一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置及傳動方法
【專利摘要】本發(fā)明一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置及傳動方法，其中裝置包括驅(qū)動齒輪、進(jìn)給傳動齒輪、回轉(zhuǎn)齒輪、一級絲杠、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套、一級絲杠軸向鎖定簧片、柔性軸、二級絲母、二級絲杠等。本發(fā)明利用機(jī)構(gòu)控制兩級絲杠傳動副順序運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了在一臺電機(jī)驅(qū)動的情況下順序完成三種運(yùn)動模式，并通過絲杠傳動副啟動力矩設(shè)計(jì)、傳動鏈自由度設(shè)計(jì)、一級絲杠傳動副到位鎖定設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了三種運(yùn)動順序執(zhí)行的高可靠性。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有質(zhì)量輕、控制簡單、聯(lián)動精度高、可靠性高的技術(shù)優(yōu)勢。
【專利說明】—種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置及傳動方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)構(gòu)傳動【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置及傳動方法，應(yīng)用于我國某航天工程中實(shí)現(xiàn)地外天體土壤樣品回收的樣品回收機(jī)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]某航天工程下屬樣品回收機(jī)構(gòu)的功能是順序完成地外天體樣品的提芯、整形、分離傳送三種功能，這三種功能要求機(jī)構(gòu)部分對應(yīng)實(shí)現(xiàn)的三種輸出運(yùn)動形式分別如附圖2所示。附圖2中運(yùn)動執(zhí)行裝置有兩個(gè)，分別是導(dǎo)向裝置9、樣品容器21，樣品容器21通過回轉(zhuǎn)運(yùn)動纏繞提芯繩和樣品，導(dǎo)向裝置9控制提芯繩和樣品進(jìn)入樣品容器21的軸向位置。
[0003]提芯功能對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動模式如附圖2a，樣品容器21作順時(shí)針回轉(zhuǎn)運(yùn)動，導(dǎo)向裝置9不進(jìn)給；整形功能對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動模式如附圖2b，樣品容器21作順時(shí)針回轉(zhuǎn)運(yùn)動，導(dǎo)向裝置9沿樣品容器軸線向下運(yùn)動，兩者聯(lián)動實(shí)現(xiàn)螺旋復(fù)合運(yùn)動；分離傳送功能對應(yīng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動模式如附圖2c，樣品容器21作逆時(shí)針回轉(zhuǎn)運(yùn)動，導(dǎo)向裝置9沿樣品容器軸線向上運(yùn)動。
[0004]如何在樣品回收機(jī)構(gòu)上節(jié)約的、高可靠的順序?qū)崿F(xiàn)三種運(yùn)動模式是一個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)難題。按照常規(guī)設(shè)計(jì)思路，一般采用兩臺電機(jī)分別驅(qū)動導(dǎo)向裝置進(jìn)給運(yùn)動、樣品容器回轉(zhuǎn)運(yùn)動，并通過控制器控制兩臺電機(jī)聯(lián)動、分時(shí)工作來實(shí)現(xiàn)上述三種運(yùn)動模式。但該航天工程的質(zhì)量、能量、遙控參數(shù)等的約束極其嚴(yán)格，常規(guī)方案，質(zhì)量大，控制復(fù)雜且控制參數(shù)多、聯(lián)動精度難以保證、可靠性低，難以滿足工程要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置及傳動方法，利用機(jī)構(gòu)控制兩級絲杠傳動副順序運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了在一臺電機(jī)驅(qū)動下高可靠地順序執(zhí)行樣品回收機(jī)構(gòu)的三種運(yùn)動模式。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置，包括驅(qū)動齒輪、機(jī)構(gòu)殼體、機(jī)架、進(jìn)給傳動齒輪、進(jìn)給傳動齒輪支撐軸承、柔性軸、二級絲杠固定端支撐軸承、二級絲母鎖緊螺母、導(dǎo)向裝置、二級絲母、二級絲杠、二級絲杠游動端支撐軸承、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套、一級絲杠、一級絲杠軸向鎖定簧片、回轉(zhuǎn)齒輪、回轉(zhuǎn)齒輪支撐軸承、第一滑鍵結(jié)構(gòu)、第二滑鍵結(jié)構(gòu)、第三滑鍵結(jié)構(gòu)和電機(jī)；
[0007]所述機(jī)架在與二級絲杠軸線平行方向挖有一滑槽；進(jìn)給傳動齒輪外表面為齒輪軸結(jié)構(gòu)，中間空心并刻有傳動內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；柔性軸的一端為連接法蘭，中間部位為第一滑鍵結(jié)構(gòu)，柔性軸的另一端為一級絲杠軸向鎖定簧片的安裝接口 ；導(dǎo)向裝置為中空管道結(jié)構(gòu)，其外表面的一側(cè)固定安裝有第二滑鍵結(jié)構(gòu)；一級絲杠上部外表面為圓柱面，沿軸線方向在圓柱面的兩側(cè)對稱分布兩個(gè)第三滑鍵結(jié)構(gòu)，下部外表面為傳動外螺紋結(jié)構(gòu)，中心為軸向貫通的滑槽結(jié)構(gòu)，中心滑槽結(jié)構(gòu)的上端面挖有軸向位置鎖定槽；一級絲杠軸向鎖定簧片為具有夾角的對稱雙片簧結(jié)構(gòu)；
[0008]所述的一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置包括進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈，兩條傳動鏈均由電機(jī)帶動驅(qū)動齒輪驅(qū)動；進(jìn)給傳動鏈由一級齒輪傳動、兩級絲杠傳動構(gòu)成，其中驅(qū)動齒輪和進(jìn)給傳動齒輪構(gòu)成驅(qū)動外嚙合齒輪副，一級絲杠與進(jìn)給傳動齒輪構(gòu)成第一級絲杠傳動副，二級絲母、二級絲杠構(gòu)成第二級絲杠傳動副，進(jìn)給傳動齒輪、第一級絲杠傳動畐O、第二級絲杠傳動副、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套同軸安裝；回轉(zhuǎn)傳動鏈只有一級齒輪傳動，即驅(qū)動齒輪和回轉(zhuǎn)齒輪構(gòu)成的外嚙合齒輪副；機(jī)構(gòu)殼體和機(jī)架固定連接，進(jìn)給傳動齒輪通過進(jìn)給傳動齒輪支撐軸承安裝在機(jī)構(gòu)殼體上，回轉(zhuǎn)齒輪通過回轉(zhuǎn)齒輪支撐軸承安裝在機(jī)構(gòu)殼體上；二級絲杠通過二級絲杠固定端支撐軸承安裝在機(jī)構(gòu)殼體上，還通過二級絲杠游動端支撐軸承安裝在機(jī)架上；導(dǎo)向裝置與二級絲母固定連接，導(dǎo)向裝置上的第二滑鍵結(jié)構(gòu)與機(jī)架上的滑槽配合構(gòu)成滑動副；一級絲杠下部的傳動外螺紋結(jié)構(gòu)與進(jìn)給傳動齒輪中心的傳動內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)嚙合并構(gòu)成第一級絲杠傳動副，一級絲杠上部的圓柱面及第三滑鍵結(jié)構(gòu)與一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套配合并構(gòu)成軸向滑動副；一級絲杠軸向鎖定簧片固定在柔性軸上，兩個(gè)簧片關(guān)于柔性軸軸線對稱，并指向柔性軸連接法蘭方向；柔性軸通過連接法蘭，同軸安裝在二級絲杠的軸端，其上的第一滑鍵結(jié)構(gòu)與一級絲杠中心的滑槽配合并構(gòu)成軸向滑動副同時(shí)約束周向轉(zhuǎn)動自由度；一級絲杠軸向鎖定簧片沿徑向預(yù)壓縮，并與一級絲杠中心的滑槽配合并構(gòu)成軸向滑動副；二級絲母鎖緊螺母安裝在二級絲杠上，初始狀態(tài)時(shí)與二級絲母構(gòu)成雙螺母鎖緊結(jié)構(gòu)。
[0009]一種采用上述單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置進(jìn)行傳動的方法，步驟如下:
[0010]I)開始工作前，將一級絲杠軸向鎖定簧片進(jìn)行徑向預(yù)壓縮，解除鎖定狀態(tài)；將一級絲杠的位置運(yùn)動到行程的最上端；將二級絲母的位置運(yùn)動到行程的最上端，并利用二級絲母鎖緊螺母施加力矩鎖定二級絲母的初始位置；
[0011]2)電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向同步驅(qū)動進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈從初始狀態(tài)開始運(yùn)行；驅(qū)動齒輪同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪、回轉(zhuǎn)齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠在進(jìn)給傳動齒輪中心傳動螺紋的回轉(zhuǎn)驅(qū)動及一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套的轉(zhuǎn)動約束作用下，沿軸線向下平動；二級絲杠不轉(zhuǎn)動，二級絲母和導(dǎo)向裝置不運(yùn)動；
[0012]3)電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向繼續(xù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，當(dāng)一級絲杠運(yùn)行到行程最下端時(shí)，在二級絲母與二級絲母鎖緊螺母鎖緊力矩、第二級絲杠傳動副啟動力矩共同作用下，一級絲杠與進(jìn)給傳動齒輪在端面處旋合鎖緊，同時(shí)第二級絲杠傳動副運(yùn)動解鎖；一級絲杠運(yùn)行到行程最下端的前一時(shí)刻，一級絲杠與一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套發(fā)生軸向分離，一級絲杠解除周向旋轉(zhuǎn)約束，恢復(fù)轉(zhuǎn)動自由度；一級絲杠運(yùn)行到行程最下端位置時(shí)刻，一級絲杠軸向鎖定簧片沿軸向滑出一級絲杠中心滑槽上端面，一級絲杠軸向鎖定簧片釋放預(yù)壓縮變形，進(jìn)入軸向位置鎖定槽，一級絲杠實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動上行限位，從而一級絲杠與進(jìn)給傳動齒輪完全鎖定;
[0013]4)第一級絲杠傳動副鎖定后，電機(jī)繼續(xù)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪和一級絲杠的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸及二級絲杠；二級絲杠旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動二級絲母和導(dǎo)向裝置向下進(jìn)給運(yùn)動；
[0014]5)第二級絲杠傳動副行程到位后，電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)反方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪和一級絲杠的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸及二級絲杠；二級絲杠旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動二級絲母和導(dǎo)向裝置向上進(jìn)給運(yùn)動。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0016]1、質(zhì)量輕:本發(fā)明利用機(jī)構(gòu)控制兩級絲杠傳動副順序運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)了在一臺電機(jī)驅(qū)動下高可靠地順序執(zhí)行樣品回收機(jī)構(gòu)的三種運(yùn)動模式。與常規(guī)的雙電機(jī)設(shè)計(jì)相比，節(jié)省了一個(gè)驅(qū)動電機(jī)及相應(yīng)的驅(qū)動控制電路，整體質(zhì)量大為減輕。
[0017]2、控制簡單:本發(fā)明將樣品回收機(jī)構(gòu)的提芯、整形尺寸鏈參數(shù)直接集成進(jìn)兩級絲杠傳動副的行程參數(shù)中，工作過程中控制器無需控制提芯、整形尺寸鏈參數(shù)，節(jié)省了參數(shù)測量傳感器。與常規(guī)的雙電機(jī)設(shè)計(jì)相比，減少了一臺電機(jī)的控制，并簡化了控制策略。
[0018]3、運(yùn)動精度高:回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動工作模式中，本發(fā)明通過機(jī)構(gòu)控制兩者聯(lián)動，聯(lián)動運(yùn)動精度高。常規(guī)的雙電機(jī)設(shè)計(jì)的聯(lián)動精度則取決于控制器的聯(lián)動控制精度，而在軌控制器沒有足夠資源來進(jìn)行高精度的伺服驅(qū)動控制。因此與常規(guī)的雙電機(jī)設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明更容易實(shí)現(xiàn)聯(lián)動運(yùn)動的高精度。
[0019]4、可靠性高:由于控制電路及控制策略的大幅度簡化，與常規(guī)的雙電機(jī)設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明控制部分的可靠性得到大幅提高。機(jī)械部分，本發(fā)明利用運(yùn)動約束、位置限位、力矩的控制與傳遞的設(shè)計(jì)，控制兩級絲杠傳動副高可靠的切換運(yùn)動模式，實(shí)現(xiàn)三種運(yùn)動順序執(zhí)行機(jī)械部分的高可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置的組成示意圖；
[0021]圖2a為樣品回收機(jī)構(gòu)三種運(yùn)動模式中的單回轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出模式；
[0022]圖2b為樣品回收機(jī)構(gòu)三種運(yùn)動模式中的正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出模式；
[0023]圖2c為樣品回收機(jī)構(gòu)三種運(yùn)動模式中的逆向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出模式；
[0024]圖3為本發(fā)明單回轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出模式的工作示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明一級絲杠傳動副到位鎖定狀態(tài)示意圖；
[0026]圖5為本發(fā)明正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出模式的工作示意圖；
[0027]圖6為本發(fā)明逆向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出模式的工作示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028]一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置如附圖1所示，由驅(qū)動齒輪1、機(jī)構(gòu)殼體2、機(jī)架3、進(jìn)給傳動齒輪4、進(jìn)給傳動齒輪支撐軸承5、柔性軸6、二級絲杠固定端支撐軸承7、二級絲母鎖緊螺母8、導(dǎo)向裝置9、二級絲母10、二級絲杠11、二級絲杠游動端支撐軸承12、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13、一級絲杠14、一級絲杠軸向鎖定簧片15、回轉(zhuǎn)齒輪16、回轉(zhuǎn)齒輪支撐軸承17、第一滑鍵結(jié)構(gòu)18、第二滑鍵結(jié)構(gòu)19、第三滑鍵結(jié)構(gòu)20和電機(jī)構(gòu)成，各個(gè)零部件的幾何形狀見附圖1所示。一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置具有進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈，兩條傳動鏈由同一電機(jī)同步驅(qū)動，輸出兩路運(yùn)動，回轉(zhuǎn)傳動鏈輸出轉(zhuǎn)動，進(jìn)給傳動鏈輸出進(jìn)給運(yùn)動。進(jìn)給傳動鏈具有時(shí)序控制功能，控制機(jī)構(gòu)按時(shí)序參數(shù)，順序輸出單回轉(zhuǎn)運(yùn)動、正向回轉(zhuǎn)進(jìn)給聯(lián)動。
[0029]回轉(zhuǎn)傳動鏈如附圖1所示，為一級常規(guī)的外嚙合齒輪傳動副，由驅(qū)動齒輪I和回轉(zhuǎn)齒輪16構(gòu)成。
[0030]進(jìn)給傳動鏈如附圖1所示，由一級齒輪傳動、兩級絲杠傳動構(gòu)成,齒輪傳動、二級絲杠傳動主功能是傳遞運(yùn)動和動力，一級絲杠傳動的主功能是運(yùn)動控制，即控制齒輪副處的運(yùn)動和動力傳遞到二級絲杠副處的時(shí)機(jī)。齒輪傳動為常規(guī)外嚙合齒輪傳動副，由驅(qū)動齒輪I和進(jìn)給傳動齒輪4構(gòu)成。一級絲杠傳動由第一級絲杠傳動副和一個(gè)具有周向限位功能的軸向滑動副組成；第一級絲杠傳動副的功能是運(yùn)動控制，控制參數(shù)為絲杠的行程長度，第一級絲杠傳動副由進(jìn)給傳動齒輪4和一級絲杠14構(gòu)成；具有周向限位功能的軸向滑動副的功能是支撐并約束一級絲杠14的周向轉(zhuǎn)動，保證第一級絲杠傳動副運(yùn)動的正確性，該滑動副由一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13和一級絲杠14構(gòu)成。二級絲杠傳動由第二級絲杠傳動副和一個(gè)軸向滑動副構(gòu)成；第二級絲杠傳動副的功能是傳動運(yùn)動和動力，由二級絲母10、二級絲杠11構(gòu)成；軸向滑動副的功能是限制二級絲母10、導(dǎo)向裝置9的轉(zhuǎn)動自由度，保證二級絲母10、導(dǎo)向裝置9輸出進(jìn)給運(yùn)動，該軸向滑動副由機(jī)架3和安裝在導(dǎo)向裝置9上的第二滑鍵結(jié)構(gòu)19構(gòu)成。在第一級、第二級絲杠傳動副之間通過一個(gè)具有周向限位功能的軸向滑動副實(shí)現(xiàn)連接，周向限位功能實(shí)現(xiàn)一級絲杠14到柔性軸6的回轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞，該滑動副由柔性軸6上的第一滑鍵結(jié)構(gòu)18和一級絲杠14構(gòu)成。
[0031]一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置的工作過程可按時(shí)序分為:初始狀態(tài)恢復(fù)，單回轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出，第一級絲杠傳動副的鎖定，正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出，逆向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出。其中單回轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出和正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出工作模式的切換由機(jī)構(gòu)控制實(shí)現(xiàn)，正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出和逆向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出工作模式的切換由電機(jī)改變旋轉(zhuǎn)方向?qū)崿F(xiàn)。
[0032]I)初始狀態(tài)恢復(fù):初始狀態(tài)如附圖1所示。狀態(tài)恢復(fù)包括三方面的操作，利用工裝將一級絲杠軸向鎖定簧片15進(jìn)行徑向預(yù)壓縮，解除鎖定狀態(tài)；將一級絲杠14的位置運(yùn)動到行程的最上端；將二級絲母10的位置運(yùn)動到行程的最上端，并利用二級絲母鎖緊螺母8施加力矩鎖定二級絲母10的初始位置。
[0033]2)單回轉(zhuǎn)運(yùn)動輸出:工作狀態(tài)如附圖3所示，電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向同步驅(qū)動進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈從初始狀態(tài)開始運(yùn)行；驅(qū)動齒輪I同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪4、回轉(zhuǎn)齒輪16旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠14在進(jìn)給傳動齒輪4中心傳動螺紋的回轉(zhuǎn)驅(qū)動及一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13的轉(zhuǎn)動約束作用下，沿軸線向下平動；一級絲杠14與柔性軸6、一級絲杠軸向鎖定簧片15間存在軸向滑動副，因此不會將運(yùn)動傳遞到二級絲杠副；二級絲杠11不轉(zhuǎn)動，二級絲母10和導(dǎo)向裝置9不運(yùn)動；
[0034]3)第一級絲杠傳動副的鎖定:如附圖4所示，電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向繼續(xù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，當(dāng)一級絲杠14運(yùn)行到行程最下端時(shí)，在二級絲母10與二級絲母鎖緊螺母8鎖緊力矩、第二級絲杠傳動副啟動力矩共同作用下，一級絲杠14與進(jìn)給傳動齒輪4在端面處旋合鎖緊，同時(shí)二級絲杠副運(yùn)動解鎖；一級絲杠14運(yùn)行到行程最下端的前一時(shí)刻，一級絲杠14與一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13發(fā)生軸向分離，一級絲杠14解除周向旋轉(zhuǎn)約束，恢復(fù)轉(zhuǎn)動自由度；一級絲杠14運(yùn)行到行程最下端位置時(shí)刻，一級絲杠軸向鎖定簧片15沿軸向滑出一級絲杠14中心滑槽上端面，一級絲杠軸向鎖定簧片15釋放預(yù)壓縮變形，進(jìn)入軸向位置鎖定槽，一級絲杠14實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動上行限位，從而一級絲杠14與進(jìn)給傳動齒輪4完全鎖定；
[0035]4)正向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出:工作狀態(tài)如附圖5所示，一級絲杠傳動副鎖定后，電機(jī)繼續(xù)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪I同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪4和一級絲杠14的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪16旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸6及二級絲杠11 ;二級絲杠11旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并驅(qū)動二級絲母10和導(dǎo)向裝置9向下進(jìn)給運(yùn)動；
[0036]5)逆向回轉(zhuǎn)、進(jìn)給聯(lián)動輸出:工作狀態(tài)如附圖6所示，二級絲杠傳動副行程到位后，電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)反方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪I同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪4和一級絲杠14的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪16旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠14的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸6及二級絲杠11 ;二級絲杠11旋轉(zhuǎn)運(yùn)動并驅(qū)動二級絲母10和導(dǎo)向裝置9向上進(jìn)給運(yùn)動。
[0037]—種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置進(jìn)給傳動鏈的兩級絲杠傳動，在無邊界約束的情況下存在啟動順序混亂的風(fēng)險(xiǎn)，為了確保兩級絲杠高可靠地按照設(shè)計(jì)時(shí)序啟動工作，本發(fā)明采取如下三方面的設(shè)計(jì)保證措施。
[0038]1、絲杠傳動副的啟動力矩控制:第一級絲杠傳動副為小導(dǎo)程傳動螺旋副，空載啟動阻力矩為Rl ;第二級絲杠傳動副為大導(dǎo)程傳動螺旋副，空載啟動阻力矩為R2，則在空載狀態(tài)下有R1〈R2 ;初始狀態(tài)，第二級絲杠傳動副通過二級絲母鎖緊螺母8施加了一定的鎖緊力矩R3在二級絲母10上，這一鎖緊力矩是第二級絲杠傳動副啟動力矩的組成部分，從而保證第二級絲杠傳動副的啟動力矩遠(yuǎn)大于第一級絲杠傳動副的啟動力矩，即R1〈〈R2+R3。通過啟動力矩的控制，可保證正常情況下第一級絲杠傳動副先行啟動并運(yùn)行到達(dá)行程終點(diǎn)后，再啟動第二級絲杠傳動副工作。
[0039]2、第一級絲杠傳動副的運(yùn)動自由度控制:由附圖1可知，工作過程中在沒有一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13的情況下，一級絲杠14具有軸向平動、周向回轉(zhuǎn)兩個(gè)運(yùn)動自由度。在第一級絲杠傳動副摩擦力矩異常或第二級絲杠傳動副啟動力矩失控的情況下，多出的自由度可能會導(dǎo)致兩級絲杠傳動副啟動順序混亂，為了避免該風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)了一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套13對一級絲杠14進(jìn)行周向轉(zhuǎn)動限位，從而一級絲杠14只有一個(gè)沿軸向的平動自由度，確保兩級絲杠副運(yùn)動時(shí)序的正確性。
[0040]3、第一級絲杠傳動副的到位鎖定:第一級絲杠傳動副的軸向鎖定設(shè)計(jì)如附圖4所示，行程到位后，一級絲杠14與進(jìn)給傳動齒輪4上的傳動螺紋旋合擰緊，實(shí)現(xiàn)下限位；一級絲杠14運(yùn)行到行程最下端位置時(shí)刻，一級絲杠軸向鎖定簧片15沿軸向滑出一級絲杠14中心滑槽上端面，一級絲杠軸向鎖定簧片15釋放預(yù)壓縮變形，進(jìn)入軸向位置鎖定槽，實(shí)現(xiàn)上限位；雙向限位保證一級絲杠14與進(jìn)給傳動齒輪4在后續(xù)工作階段完全鎖定成一體，不會出現(xiàn)誤動作。
[0041]通過上述三方面的可靠性設(shè)計(jì)，可有效保證本發(fā)明高可靠地順序完成三種設(shè)計(jì)運(yùn)動模式。
[0042]本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1.一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置，其特征在于:包括驅(qū)動齒輪(I)、機(jī)構(gòu)殼體(2)、機(jī)架(3)、進(jìn)給傳動齒輪(4)、進(jìn)給傳動齒輪支撐軸承(5)、柔性軸￠)、二級絲杠固定端支撐軸承(7)、二級絲母鎖緊螺母(8)、導(dǎo)向裝置(9)、二級絲母(10)、二級絲杠(11)、二級絲杠游動端支撐軸承(12)、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套(13)、一級絲杠(14)、一級絲杠軸向鎖定簧片(15)、回轉(zhuǎn)齒輪(16)、回轉(zhuǎn)齒輪支撐軸承(17)、第一滑鍵結(jié)構(gòu)(18)、第二滑鍵結(jié)構(gòu)(19)、第三滑鍵結(jié)構(gòu)(20)和電機(jī)； 所述機(jī)架(3)在與二級絲杠(11)軸線平行方向挖有一滑槽；進(jìn)給傳動齒輪(4)外表面為齒輪軸結(jié)構(gòu)，中間空心并刻有傳動內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)；柔性軸(6)的一端為連接法蘭，中間部位為第一滑鍵結(jié)構(gòu)(18)，柔性軸(6)的另一端為一級絲杠軸向鎖定簧片(15)的安裝接口 ；導(dǎo)向裝置(9)為中空管道結(jié)構(gòu)，其外表面的一側(cè)固定安裝有第二滑鍵結(jié)構(gòu)(19);一級絲杠(14)上部外表面為圓柱面，沿軸線方向在圓柱面的兩側(cè)對稱分布兩個(gè)第三滑鍵結(jié)構(gòu)(20)，下部外表面為傳動外螺紋結(jié)構(gòu)，中心為軸向貫通的滑槽結(jié)構(gòu)，中心滑槽結(jié)構(gòu)的上端面挖有軸向位置鎖定槽；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)為具有夾角的對稱雙片簧結(jié)構(gòu)； 所述的一種單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置包括進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈，兩條傳動鏈均由電機(jī)帶動驅(qū)動齒輪(I)驅(qū)動；進(jìn)給傳動鏈由一級齒輪傳動、兩級絲杠傳動構(gòu)成，其中驅(qū)動齒輪(I)和進(jìn)給傳動齒輪(4)構(gòu)成驅(qū)動外嚙合齒輪副，一級絲杠(14)與進(jìn)給傳動齒輪(4)構(gòu)成第一級絲杠傳動副，二級絲母(10)、二級絲杠(11)構(gòu)成第二級絲杠傳動副，進(jìn)給傳動齒輪(4)、第一級絲杠傳動副、第二級絲杠傳動副、一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套(13)同軸安裝；回轉(zhuǎn)傳動鏈只有一級齒輪傳動，即驅(qū)動齒輪(I)和回轉(zhuǎn)齒輪(16)構(gòu)成的外嚙合齒輪副；機(jī)構(gòu)殼體(2)和機(jī)架(3)固定連接，進(jìn)給傳動齒輪(4)通過進(jìn)給傳動齒輪支撐軸承(5)安裝在機(jī)構(gòu)殼體⑵上，回轉(zhuǎn)齒輪(16)通過回轉(zhuǎn)齒輪支撐軸承(17)安裝在機(jī)構(gòu)殼體(2)上；二級絲杠(11)通過二級絲杠固定端支撐軸承(7)安裝在機(jī)構(gòu)殼體(2)上，還通過二級絲杠游動端支撐軸承(12)安裝在機(jī)架(3)上；導(dǎo)向裝置(9)與二級絲母(10)固定連接，導(dǎo)向裝置(9)上的第二滑鍵結(jié)構(gòu)(19)與機(jī)架(3)上的滑槽配合構(gòu)成滑動副；一級絲杠(14)下部的傳動外螺紋結(jié)構(gòu)與進(jìn)給傳動齒輪(4)中心的傳動內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)嚙合并構(gòu)成第一級絲杠傳動副，一級絲杠(14)上部的圓柱面及第三滑鍵結(jié)構(gòu)(20)與一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套(13)配合并構(gòu)成軸向滑動副；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)固定在柔性軸(6)上，兩個(gè)簧片關(guān)于柔性軸(6)軸線對稱，并指向柔性軸(6)連接法蘭方向；柔性軸(6)通過連接法蘭，同軸安裝在二級絲杠(11)的軸端，其上的第一滑鍵結(jié)構(gòu)(18)與一級絲杠(14)中心的滑槽配合并構(gòu)成軸向滑動副同時(shí)約束周向轉(zhuǎn)動自由度；一級絲杠軸向鎖定簧片(15)沿徑向預(yù)壓縮，并與一級絲杠(14)中心的滑槽配合并構(gòu)成軸向滑動副；二級絲母鎖緊螺母(8)安裝在二級絲杠(11)上，初始狀態(tài)時(shí)與二級絲母(10)構(gòu)成雙螺母鎖緊結(jié)構(gòu)。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的單電機(jī)驅(qū)動的雙自由度順序運(yùn)動裝置進(jìn)行傳動的方法，其特征在于步驟如下: 1)開始工作前，將一級絲杠軸向鎖定簧片(15)進(jìn)行徑向預(yù)壓縮，解除鎖定狀態(tài)；將一級絲杠(14)的位置運(yùn)動到行程的最上端；將二級絲母(10)的位置運(yùn)動到行程的最上端，并利用二級絲母鎖緊螺母(8)施加力矩鎖定二級絲母(10)的初始位置； 2)電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向同步驅(qū)動進(jìn)給、回轉(zhuǎn)兩條傳動鏈從初始狀態(tài)開始運(yùn)行；驅(qū)動齒輪(I)同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪(4)、回轉(zhuǎn)齒輪(16)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠(14)在進(jìn)給傳動齒輪(4)中心傳動螺紋的回轉(zhuǎn)驅(qū)動及一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套(13)的轉(zhuǎn)動約束作用下，沿軸線向下平動；二級絲杠(11)不轉(zhuǎn)動，二級絲母(10)和導(dǎo)向裝置(9)不運(yùn)動； 3)電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向繼續(xù)驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)行，當(dāng)一級絲杠(14)運(yùn)行到行程最下端時(shí)，在二級絲母(10)與二級絲母鎖緊螺母(8)鎖緊力矩、第二級絲杠傳動副啟動力矩共同作用下，一級絲杠(14)與進(jìn)給傳動齒輪(4)在端面處旋合鎖緊，同時(shí)第二級絲杠傳動副運(yùn)動解鎖；一級絲杠(14)運(yùn)行到行程最下端的前一時(shí)刻，一級絲杠(14)與一級絲杠回轉(zhuǎn)限位套(13)發(fā)生軸向分離，一級絲杠(14)解除周向旋轉(zhuǎn)約束，恢復(fù)轉(zhuǎn)動自由度；一級絲杠(14)運(yùn)行到行程最下端位置時(shí)刻，一級絲杠軸向鎖定簧片(15)沿軸向滑出一級絲杠(14)中心滑槽上端面，一級絲杠軸向鎖定簧片(15)釋放預(yù)壓縮變形，進(jìn)入軸向位置鎖定槽，一級絲杠(14)實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動上行限位，從而一級絲杠(14)與進(jìn)給傳動齒輪(4)完全鎖定； 4)第一級絲杠傳動副鎖定后，電機(jī)繼續(xù)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪(I)同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪(4)和一級絲杠(14)的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪(16)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠(14)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸(6)及二級絲杠(11) ;二級絲杠(11)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動二級絲母(10)和導(dǎo)向裝置(9)向下進(jìn)給運(yùn)動； 5)第二級絲杠傳動副行程到位后，電機(jī)按照預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)反方向驅(qū)動兩條傳動鏈運(yùn)動；驅(qū)動齒輪(I)同步驅(qū)動進(jìn)給傳動齒輪(4)和一級絲杠(14)的鎖定組合體、回轉(zhuǎn)齒輪(16)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；一級絲杠(14)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動通過具有周向轉(zhuǎn)動自由度約束功能的軸向滑動副傳遞給柔性軸(6)及二級絲杠(11) ;二級絲杠(11)旋轉(zhuǎn)并驅(qū)動二級絲母(10)和導(dǎo)向裝置(9)向上進(jìn)給運(yùn)動。
【文檔編號】F16H25/20GK104455272SQ201410505001
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】莫桂冬, 殷參, 王國欣, 劉碩, 賴小明, 孫啟臣 申請人:北京衛(wèi)星制造廠