[發明專利]球形定向裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201010229217.1
• 申請日: 2010-05-25
• 公開（公告）號: CN101943312A
• 公開（公告）日: 2011-01-12
• 發明（設計）人: P·梅拉德
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: F16M11/12
• 分類號: F16M11/12
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 曹若;梁冰

技術領域

本發明涉及一種球形定向裝置，尤其涉及一種由兩個驅動軸驅動的二自由度球形定向裝置，該球形定向裝置支撐具有定向軸線的可定向裝置。另一方面，本發明涉及一種制造這種球形定向裝置的方法。

背景技術

二維球形定向裝置通過圍繞固定點旋轉使可定向的有效負載裝置在空間中朝著期望的方向定向，這種球形定向裝置用在許多技術領域中，例如在慣性傳感器中諸如陀螺測試儀中，包括在微機械、在陀螺儀、在可定向鏡子例如在二自由度光學掃描器、在攝影機和攝影機物鏡的陀螺穩定、在用于消防車的水炮或游戲中、在機械腕、人造手和在火炮裝置中。另一個重要的應用領域是操縱桿和類似的輸入裝置，其檢測由使用者轉動的目標的球形定向，例如在汽車或工業應用中的用戶接口中，在移動式液壓機械中，或在游戲或通用計算機用戶接口中。

用于將可定向裝置傾斜進兩個方向的傳統機構是兩個萬向節的組件，也就是旋轉支撐，其每個容許目標繞單個軸線進行旋轉，其中內部萬向節裝配在外部萬向節上，同時旋轉軸線以正交或別的方式以非共線的角度布置。然而，為了驅動內部萬向節，驅動馬達或者在輸入裝置的情況下旋轉傳感器不得不由外部萬向節支承。這導致了外部萬向節的慣量提高，阻礙了在許多應用中需要的快速運動。

在另一種傳統機構中，可定向裝置被壓緊到頂端并在兩個方向上傾斜。旋轉中心位于頂端的頂點上，那里安裝了軸承。由于在旋轉中心存在這種材料，目標不能在機構中自由定位，其對許多應用都是不適合的。例如，在可定向裝置是鏡子的情況下，例如在鏡子掃描器的應用中，機構不容許鏡子定位成旋轉中心位于鏡面上。

US5966991A公開了一種二自由度球形定向裝置，其中具有有效負載支撐的球形五桿(five-bar)機構是由兩個旋轉驅動器驅動的，旋轉驅動器相對于基座位置固定。用于將有效負載支撐在定向軸線上的有效負載支撐裝置包括第一和第二回轉支撐接頭，其每個布置成用于圍繞支撐軸線旋轉，其中定向軸線和每個支撐軸線穿過球形旋轉中心相互正交布置。固定到第一旋轉驅動器的軸上的內部球臂聯接到有效負載支撐的第一回轉支撐接頭上，第一驅動器軸線布置成與第一支撐軸線正交。中間球臂徑向向內聯接到有效負載支撐的第二回轉支撐接頭上并且向外聯接到中間回轉接頭上，中間回轉接頭布置成用于圍繞聯接軸線旋轉，聯接軸線穿過球形旋轉中心，聯接軸線布置成正交于第二支撐軸線。外部球臂固定到第二旋轉驅動器的軸上并且聯接到中間回轉接頭上，聯接軸線布置成正交于第二驅動器軸線。

盡管公開的定向裝置容許有效負載定位在幾何旋轉中心，該裝置需要圍繞有效負載的巨大的球形內部自由空間而不依賴于要被定向的有效負載的形狀和它的方位。由于在一般應用中，例如上面所列的可定向的有效負載裝置典型地不是球形形狀，這導致了不希望的巨大的空間需要，尤其對于相當地背離球形形狀的可定向有效負載裝置，例如扁平的或細長的有效負載。此外，由于慣性矩的增加和寄生(parasitic)運動的可能性，內部、外部和中間球臂與可定向裝置之間的巨大的距離還不利地影響高速操作。

因此期望提供一種球形定向裝置，其能夠定向非球形有效負載裝置，尤其在高速時，但不需要巨大的安裝空間。

發明內容

因此，提供了一種球形定向裝置，其具有基座、第一和第二驅動軸、可定向裝置、內部構件、中間構件和外部構件。第一和第二驅動軸由基座可旋轉地保持，用于圍繞第一和第二驅動軸線可旋轉地驅動，第一和第二驅動軸線在球形旋轉中心正交相交。可定向裝置由第一和第二回轉支撐接頭支撐，第一支撐接頭布置成用于圍繞可定向裝置的定向軸線旋轉，并且第二支撐接頭布置成用于圍繞支撐軸線旋轉，其在球形旋轉中心與定向軸線正交相交。內部構件固定到第一驅動軸上并且聯接到第二支撐接頭上，第一驅動軸線布置成正交于支撐軸線。中間構件向內聯接到第一支撐接頭上并且向外聯接到中間回轉接頭上，中間回轉接頭布置成用于圍繞聯接軸線旋轉，聯接軸線穿過球形旋轉中心并且布置成正交于定向軸線。外部構件固定到第二驅動軸上并且聯接到中間回轉接頭上，聯接軸線布置成正交于第二驅動軸線。