阅读说明：本技术 一种单电机输入三自由度转动机构 (Single-motor input three-freedom-degree rotating mechanism ) 是由 张晓倩 赵苓 于 2020-04-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种单电机输入的三自由度转动机构,包括底座、传动换向机构和载物台；传动换向机构为：动力输入轴与第一传动轴经第一离合器连接,第一传动轴与第一传动蜗杆同步传动连接,第一传动蜗杆与平蜗轮盘啮合；第二传动轴与动力输入轴经啮合锥齿轮连接；第二传动蜗杆与第二传动轴经第一锥状离合器连接；立蜗轮盘支撑在蜗轮盘支架上,立蜗轮盘与第二传动蜗杆啮合；第三传动轴与第二传动轴经第二锥状离合器连接,第三传动轴与第四传动轴、第四传动轴与第三传动蜗杆分别同步传动连接；第三传动蜗杆安装于蜗杆支架；侧蜗轮盘固定在载物台托架,载物台托架与蜗杆支架上端部转动连接；第三传动蜗杆与侧蜗轮盘啮合。本发明实现了偏航、俯仰及横滚三个方向独立旋转。(The invention relates to a three-degree-of-freedom rotating mechanism with single motor input, which comprises a base, a transmission reversing mechanism and an objective table, wherein the base is provided with a first end and a second end; the transmission reversing mechanism is as follows: the power input shaft is connected with a first transmission shaft through a first clutch, the first transmission shaft is in synchronous transmission connection with a first transmission worm, and the first transmission worm is meshed with a flat worm wheel disc; the second transmission shaft is connected with the power input shaft through a meshing bevel gear; the second transmission worm is connected with the second transmission shaft through a first conical clutch; the vertical worm wheel disc is supported on the worm wheel disc bracket and is meshed with the second transmission worm; the third transmission shaft is connected with the second transmission shaft through a second cone-shaped clutch, and the third transmission shaft is in synchronous transmission connection with the fourth transmission shaft and the fourth transmission shaft is in synchronous transmission connection with the third transmission worm respectively; the third transmission worm is arranged on the worm support; the side worm wheel disc is fixed on the objective table bracket, and the objective table bracket is rotationally connected with the upper end part of the worm support; the third transmission worm is meshed with the side worm wheel disc. The invention realizes independent rotation in yaw, pitch and roll directions.)

一种单电机输入三自由度转动机构

技术领域

本发明涉及传感与检测领域，特别涉及一种检测传感器是否正常运转的单电机输入三自由度转动机构。

背景技术

水下航行器航行过程中，会产生偏航、俯仰及横滚三个方向的旋转角度，且绝大部分情况下，旋转角度不超过60°。为了对测量这三个方向旋转角度的传感器进行性能检测，常使用手动摇臂式的三维转台，通过三个摇臂独立控制三个方向的旋转，且每次只使一个方向转动。但是，手动方式调节费事费力，并且转动速度慢，无法满足测试所要求的转动角速度条件。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种结构紧凑、节省人力操作、可实现偏航、俯仰及横滚三个方向独立旋转的单电机输入的三自由度转动机构。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种单电机输入的三自由度转动机构，包括底座、传动换向机构和载物台；

所述传动换向机构包括动力输入轴、第一传动轴、第一传动蜗杆、平蜗轮盘、第二传动轴、第二传动蜗杆、立蜗轮盘、第三传动轴、第四传动轴、第三传动蜗杆和侧蜗轮盘；

所述动力输入轴连接动力源，所述动力输入轴和第一传动轴通过各自轴座可转动式安装在底座下方，动力输入轴与第一传动轴通过第一离合器连接，第一传动轴的端部安装有第一带轮；所述平蜗轮盘通过回转支承安装在底座上方，所述第一传动蜗杆通过与底座上端连接的轴座可转动式安装在底座上方，第一传动蜗杆与平蜗轮盘啮合，第一传动蜗杆的端部安装有第二带轮，第二带轮和第一带轮之间通过第一同步带连接；

所述第二传动轴为立轴，第二传动轴垂直穿装在底座上，第二传动轴的下端部与动力输入轴通过一对相啮合的锥齿轮传动连接；所述第二传动蜗杆通过与平蜗轮盘上端连接的轴座安装在平蜗轮盘的上方，第二传动蜗杆与第二传动轴的上端部之间通过第一锥状离合器连接；所述立蜗轮盘支撑在蜗轮盘支架上，蜗轮盘支架由固定在平蜗轮盘上的两立板及通过轴承支撑在两立板上端的轴套构成，立蜗轮盘的中心部与轴套同轴固定连接，立蜗轮盘与第二传动蜗杆啮合；

所述第三传动轴通过与平蜗轮盘上端连接的轴座可转动式支撑在平蜗轮盘的上方，第三传动轴与第二传动轴的上端部通过第二锥状离合器连接，在第三传动轴上安装有第三带轮；所述第四传动轴可转动式安装在所述轴套内，在第四传动轴上安装有第四带轮和第五带轮；所述第三传动蜗杆安装在蜗杆支架上、且在第三传动蜗杆上安装有第六带轮，所述蜗杆支架与所述轴套固定连接，在蜗杆支架远离与轴套连接的外侧设置有蜗杆安装平台，第三传动蜗杆通过轴座安装在蜗杆安装平台上方；所述侧蜗轮盘固定在载物台托架的一端，所述载物台托架与载物台的下端固定连接、且与蜗杆支架的上端部通过轴套与轴孔配合结构可转动式连接；所述第三带轮与所述第四带轮通过第二同步带连接，所述第五带轮与所述第六带轮通过第三同步带连接，所述第三传动蜗杆与侧蜗轮盘啮合；

在平蜗轮盘、立蜗轮盘和侧蜗轮盘上各安装有一角编码器。

进一步的：所述蜗杆支架由固定架、两连接板及侧板构成；固定架为立架结构，固定架的下端与所述轴套焊连，固定架的上端设置有第一轴安装孔；侧板采用L型弯板结构，侧板的横边形成蜗杆安装平台，侧板的上端焊接有带第二轴安装孔的上端头，第二轴安装孔和第一轴安装孔呈水平同轴设置；所述两连接板的一端与所述轴套焊接固定，另一端与侧板的竖边固定连接；所述载物台托架由转轴及与转轴两端固定的托板构成，转轴可转动式穿装在所述第一轴安装孔内和第二轴安装孔内，两端托板与载物台下端固定连接；所述侧蜗轮盘与远离轴套一端的托板的下端固定连接。

进一步的：所述立蜗轮盘和侧蜗轮盘均为半蜗盘结构。

本发明具有的优点和积极效果：

本发明采用了单一动力源，由动力输入轴输入动力，通过几个离合器的离合状态组合，可形成三条传动链，分别可实现载物台的偏航旋转，载物台的横滚旋转及载物台的俯仰旋转；在平蜗轮盘、立蜗轮盘和侧蜗轮盘上各安装有一角编码器，可准确测得三个方向的旋转角度。

本发明的各传动部件之间位置布置合理、结构紧凑、占用空间小。在对传感器进行性能检测时，只需切换几个离合器的离合状态即可，节省了人力操作，能满足测试所要求的转动角速度条件。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图1；

图2是本发明的立体结构示意图2；

图3是本发明的立体结构示意图3(去掉载物台)。

具体实施方式

下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种单电机输入的三自由度转动机构，请参见图1-3，包括底座1、传动换向机构和载物台24。载物台上用于安放固定待检测的传感器。

所述传动换向机构包括动力输入轴2、第一传动轴3、第一传动蜗杆7、平蜗轮盘8、第二传动轴9、第二传动蜗杆10、立蜗轮盘11、第三传动轴14、第四传动轴19、第三传动蜗杆22和侧蜗轮盘23；

所述动力输入轴连接动力源，所述动力输入轴和第一传动轴通过各自轴座可转动式安装在底座下方，动力输入轴与第一传动轴通过第一离合器连接，第一传动轴的端部安装有第一带轮4；所述平蜗轮盘通过回转支承安装在底座上方，所述第一传动蜗杆通过与底座上端连接的轴座可转动式安装在底座上方，第一传动蜗杆与平蜗轮盘啮合，第一传动蜗杆的端部安装有第二带轮6，第二带轮和第一带轮之间通过第一同步带5连接；

所述第二传动轴为立轴，第二传动轴垂直穿装在底座上，第二传动轴的下端部与动力输入轴通过一对相啮合的锥齿轮传动连接；所述第二传动蜗杆通过与平蜗轮盘上端连接的轴座安装在平蜗轮盘的上方，第二传动蜗杆与第二传动轴的上端部之间通过第一锥状离合器连接。所述立蜗轮盘支撑在蜗轮盘支架上，蜗轮盘支架由固定在平蜗轮盘上的立板12及通过轴承支撑在两立板上端的轴套13构成，立蜗轮盘的中心部与轴套同轴固定连接，立蜗轮盘与第二传动蜗杆啮合；

所述第三传动轴通过与平蜗轮盘上端连接的轴座可转动式支撑在平蜗轮盘的上方，第三传动轴与第二传动轴的上端部通过第二锥状离合器连接，在第三传动轴上安装有第三带轮15；所述第四传动轴可转动式安装在所述轴套内，在第四传动轴上安装有第四带轮17和第五带轮18。所述第三传动蜗杆安装在蜗杆支架上、且在第三传动蜗杆上安装有第六带轮21，所述蜗杆支架与所述轴套固定连接，在蜗杆支架远离与轴套连接的外侧设置有蜗杆安装平台，第三传动蜗杆通过轴座安装在蜗杆安装平台上方；所述侧蜗轮盘固定在载物台托架的一端，所述载物台托架与载物台的下端固定连接、且与蜗杆支架的上端部通过轴套与轴孔配合结构可转动式连接；所述第三带轮与所述第四带轮通过第二同步带16连接，所述第五带轮与所述第六带轮通过第三同步带20连接，所述第三传动蜗杆与侧蜗轮盘啮合；

在平蜗轮盘、立蜗轮盘和侧蜗轮盘上各安装有一角编码器，分别实现载物台偏航、俯仰及横滚角度的测量。

上述结构中，在各个离合器上均装有拨叉，以便于控制离合器的脱开和结合。第一传动蜗杆、第二传动蜗杆，第三传动蜗杆均加工为中间粗两端细的阶梯轴形式，且在中间较粗轴段加工出螺旋齿作为实际传动的部分。

上述结构中，进一步的：所述蜗杆支架由固定架25、两连接板27及侧板26构成。固定架为立架结构，固定架的下端与所述轴套焊连，固定架的上端设置有第一轴安装孔；侧板采用L型弯板结构，侧板的横边形成蜗杆安装平台，侧板的上端焊接有带第二轴安装孔的上端头，第二轴安装孔和第一轴安装孔呈水平同轴设置，所述两连接板的一端与所述轴套焊接固定，另一端与侧板的竖边固定连接。所述载物台托架由转轴28及与转轴两端固定的托板29构成，转轴可转动式穿装在所述第一轴安装孔内和第二轴安装孔内，两端托板与载物台下端固定连接；所述侧蜗轮盘与远离轴套一端的托板的下端固定连接。

上述结构中，进一步的：所述立蜗轮盘和侧蜗轮盘均为半蜗盘结构，在满足了俯仰及横滚两个方向角度测量的要求的前提下，可有效减小转动机构在高度方向的尺寸，使整体结构紧凑，占用空间小。

上述结构中，在各个离合器上均装有拨叉，以便于控制离合器的脱开和结合。

本单电机输入的三自由度转动机构的工作原理：

当需要实现旋转(偏航)运动时，动力输入轴和第一传动轴之间的离合器结合，第二传动轴和第三传动轴之间的锥形离合器脱开，第二传动轴和第二传动蜗杆之间的锥形离合器脱开。此时，电动机带动动力输入轴转动，从而带动第一传动轴和第二传动轴转动。第一传动轴上的第一带轮通过第一同步带带动第二带轮转动，从而使第一传动蜗杆转动，第一传动蜗杆通过蜗轮蜗杆传动带动平蜗轮盘转动。其上焊接的两立板与平蜗轮盘共同转动。两立板带动轴套、蜗杆支架和载物台托架一起转动，从而实现载物台的转动。此时由于第二传动轴和第三传动轴静止不动，因此不会产生横滚和俯仰的运动。

当需要实现横滚运动时，动力输入轴和第一传动轴之间的离合器脱开，第二传动轴和第三传动轴之间的锥形离合器结合，第二传动轴和第二传动蜗杆之间的锥形离合器脱开。此时，电动机带动动力输入轴转动，从而带动第三传动轴及其上的第三带轮共同转动，第三带轮通过第二同步带带动第四带轮转动，从而使第四传动轴转动，而其外面所套的轴套不动。第四传动轴转动时会带动第五带轮转动，第五带轮通过第三同步带带动第六带轮转动，从而带动第三传动蜗杆转动，第三传动蜗杆通过蜗轮蜗杆传动带动侧蜗轮盘转动，从而实现载物台的横滚运动。此时由于第一传动轴、平蜗轮盘、立蜗轮盘均静止不动，因此不会产生旋转(偏航)和俯仰的运动。

当需要实现俯仰运动时，动力输入轴和第一传动轴之间的离合器脱开，第二传动轴和第三传动轴之间的锥形离合器脱开，第二传动轴和第二传动蜗杆之间的锥形离合器结合。此时，电动机带动动力输入轴转动，从而使第二传动蜗杆转动。第二传动蜗杆通过蜗轮蜗杆传动带动立蜗轮盘转动，从而使轴套、蜗杆支架、载物台托架、侧蜗轮盘及第三传动蜗杆一起运动，从而实现载物台的俯仰运动，而第四传动轴保持不转动，此时由于第一传动轴、平蜗轮盘静止不动，而侧蜗轮盘只有运动而没有转动，因此不会产生旋转和横滚运动。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和图所公开的内容。