一种自复位式双自由度运动机构 |
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| 申请号 | CN202311433046.8 | 申请日 | 2023-10-31 | 公开(公告)号 | CN117434997A | 公开(公告)日 | 2024-01-23 |
| 申请人 | 连云港杰瑞电子有限公司; | 发明人 | 何文强; 耿继晨; 孙苏磊; 王金友; 钱金良; 李海宝; 吴凡; 陈帅; 顾加欢; 甘武祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种自复位式双 自由度 运动机构，可实现X、Y两个轴向的自复位旋转运动，两个轴向的旋转运动互不干涉，运动区域为矩形。本发明的一种自复位式双自由度操纵杆，其结构巧妙，装配方便，可将旋转 信号 转换为 电信号 ，可用于各种工业设备、军用设备的控制和各类仿真训练平台上的操纵杆设计，适用于多种电控操纵杆，适用性广。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自复位式双自由度运动机构，其特征在于，所述自复位式双自由度运动机构可实现X、Y两个轴向的自复位旋转运动，两个轴向的旋转运动互不干涉，运动区域为矩形。 |
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| 说明书全文 | 一种自复位式双自由度运动机构技术领域[0001] 本发明属于操纵杆设计领域，特别是一种自复位式双自由度运动机构。 背景技术[0002] 操纵杆是一种输入设备，一般用于工程机械或港口机械上的角度控制。目前市场上的操纵杆主要分为液压式和电控式两种。液压式操纵杆虽然造价便宜，结构装配简单，但是需要液压系统的支持，而且精度不高。相较于液压式操纵杆，电控式操纵杆精度更高，可用于更为精密的角度控制。但电控式操纵杆一般结构较为复杂，装配难度较大，还存在一些问题。 发明内容[0004] 实现本发明目的的技术解决方案为：一种自复位式双自由度运动机构，所述自复位式双自由度运动机构可实现X、Y两个轴向的自复位旋转运动，两个轴向的旋转运动互不干涉，运动区域为矩形。 [0005] 进一步地，所述自复位式双自由度运动机构包括底座、第一支架、第二支架、转框、第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴、第一辅助支架、第二辅助支架、第一档杆、第二挡杆、第一扭簧、第二扭簧、第一磁传感器、第二磁传感器、第一衬套、第二衬套、第一轴承、第二轴承、第一挡片、第二挡片和连接杆；所述第一支架和第二支架固定在所述底座上，且对称平行设置；所述第一扭簧套在所述第一转轴上，第一转轴上的凸起伸入到第一扭簧的两扭臂之间；所述第一衬套安装在第一支架的衬套孔内，第一转轴插入第一衬套中，第一转轴可相对于第一支架转动；所述第一轴承安装在第二支架的轴承孔内，所述第二转轴插入到第一轴承中，第二转轴可相对于第二支架转动；所述第一磁传感器通过螺钉固定在第二支架上；所述转框上有与第一转轴和第二转轴的轴径相配合的孔，第一转轴和第二转轴伸入到转框的配合孔内，并通过紧定螺钉锁紧；所述第一挡片套在第二转轴上，处于第二支架和转框之间；所述第一挡杆安装在第一支架上，处于第一扭簧的两扭臂之间；所述第二扭簧套在第三转轴上，第三转轴上的凸起伸入到第二扭簧的两扭臂之间；所述转框上有与第三转轴轴径配合的孔，第三转轴伸入到转框的孔内，并通过紧定螺钉锁紧，第三转轴和转框之间互相固定；所述第二轴承安装在转框的轴承孔内，第四转轴插入到第二轴承中，第四转轴可相对于转框转动；所述第二衬套安装在第一辅助支架的的衬套孔内，第三转轴插入到所述第二衬套中，第一辅助支架可相对于第三转轴转动；所述第二辅助支架上有与第四转轴配合的孔，第四转轴伸入到第二辅助支架的孔内，并通过紧定螺钉锁紧；所述第二磁传感器通过螺钉固定在转框上；所述第二挡片套在第四转轴上，且处于转框和第二辅助支架之间；所述第一挡杆安装在第一支架上，且处于第一扭簧的两扭臂之间；所述连接杆两端通过螺钉安装在第一辅助支架和第二辅助支架上，与第一辅助支架和第二辅助支架相互固定。 [0006] 进一步地，所述第一转轴、第二转轴、第三转轴、第四转轴沿转框均匀分布呈十字型结构，且第一转轴、第二转轴沿X轴方向同轴设置，所述第三转轴、第四转轴沿Y轴方向同轴设置。 [0008] 进一步地，所述连接杆旋转时通过所述转框进行限位，进而限制自复位式双自由度运动机构X轴向的运动范围。 [0009] 进一步地，所述第一磁传感器用于通过磁效应获取第二转轴的转动角度并将其转换为模拟量数据；所述第二磁传感器用于通过磁效应获取第四转轴的转动角度并将其转换为模拟量数据；所述第一磁传感器包括第一传感器、第一磁铁和第一传感器卡扣；所述第二磁传感器包括第二传感器、第二磁铁和第二传感器卡扣；所述第一传感器、第一磁铁、第二转轴同心安装，其中所述第一磁铁嵌入在第二转轴内，所述第一传感器通过所述第一传感器卡扣压紧在第二支架上；所述第二传感器、第二磁铁、第四转轴同心安装，其中所述第二磁铁嵌入在第四转轴内，所述第二传感器通过所述第二传感器卡扣压紧在转框上。 [0010] 进一步地，所述第二转轴和第四转轴上均设有调节装置，分别用于调整第二转轴和第四转轴的初始角度，进而用于调试第一磁传感器和第二磁传感器。 [0011] 进一步地，所述第一挡杆和第二挡杆上均设有调节装置，分别用于调整第一挡杆和第二挡杆的角度，以消除挡杆与扭簧的两扭臂之间的虚位。 [0012] 进一步地，所述连接杆上方为球形，球心位置处于自复位式双自由度运动机构X旋转方向轴线和Y旋转方向轴线上，保证球形表面不变。 [0013] 进一步地，所述连接杆上设有沉头螺钉安装孔，可用于安装其他零部件，拓展自复位式双自由度运动机构功能。 [0014] 进一步地，所述底座上安装有定位销，用于保证第一支架和第二支架的安装精度。 [0015] 进一步地，所述第一衬套、第二衬套、第一挡片、第二挡片均采用非金属材质。 [0016] 本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明设计的自复位式双自由度运动机构，其结构巧妙，装配方便，可将旋转信号转换为电信号，可用于各种工业设备、军用设备的控制和各类仿真训练平台上的操纵杆设计，适用于多种电控操纵杆，适用性广。 附图说明[0018] 图1是一个实施例中自复位式双自由度运动机构整体结构示意图。 [0019] 图2是一个实施例中整体结构Y轴向剖视图。 [0020] 图3是一个实施例中整体结构X轴向剖视图。 [0021] 图4是一个实施例中整体结构侧视图1 [0022] 图5是一个实施例中整体结构侧视图2。 [0023] 图6是一个实施例中磁传感器示意图。 [0024] 图中附图标记说明： [0025] 01—底座、02—第一支架、03—第二支架、04—转框、05—第一转轴、06—第二转轴、07—第三转轴、08—第四转轴、09—第一辅助支架、10—第二辅助支架、11—第一档杆、12—第二挡杆、13—第一扭簧、14—第二扭簧、15—第一磁传感器、16—第二磁传感器、17—第一衬套、18—第二衬套、19—第一轴承、20—第二轴承、21—第一挡片、22—第二挡片、 23—连接杆、061—第二转轴一字凹槽、081—第四转轴一字凹槽、111—第一挡杆一字凹槽、 121—第一挡杆一字凹槽、151—第一传感器、152—第一磁铁、153—第一传感器卡扣、161—第二传感器、162—第二磁铁、163—第二传感器卡扣。 具体实施方式[0026] 为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。 [0027] 需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。 [0028] 另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。 [0029] 在一个实施例中，结合图1至图6，提供了一种自复位式双自由度运动机构，所述自复位式双自由度运动机构可实现X、Y两个轴向的自复位旋转运动，两个轴向的旋转运动互不干涉，运动区域为矩形。 [0030] 所述自复位式双自由度运动机构包括底座01、第一支架02、第二支架03、转框04、第一转轴05、第二转轴06、第三转轴07、第四转轴08、第一辅助支架09、第二辅助支架10、第一档杆11、第二挡杆12、第一扭簧13、第二扭簧14、第一磁传感器15、第二磁传感器16、第一衬套17、第二衬套18、第一轴承19、第二轴承20、第一挡片21、第二挡片22、连接杆23；所述第一支架02和第二支架03通过螺钉固定在所述底座01上，且对称平行设置，和底座01构成一个整体，共同支撑起整个运动机构。 [0031] 这里，底座01和第一支架02和第二支架03是整个运动机构的基础，在安装第一支架02和第二支架03时在需要添加定位销，保证第一支架02和第二支架03的安装精度。第一支架02和第二支架03使用螺钉固定在底座01上，和底座01构成一个整体，共同支撑起整个运动机构。 [0032] 所述第一支架02和第二支架03固定在所述底座01上，且对称平行设置；所述第一扭簧13套在所述第一转轴05上，第一转轴05上的凸起伸入到第一扭簧13的两扭臂之间；所述第一衬套17安装在第一支架02的衬套孔内，第一转轴05插入第一衬套17中，第一转轴05可相对于第一支架02转动；所述第一轴承19安装在第二支架02的轴承孔内，所述第二转轴06插入到第一轴承19中，第二转轴06可相对于第二支架03转动；所述第一磁传感器15通过螺钉固定在第二支架03上；所述转框04上有与第一转轴05和第二转轴06的轴径相配合的孔，第一转轴05和第二转轴06伸入到转框04的配合孔内，并通过紧定螺钉锁紧；所述第一挡片21套在第二转轴06上，处于第二支架03和转框04之间；所述第一挡杆11安装在第一支架 02上，处于第一扭簧13的两扭臂之间；所述第二扭簧14套在第三转轴07上，第三转轴07上的凸起伸入到第二扭簧14的两扭臂之间；所述转框04上有与第三转轴07轴径配合的孔，第三转轴07伸入到转框04的孔内，并通过紧定螺钉锁紧，第三转轴07和转框04之间互相固定；所述第二轴承20安装在转框04的轴承孔内，第四转轴08插入到第二轴承20中，第四转轴08可相对于转框04转动；所述第二衬套18安装在第一辅助支架09的的衬套孔内，第三转轴07插入到所述第二衬套18中，第一辅助支架09可相对于第三转轴07转动；所述第二辅助支架10上有与第四转轴08配合的孔，第四转轴08伸入到第二辅助支架10的孔内，并通过紧定螺钉锁紧；所述第二磁传感器16通过螺钉固定在转框04上；所述第二挡片22套在第四转轴08上，且处于转框04和第二辅助支架10之间；所述第一挡杆11安装在第一支架02上，且处于第一扭簧13的两扭臂之间；所述连接杆23两端通过螺钉安装在第一辅助支架09和第二辅助支架 10上，与第一辅助支架09和第二辅助支架10相互固定。 [0033] 所述第一转轴05、第二转轴06以及转框04三者绕第一转轴05和第二转轴06的轴线转动时，通过第一支架02和第二支架03上的凸块进行限位，进而限制自复位式双自由度运动机构Y轴向的运动范围。 [0034] 所述连接杆23旋转时通过所述转框04进行限位，进而限制自复位式双自由度运动机构X轴向的运动范围。 [0035] 进一步地，在其中一个实施例中，所述第一磁传感器15用于通过磁效应获取第二转轴06的转动角度并将其转换为模拟量数据；所述第二磁传感器16用于通过磁效应获取第四转轴05的转动角度并将其转换为模拟量数据；所述第一磁传感器15包括第一传感器151、第一磁铁152、第一传感器卡扣153；所述第二磁传感器16包括第二传感器161、第二磁铁162、第二传感器卡扣163；所述第一传感器151、第一磁铁152、第二转轴06同心安装，其中所述第一磁铁152嵌入在第二转轴06内，所述第一传感器151通过所述第一传感器卡扣153压紧在第二支架03上；所述第二传感器161、第二磁铁162、第四转轴08同心安装，其中所述第二磁铁162嵌入在第四转轴08内，所述第二传感器161通过所述第二传感器卡扣163压紧在转框04上。 [0036] 进一步地，在其中一个实施例中，所述第二转轴06和第四转轴08上均设有调节装置，分别用于调整第二转轴06和第四转轴04的初始角度，进而用于调试第一磁传感器15和第二磁传感器16；所述第一挡杆11和第二挡杆12上均设有调节装置，分别用于调整第一挡杆11和第二挡杆12的角度，以消除挡杆与扭簧的两扭臂之间的虚位。 [0037] 这里优选地，在其中一个实施例中，所述调节装置采用但不限于一字槽。 [0039] 这里优选地，在其中一个实施例中，所述第一挡片21为非金属材料，可减小第二支架03和转框04之间的摩擦力。 [0040] 这里优选地，在其中一个实施例中，所述第二挡片22为非金属材料，可减小转框04和第二辅助支架10之间的摩擦力。 [0041] 进一步地，在其中一个实施例中，所述连接杆23上方为球形，球心位置处于自复位式双自由度运动机构X旋转方向轴线和Y旋转方向轴线上，保证球形表面不变。 [0042] 进一步地，在其中一个实施例中，所述连接杆12上设有沉头螺钉安装孔，可用于安装其他零部件，拓展自复位式双自由度运动机构功能。 [0043] 下面介绍整体装置的具体装配： [0044] 安装运动机构的Y轴向前，需要将第一扭簧13套在第一转轴05上，第一转轴05的凸起伸入到第一扭簧13的两个扭臂之间，将扭簧撑开；将第一磁铁152镶嵌在第二转轴06内。安装运动机构的Y轴向时，分别将第一衬套17和第一轴承19安装在第一支架02和第二支架 03内，再分别将第一转轴05和第二转轴06伸入到第一衬套17和第一轴承19中，第一转轴05和第二转轴06同轴。在转框04上有与第一转轴05和第二转轴06配合的孔，将第一转轴05和第二转轴06伸进转框04的孔内，使用紧定螺钉锁紧，即可将第一转轴05、第二转轴06、转框 04三者相互固定，三者可绕第一转轴05和第二转轴06的轴线转动。转框04绕轴线转动时，会撞击到第一支架02和第二支架03，可限制Y轴向旋转的角度。在第二转轴06上套有第一挡片 21，其处于第二支架03和转框04之间。第一磁传感器15包括第一传感器151、第一磁铁152和第一传感器卡扣153，第一磁铁152已安装在第二转轴06中，使用螺钉通过第一传感器卡扣 153将第一传感器151压紧在第二支架03上即可通过磁效应获取第二转轴06的转动角度。在第二转轴06上有一字凹槽061，拧紧第二转轴06的紧定螺钉前可使用一字螺丝刀调整第二转轴06的旋转角度，用于调试磁传感器，输出理想的模拟量数据。第一档杆11外形为腰形，端面有一字凹槽111，通过螺钉安装在第一支架02上，安装时伸入到第一扭簧13的两个扭臂内。转框04转动时，在第一扭簧13和第一挡杆11的作用下，第一扭簧13的两个扭臂张开，可提供自复位的力。通过一字螺丝刀可调整第一档杆11的旋转角度，消除第一挡杆与第一扭簧13两个扭臂之间的间隙，消除零位晃动。 [0045] 安装运动机构的X轴向前，需要将第二扭簧14套在第三转轴07上，第三转轴07的凸起伸入到第二扭簧14的两个扭臂之间，将扭簧撑开；将第二磁铁162镶嵌在第四转轴08内。安装运动机构的X轴向时，转框04上有与第三转轴07配合的孔，将第三转轴07伸入到转框04的孔内，并使用紧定螺钉锁紧。将第二轴承20安装在转框04上，将第四轴承伸入到第二轴承 20内，第四转轴08可相对于转框04转动；第三转轴07和第四转轴08的轴线同线。将第二衬套 18安装在第一辅助支架09内，再将第一辅助支架09套在第三转轴07上，第一辅助支架09即可绕第三转轴07轴线转动。第二辅助支架10上有与第四转轴08配合的孔，将第四转轴08伸入到第二辅助支架10内，并使用紧定螺钉锁紧。在第四转轴08上套有第二挡片22，处于转框 04和第二辅助支架10之间。第二磁传感器16包括第二传感器161、第二磁铁162和第二传感器卡扣163，第二磁传感器16已安装在第四转轴08中，使用螺钉通过第二传感器卡扣163将第二传感器161压紧在转框04上即可通过磁效应获取第四转轴08的转动角度。在第四转轴 08上有一字凹槽081，拧紧第四转轴08的紧定螺钉前可使用一字螺丝刀调整第四转轴08的旋转角度，用于调试磁传感器，输出理想的模拟量数据。第二档杆外形为腰形，端面有一字凹槽121，使用螺钉安装在第二辅助支架10上，安装时伸入到第二扭簧14的两个扭臂内。第二辅助支架10转动时，在第二扭簧14和第二挡杆12的作用下，第二扭簧14的两个扭臂张开，可提供自复位的力。使用一字螺丝刀可调整第一档杆11的旋转角度，消除第一挡杆与第一扭簧13两个扭臂之间的间隙，消除零位晃动。最后通过螺钉将连接杆23安装在第一辅助支架09和第二辅助支架10上，将三者固定位一个整体，可一同旋转。连接杆23绕轴线转动时，内部的凸台会撞击到转框04，可限制X轴向旋转的角度。 [0046] 根据装配情况，可以看出整个运动机构在X轴向和Y轴向之间相互独立，互不影响，因此运动机构的运动区域为矩形。 [0047] 本发明设计的自复位式双自由度运动机构，其结构巧妙，装配方便，可将旋转运动转换为模拟量信号，可应用于多种操纵杆。 |
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