阅读说明：本技术 一种椭圆轨迹生成器 (Elliptical track generator ) 是由 赵海涛 彭路南 张水香 于 2021-07-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种椭圆轨迹生成装置,基于椭圆参数方程,整个装置由x方向运动机构、y方向运动机构、平行四边形机构、末端执行机构、机架和验证板组成。x方向运动机构和y方向运动机构均是曲柄滑块机构,主滑块均由三部分刚性联接组成,分别是始端滑块、联接杆、终端滑块,始端滑块与终端滑块间的距离决定椭圆中心与坐标原点的偏置距离。通过平行四边形机构确保两个曲柄滑块机构的曲柄能以同转角、同角速度进行转动,从而满足椭圆方程的条件,驱动终端执行机构生成椭圆轨迹。由于椭圆轨迹在自由空间处产生,不受椭圆半径大小影响,两个曲柄长度也可独立调节,可极大灵活地产生所需椭圆轨迹。本仪器可用于教学仪器或椭圆轨迹加工等领域。(The invention discloses an elliptical track generation device, which is based on an elliptical parameter equation and comprises an x-direction movement mechanism, a y-direction movement mechanism, a parallelogram mechanism, a tail end execution mechanism, a rack and a verification plate. The x-direction movement mechanism and the y-direction movement mechanism are both crank slide block mechanisms, the main slide block is composed of three parts which are rigidly connected and respectively comprise a starting end slide block, a connecting rod and a terminal end slide block, and the offset distance between the center of the ellipse and the origin of coordinates is determined by the distance between the starting end slide block and the terminal end slide block. The cranks of the two crank slide block mechanisms can rotate at the same rotation angle and the same angular speed through the parallelogram mechanism, so that the conditions of an elliptic equation are met, and the terminal execution mechanism is driven to generate an elliptic track. Because the elliptical track is generated in the free space and is not influenced by the size of the elliptical radius, the lengths of the two cranks can be independently adjusted, and the required elliptical track can be generated flexibly. The instrument can be used in the fields of teaching instruments or elliptical track processing and the like.)

一种椭圆轨迹生成器

技术领域

本发明主要用于产生椭圆轨迹，椭圆长半轴和短半轴长度可独立调节，椭圆中心位于远离两个滑轨的空间处，可产生无限小半径椭圆轨迹，可根据需要生成任意角度范围内的椭圆轨迹。

背景技术

在现有椭圆轨迹生成器主要是利用“卡当”机构原理制成，例如，公告号为CN1078929A的中国发明专利，由于椭圆中心在两个滑轨交叉处，当椭圆半径较小时，在两个滑道上滑动的滑块会离的很近，即使分成上下两个平面，也会引起相关部件位置布置困难，易产生干涉，运动不畅，尤其在产生跨越滑道的椭圆轨迹时更是如此；另外，基于卡当原理的椭圆轨迹生成器产生的椭圆长半轴和短半轴是关联的，也就是说当改变椭圆的一个半径长度会引起另一个半径长度随之改变，这有时会引起不便。

发明内容

本发明依据椭圆参数方程演变而来，椭圆参数方程可表示为：

a和b分别为椭圆的长半轴和短半轴半径，此时的椭圆中心与坐标原点是重合的，在实际实现这个椭圆路径时，坐标原点通常为x和y方向滑道交汇处，致使产生小椭圆时易引起上述不便，将椭圆方程分别在x和y方向进行偏置即可避免这种情况。偏置后的椭圆方程可表示为：

这时只要和选取适当，就可使椭圆内部不包含坐标原点，从而可以在自由区域、完全不受影响实现椭圆轨迹。

本发明装置由机架（图中5´和5）、x方向运动机构（图中1、1´、1´´、1´´´、1´´´´）、y方向运动机构（图中2、2´、2´´、2´´´、2´´´´）、平行四边形机构（图中6、6´、6´´）、末端执行机构（图中1´´´´、2´´´、3）和验证板（图中4，可根据应用场合选加）组成。x方向运动机构、y方向运动机构均属于曲柄滑块机构，上述的偏置距离和分别为1´´、1´´´´和2´、2´´´在各自滑动方向上间距）。只要x方向运动机构、y方向运动机构的两个曲柄转动初始角度、转速均相同，那么1´´´´、2´´´的交叉处一定满足偏置后的椭圆方程，本设计中平行四边形机构即可保证此目的。1´´´´和2´´´上分别开有滑道，并且1´´´´从2´´´上穿过，终端执行器3安装于1´´´´、2´´´的交叉处，并可同时在两个滑道上滑动以使之始终处于交叉位置，构成末端执行机构，这样就可保证末端执行器的轨迹为椭圆。 为保证强度、刚度，机架5采取框架结构，即x方向和y方向均采用双导轨形式，导轨间距离决定椭圆轨迹最大半径。为保证运动机构间不发生干涉现象，主传动机构分别布置在机架5的上下两侧。平行四边形机构则布置在机架5´的上方。x方向运动机构的曲柄和平行四边形机构的一个曲柄共用一个转轴A，且两个曲柄间的方位保持固定一致；同样y方向运动机构的曲柄和平行四边形机构的另一个曲柄共用另一个转轴B，且两个曲柄间的方位保持固定一致。转轴A或B均可作驱动轴用。随着驱动轴的转动，终端执行器将以椭圆轨迹运动。x方向运动机构曲柄和y方向运动机构的曲柄可独立调节，互不影响，曲柄长度不度产生不同的椭圆轨迹，当一个曲柄长度为0时，本装置退化为直线运动机构。

附图说明

图1为本发明示意图；可看到椭圆轨迹生成的基本情况。

图2为前视图，可看到各运动机构的层次布置情况。

图3为去掉平行四边形机构后的示意图。

图中各标号已在上一部分中说明。

具体实施方式

首先加工机架部分，机架由上层5´和下层5组成。下层5基本形状为一矩形框架，在其上分别加工两条x方向导轨和两条y方向导轨，并且四条导轨之间是空白区域供椭圆轨迹生成用，空白区域的大小决定产生椭圆轨迹的大小。x方向运动机构和y方向运动机构均为曲柄滑块机构。

x方向运动机构安装在机架左侧 (图1所示位置)，由曲柄1、辅助滑块1´、复合滑块（1´´、1´´´和1´´´´）和机架（5和5´）组成。曲柄1两端设计有转动轴孔，一端通过转轴A安装在机架5´上，另一端与辅助滑块联接，辅助滑块安装在复合滑块的1´´部件中。复合滑块由1´´、1´´´、1´´´´组成固定联接，也可设计为整体式以提高其精度。1´´部件上的导轨与1´´´´部件上供末端执行器滑动的导轨平行，并与机架上x方向导轨（图1所示左右方向）垂直。为避免干涉现象，1´´´在机架5下方将1´´与1´´´´联接起来。辅助滑块可在复合滑块的1´´部件中滑动并可绕曲柄上转轴转动，当曲柄旋转时，通过辅助滑块带动复合滑块的1´´部件即可使1´´´´部件在机架x方向导轨上左右移动。

y方向运动机构与x方向运动机构结构类似，安装位置在机架下侧 (图1所示位置)，由曲柄2、辅助滑块2´、复合滑块（2´´、2´´´和2´´´´）和机架（5和5´）组成。曲柄2两端设计有转动轴孔，一端通过转轴B安装在机架5´上，另一端与辅助滑块联接，辅助滑块安装在复合滑块的2´´部件中。复合滑块由2´´、2´´´、2´´´´组成固定联接，也可设计为整体式以提高其精度。2´´部件上的导轨与2´´´´部件上供末端执行器滑动的导轨平行，并与机架上y方向导轨（图1所示上下方向）垂直。为避免干涉，2´´´在机架5与5´之间将2´´与2´´´´联接起来。辅助滑块可在复合滑块的2´´部件中滑动并可绕曲柄上转轴转动，曲柄旋转时，通过辅助滑块带动复合滑块的2´´部件即可使2´´´´部件在机架y方向导轨上进行上下移动。

复合滑块1´´´´部件和2´´´´部件上加工有长槽和滑道，1´´´´和2´´´´互相垂直穿越并可相对滑动，末端执行器3安装在1´´´´和2´´´´相交处并可同时在1´´´´和2´´´´的轨道上滑动，当曲柄1和曲柄2始终保持平行转动时，在1´´´´和2´´´´的共同驱动下，终端执行器将以椭圆轨迹进行运动。

为保证曲柄1和曲柄2始终保持平行转动，采用平行四边形机构来驱动曲柄1和曲柄 2。平行四边形机构安装在机架5´上方，它的两个曲柄（6、6´）分别与曲柄1和曲柄2平行并安装在转轴A和B上。在转轴A或B上安装传动齿轮或皮带轮即可进行动力传递，不会引起干涉。

终端执行器3上设有安装平台，根据功能需要可安装不同工具，例如安装画笔，则本发明可作为椭圆绘图仪使用，绘制任意长短半径组合的椭圆曲线，通过控制平行四边形机构的曲柄转动角度，还可控制产生任意角度范围内的椭圆曲线；如果安装动力钻头，则可在椭圆轨迹不同位置上进行钻孔；如果安装动力铣刀，则可加工椭圆轮廓形状。