本發(fā)明涉及復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種“單輸入，多輸出”的機(jī)械系統(tǒng)集成化的電機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)中的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把動(dòng)力從機(jī)器的一部分傳遞到另一部分，使機(jī)器或機(jī)器部件運(yùn)動(dòng)或運(yùn)轉(zhuǎn)的構(gòu)件或機(jī)構(gòu)?？茖W(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展及社會(huì)生活水平的不斷提高,促使機(jī)械不斷朝著復(fù)雜化、精密化、集成化的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)已經(jīng)無法滿足機(jī)械發(fā)展的要求。復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)往往存在著相互耦合、相互關(guān)聯(lián)的復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng),需要多個(gè)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)，而且需要在控制方面通過相應(yīng)的硬件和軟件實(shí)現(xiàn)復(fù)雜機(jī)械運(yùn)動(dòng)的耦合、關(guān)聯(lián)。如果機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較大，所需電機(jī)數(shù)量就會(huì)增大，耦合驅(qū)動(dòng)的控制器件也增加，導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)體積增大、質(zhì)量增加，這就違背了集成化的發(fā)展趨勢(shì)，而且耦合關(guān)聯(lián)控制的不穩(wěn)定性也會(huì)影響復(fù)雜機(jī)械傳動(dòng)的效果。因此，對(duì)運(yùn)用于復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)方法和機(jī)構(gòu)的研究成為機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域至關(guān)重要的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了滿足機(jī)械運(yùn)動(dòng)間的耦合和關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)“單輸入，多輸出”的集成裝置，同時(shí)減少電機(jī)的驅(qū)動(dòng)數(shù)量與耦合驅(qū)動(dòng)的控制器件，最小化機(jī)械系統(tǒng)的體積與質(zhì)量；本發(fā)明提供一種正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)“單輸入，多輸出”動(dòng)力轉(zhuǎn)化，大大減少整體機(jī)械系統(tǒng)的體積結(jié)構(gòu)與電機(jī)數(shù)量，在復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)中起著動(dòng)力發(fā)散與傳輸?shù)淖饔谩?/p>

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括殼體，還包括：

兩兩對(duì)稱地正交貫穿在所述殼體上的四根傳動(dòng)軸，各傳動(dòng)軸的軸線位于同一水平面且形狀結(jié)構(gòu)相一致，四個(gè)傳動(dòng)軸位于所述殼體內(nèi)的一端朝同一方向均偏置地設(shè)置有球鉸鏈，兩個(gè)相對(duì)的球鉸鏈之間均連接設(shè)置有可伸縮的轉(zhuǎn)換軸，兩轉(zhuǎn)換軸正交分布，且其中一根轉(zhuǎn)換軸中間沿軸向設(shè)置有供另一轉(zhuǎn)換軸穿過的長(zhǎng)圓孔；

貫穿設(shè)置在所述殼體上的Z軸動(dòng)力主軸，垂直于四根傳動(dòng)軸所在平面且位于四根傳動(dòng)軸相交處，所述Z軸動(dòng)力主軸中部設(shè)置有與所述轉(zhuǎn)換軸貫穿連接的十字形通孔。

進(jìn)一步地，所述的四根傳動(dòng)軸包括X正半軸傳動(dòng)軸、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸、Y正半軸傳動(dòng)軸、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸，其中，所述X正半軸傳動(dòng)軸、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸對(duì)稱地設(shè)置于X軸上，所述的Y正半軸傳動(dòng)軸、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸對(duì)稱地設(shè)置于Y軸上。

進(jìn)一步地，所述的X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，其中，所述X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸、X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸的一端通過相互嵌套實(shí)現(xiàn)伸縮，另一端通過球鉸鏈分別與X正半軸傳動(dòng)軸和X負(fù)半軸傳動(dòng)軸活動(dòng)連接；所述Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸的一端通過相互嵌套實(shí)現(xiàn)伸縮，另一端通過球鉸鏈分別與Y正半軸傳動(dòng)軸和Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸活動(dòng)連接。

進(jìn)一步地，所述Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸中部沿軸向分別設(shè)置有供X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸，X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸的長(zhǎng)圓孔。

進(jìn)一步地，所述Z軸動(dòng)力主軸中部設(shè)置有主軸連接套，所述主軸連接套的外周壁正交地凸出設(shè)置有四個(gè)與所述轉(zhuǎn)換軸相相匹配的空心軸套。從而減少傳動(dòng)部件之間的擠壓壓強(qiáng)，提供使用壽命，便于維護(hù)。

進(jìn)一步地，所述的球鉸鏈包括鉸座、轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述鉸座球形腔體內(nèi)的球體，所述鉸座與相連接的傳動(dòng)軸為一體式結(jié)構(gòu)，所述的球體通過螺紋與轉(zhuǎn)換軸相連接。

進(jìn)一步地，所述的殼體為空心球形結(jié)構(gòu)，包括分體式的上半球和下半球，所述的殼體與傳動(dòng)軸之間設(shè)置有滾動(dòng)軸承，所述的殼體與Z軸動(dòng)力主軸之間設(shè)置有直線旋轉(zhuǎn)襯套。滾動(dòng)軸承接觸面積大，潤(rùn)滑保持良好，抗磨損性能好，潤(rùn)滑油膜具有抗沖擊作用。

進(jìn)一步地，所述鉸座的背面為弧形，其弧度與所述殼體內(nèi)壁的弧度相匹配。這樣，只需在鉸座和所述殼體內(nèi)壁之間留少量間隙即可保證機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行且不會(huì)對(duì)殼體造成碰撞，從而可以最大限度的減少殼體的體積，縮小整個(gè)正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的體積，實(shí)現(xiàn)小型化。

進(jìn)一步地，所述的Z軸動(dòng)力主軸的兩端及傳動(dòng)軸延伸至殼體外的一端均開有便于傳動(dòng)的鍵槽。

進(jìn)一步地，所述的傳動(dòng)軸及Z軸動(dòng)力主軸的材料均為可鍛鑄鐵，該鑄鐵具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，因而保證了連接件的穩(wěn)定性以及緊固性。可鍛鑄鐵的高強(qiáng)度與高彈性保證了整體結(jié)構(gòu)的抗沖擊變形能力，而耐腐蝕能力確保了其在惡劣環(huán)境下依舊能正常工作，增加了其工作適應(yīng)性

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果包括：

單輸入，多輸出：正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的“單輸入，多輸出”傳動(dòng)是指為了實(shí)現(xiàn)集成化功能，通過單一電機(jī)驅(qū)動(dòng)X負(fù)半軸傳動(dòng)軸、X正半軸傳動(dòng)軸、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸、Y正半軸傳動(dòng)軸、Z軸動(dòng)力主軸之一，從而通過它們之間的耦合關(guān)聯(lián)帶動(dòng)其他軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞，減少電機(jī)和控制的使用，真正實(shí)現(xiàn)集成化。正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的“單輸入，多輸出”的功能，減少了電機(jī)數(shù)量以及體積和質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)集成化發(fā)展。同時(shí)，“單輸入，多輸出”可以有限實(shí)現(xiàn)各執(zhí)行件的耦合關(guān)聯(lián)傳動(dòng)，減少控制器件的使用。

多輸入，單輸出：正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的“多輸入，單輸出”傳動(dòng)是指為了提高精度，通過多個(gè)電機(jī)同步驅(qū)動(dòng)單一執(zhí)行件，使執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)更加穩(wěn)定，較少震蕩，減小誤差，從而真正實(shí)現(xiàn)精密化。同時(shí)精密化也是正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的特色之一。正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)能夠通過“多輸入，單輸出”提高精密程度，在傳動(dòng)過程中，即使由于各種電流或電壓變化不一致導(dǎo)致電機(jī)不能完全同步，但由于各輸入的耦合關(guān)聯(lián)，輸出也能正常穩(wěn)定地運(yùn)行，從而提高機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的精密程度。

本發(fā)明提供的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)械原理僅為空間連桿機(jī)構(gòu)，制作簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低廉，而且由于可以極大地減少驅(qū)動(dòng)電機(jī)數(shù)量和減少控制器件的配置，可進(jìn)一步降低機(jī)械系統(tǒng)的成本，提高可靠性和適用性，具有良好的推廣價(jià)值，適用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)集成化發(fā)展領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外觀軸測(cè)圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部軸測(cè)圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)內(nèi)部俯視圖。

圖4為本發(fā)明實(shí)施例的正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)去掉Z軸動(dòng)力主軸后的內(nèi)部連接圖。

圖5為本發(fā)明正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)Z軸動(dòng)力主軸的軸測(cè)圖。

圖中所示：1-X正半軸傳動(dòng)軸；2-Y正半軸動(dòng)力傳動(dòng)軸；3-X負(fù)半軸傳動(dòng)軸；4-Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸；5-X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸；6-Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸；7-X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸；8- Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸；9-滾動(dòng)軸承；10-Z軸動(dòng)力主軸；11-殼體；12-主軸連接套；13-球鉸鏈；14-長(zhǎng)圓孔；15-鉸座；16-球體。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的作進(jìn)一步詳細(xì)地描述，實(shí)施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不因此限定于以下實(shí)施例。

如圖1至圖4所述，一種正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括殼體11，還包括：

兩兩對(duì)稱地正交貫穿在所述殼體11上的四根傳動(dòng)軸，各傳動(dòng)軸的軸線位于同一水平面且形狀結(jié)構(gòu)相一致，四個(gè)傳動(dòng)軸位于所述殼體11內(nèi)的一端朝同一方向均偏置地設(shè)置有球鉸鏈13，兩個(gè)相對(duì)的球鉸鏈13之間均連接設(shè)置有可伸縮的轉(zhuǎn)換軸，兩轉(zhuǎn)換軸正交分布，且其中一根轉(zhuǎn)換軸中間沿軸向設(shè)置有供另一轉(zhuǎn)換軸穿過的長(zhǎng)圓孔14；所述的球鉸鏈13包括鉸座15、轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)置在所述鉸座15球形腔體內(nèi)的球體16，所述鉸座15與相連接的傳動(dòng)軸為一體式結(jié)構(gòu)，所述的球體16通過螺紋與轉(zhuǎn)換軸相連接；

貫穿設(shè)置在所述殼體11上的Z軸動(dòng)力主軸10，垂直于四根傳動(dòng)軸所在平面且位于四根傳動(dòng)軸相交處，所述Z軸動(dòng)力主軸10中部設(shè)置有與所述轉(zhuǎn)換軸貫穿連接的十字形通孔。

具體而言，本實(shí)施例中，所述的四根傳動(dòng)軸包括X正半軸傳動(dòng)軸1、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3、Y正半軸傳動(dòng)軸2、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸4，其中，所述X正半軸傳動(dòng)軸1、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3對(duì)稱地設(shè)置于X軸上，所述的Y正半軸傳動(dòng)軸2、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸4對(duì)稱地設(shè)置于Y軸上。

具體而言，本實(shí)施例中，所述的X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5，X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸7，Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸6，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸8，其中，所述X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5、X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸7的一端通過相互嵌套實(shí)現(xiàn)伸縮，另一端通過球鉸鏈13分別與X正半軸傳動(dòng)軸1和X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3活動(dòng)連接，嵌套伸縮的結(jié)構(gòu)使得X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5與X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸7之間能夠在運(yùn)動(dòng)過程中，隨時(shí)地配合與分離；所述Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸6，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸8的一端通過相互嵌套實(shí)現(xiàn)伸縮，另一端通過球鉸鏈13分別與Y正半軸傳動(dòng)軸2和Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸4活動(dòng)連接。所述Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸6，Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸8中部沿軸向分別設(shè)置有供X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5，X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸7的長(zhǎng)圓孔14，嵌套伸縮的結(jié)構(gòu)及長(zhǎng)圓孔14的設(shè)置，能在運(yùn)動(dòng)過程中使Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸6與Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸8的隨時(shí)配合與分離。

如圖5所述，本實(shí)施例中，所述Z軸動(dòng)力主軸10中部設(shè)置有主軸連接套12，所述主軸連接套12的外周壁正交地凸出設(shè)置有四個(gè)與所述轉(zhuǎn)換軸相相匹配的空心軸套。從而減少傳動(dòng)部件之間的擠壓壓強(qiáng)，提供使用壽命，便于維護(hù)。

具體而言，本實(shí)施例中，所述的殼體11為空心球形結(jié)構(gòu)，包括分體式的上半球和下半球，所述的殼體11與傳動(dòng)軸之間設(shè)置有滾動(dòng)軸承9，所述的殼體11與Z軸動(dòng)力主軸10之間設(shè)置有直線旋轉(zhuǎn)襯套。另外，所述鉸座15的背面為弧形，其弧度與所述殼體11內(nèi)壁的弧度相匹配。這樣，只需在鉸座15和所述殼體11內(nèi)壁之間留少量間隙即可保證機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)行且不會(huì)對(duì)殼體1造成碰撞，從而可以最大限度的減少殼體的體積，縮小整個(gè)正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的體積，實(shí)現(xiàn)小型化。

同時(shí)，所述的Z軸動(dòng)力主軸10的兩端及傳動(dòng)軸延伸至殼體11外的一端均開有便于傳動(dòng)的鍵槽，各傳動(dòng)軸的通過鍵槽與動(dòng)力機(jī)構(gòu)相連接，所述Z軸動(dòng)力主軸10兩端通過鍵槽連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)做周期性的旋轉(zhuǎn)及直線運(yùn)動(dòng)。

另外，在本發(fā)明的一個(gè)可行的實(shí)施例中，所述的傳動(dòng)軸及Z軸動(dòng)力主軸10的材料均為可鍛鑄鐵，鑄鐵具有較高的強(qiáng)度、塑性和沖擊韌性，因而保證了連接件的穩(wěn)定性以及緊固性?？慑戣T鐵的高強(qiáng)度與高彈性保證了整體結(jié)構(gòu)的抗沖擊變形能力，而耐腐蝕能力確保了其在惡劣環(huán)境下依舊能正常工作，增加了其工作適應(yīng)性和耐用性，延長(zhǎng)使用壽命，減少維護(hù)時(shí)間。

上述實(shí)施例的X，Y，Z三軸在空間中形似笛卡爾空間坐標(biāo)系，更大程度地發(fā)揮正交傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的正交轉(zhuǎn)換功能，更好地服務(wù)于機(jī)械系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用。

本發(fā)明的工作原理如下：

工況一

單輸入，多輸出：即利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)X正半軸傳動(dòng)軸1作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，X正半軸傳動(dòng)軸1通過球鉸鏈帶動(dòng)X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5在空間上做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)X正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸5將會(huì)通過旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)Z軸動(dòng)力主軸10同時(shí)沿著其軸線作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)和繞其軸線作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，所述Z軸動(dòng)力主軸10將動(dòng)力輸送至外部裝置的同時(shí)又將帶動(dòng)X負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸7、Y正半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸6、Y負(fù)半軸動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸8的空間運(yùn)動(dòng)，各動(dòng)力轉(zhuǎn)換軸再通過球鉸鏈13帶動(dòng)X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3、Y正半軸動(dòng)力傳動(dòng)軸2、Y負(fù)半軸動(dòng)力傳動(dòng)軸4作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而通過各傳動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的輸出。同理，電機(jī)可以帶動(dòng)任意一個(gè)傳動(dòng)軸的順、逆時(shí)針的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過其他的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和Z軸動(dòng)力主軸10將電機(jī)的動(dòng)力間接地輸送出去。

工況二

多輸入，單輸出：即利用同步轉(zhuǎn)速電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)X正半軸傳動(dòng)軸1、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3和 Y正半軸傳動(dòng)軸2、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸4作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，此時(shí)由于牽連運(yùn)動(dòng)使得Z軸動(dòng)力主軸10同時(shí)作上下往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在本工況下，即使由于X正半軸傳動(dòng)軸1、X負(fù)半軸傳動(dòng)軸3和 Y正半軸傳動(dòng)軸2、Y負(fù)半軸傳動(dòng)軸4中的某一軸電壓或電流不穩(wěn)定，造成轉(zhuǎn)速低于或高于額定轉(zhuǎn)速，也不會(huì)引起震蕩，實(shí)現(xiàn)硬件負(fù)反饋，提高傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性可靠性。

本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。