化量為δs，則兩者關(guān)系可表達(dá)成：

優(yōu)選一：可取r＝e，則直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算公式變?yōu)椋?/p>

s＝a×tanφ

插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，變化量關(guān)系變?yōu)椋害膕＝a×tan(φ+δφ)-a×tan(φ)。

優(yōu)選二：可取e＝0，則直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算公式變?yōu)椋?/p>

插補(bǔ)運(yùn)算時(shí)，變化量關(guān)系變?yōu)椋?/p>

應(yīng)該指出的是，所述負(fù)載(5)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分度時(shí)，直線運(yùn)動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系計(jì)算公式可以類似的得出。

第二實(shí)施方式

接著，基于圖6對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。

在第一實(shí)施方式中，所述負(fù)載(5)是依靠圓弧形導(dǎo)軌(4.1)的進(jìn)行導(dǎo)向的，并且圓弧形導(dǎo)軌還可以起到承載作用，這在垂直回轉(zhuǎn)分度(仰俯分度)或傾斜回轉(zhuǎn)(傾斜角不限)分度場(chǎng)合是有優(yōu)勢(shì)的，而在水平回轉(zhuǎn)分度中，轉(zhuǎn)軸的設(shè)置， 無論從加工角度還是安裝調(diào)試角度，都具有明顯優(yōu)勢(shì)，有鑒于此，在第二實(shí)施方式中，增加轉(zhuǎn)軸(4.2)，同時(shí)將位置檢測(cè)裝置(6)安裝在圖6所示的位置二。

根據(jù)該第二實(shí)施方式，所述負(fù)載(5)是依靠轉(zhuǎn)軸(4.2)的進(jìn)行導(dǎo)向的，圓弧形導(dǎo)軌只是起到承載作用，此種實(shí)施方式也能夠?qū)崿F(xiàn)圖2、圖3、圖4以及圖5所述的各種結(jié)構(gòu)與功能，保證負(fù)載精確地回轉(zhuǎn)到指定位置，同時(shí)該回轉(zhuǎn)分度裝置可以作為小角度精密微調(diào)裝置，與其他常規(guī)回轉(zhuǎn)臺(tái)組合后，能夠?qū)崿F(xiàn)360°回轉(zhuǎn)分度。

總之，由于直線驅(qū)動(dòng)(運(yùn)動(dòng))技術(shù)比較成熟，本發(fā)明涉及的分度裝置在進(jìn)行非標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí)優(yōu)勢(shì)顯著；若直線驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī)+滾珠絲杠形式，則在潤滑方面效果更好，當(dāng)配合電機(jī)抱閘時(shí)，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的鎖定。

本發(fā)明不局限于上述實(shí)施例，它可以作為獨(dú)立的分度裝置進(jìn)行小角度精確分度，也可以作為精密微調(diào)機(jī)構(gòu)配合其它常規(guī)分度形式實(shí)現(xiàn)360度回轉(zhuǎn)分度，凡采用本發(fā)明已指出的設(shè)計(jì)方式或者設(shè)計(jì)思路，均應(yīng)認(rèn)為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。