[發明專利]一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置及傳動方法

有效

• 申請號: 201410505001.1
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104455272B
• 公開（公告）日: 2017-01-18
• 發明（設計）人: 莫桂冬;殷參;王國欣;劉碩;賴小明;孫啟臣
• 申請（專利權）人: 北京衛星制造廠
• 主分類號: F16H25/20
• 分類號: F16H25/20;H02K7/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 安麗

技術領域

本發明屬于機構傳動技術領域，涉及一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置及傳動方法，應用于我國某航天工程中實現地外天體土壤樣品回收的樣品回收機構。

背景技術

某航天工程下屬樣品回收機構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，這三種功能要求機構部分對應實現的三種輸出運動形式分別如附圖2所示。附圖2中運動執行裝置有兩個，分別是導向裝置9、樣品容器21，樣品容器21通過回轉運動纏繞提芯繩和樣品，導向裝置9控制提芯繩和樣品進入樣品容器21的軸向位置。

提芯功能對應的機構運動模式如附圖2a，樣品容器21作順時針回轉運動，導向裝置9不進給；整形功能對應的機構運動模式如附圖2b，樣品容器21作順時針回轉運動，導向裝置9沿樣品容器軸線向下運動，兩者聯動實現螺旋復合運動；分離傳送功能對應的機構運動模式如附圖2c，樣品容器21作逆時針回轉運動，導向裝置9沿樣品容器軸線向上運動。

如何在樣品回收機構上節約的、高可靠的順序實現三種運動模式是一個機構設計難題。按照常規設計思路，一般采用兩臺電機分別驅動導向裝置進給運動、樣品容器回轉運動，并通過控制器控制兩臺電機聯動、分時工作來實現上述三種運動模式。但該航天工程的質量、能量、遙控參數等的約束極其嚴格，常規方案，質量大，控制復雜且控制參數多、聯動精度難以保證、可靠性低，難以滿足工程要求。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供了一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置及傳動方法，利用機構控制兩級絲杠傳動副順序運動，實現了在一臺電機驅動下高可靠地順序執行樣品回收機構的三種運動模式。

本發明的技術方案是：一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置，包括驅動齒輪、機構殼體、機架、進給傳動齒輪、進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、一級絲杠回轉限位套、一級絲杠、一級絲杠軸向鎖定簧片、回轉齒輪、回轉齒輪支撐軸承、第一滑鍵結構、第二滑鍵結構、第三滑鍵結構和電機；

所述機架在與二級絲杠軸線平行方向挖有一滑槽；進給傳動齒輪外表面為齒輪軸結構，中間空心并刻有傳動內螺紋結構；柔性軸的一端為連接法蘭，中間部位為第一滑鍵結構，柔性軸的另一端為一級絲杠軸向鎖定簧片的安裝接口；導向裝置為中空管道結構，其外表面的一側固定安裝有第二滑鍵結構；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對稱分布兩個第三滑鍵結構，下部外表面為傳動外螺紋結構，中心為軸向貫通的滑槽結構，中心滑槽結構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構；

所述的一種單電機驅動的雙自由度順序運動裝置包括進給、回轉兩條傳動鏈，兩條傳動鏈均由電機帶動驅動齒輪驅動；進給傳動鏈由一級齒輪傳動、兩級絲杠傳動構成，其中驅動齒輪和進給傳動齒輪構成驅動外嚙合齒輪副，一級絲杠與進給傳動齒輪構成第一級絲杠傳動副，二級絲母、二級絲杠構成第二級絲杠傳動副，進給傳動齒輪、第一級絲杠傳動副、第二級絲杠傳動副、一級絲杠回轉限位套同軸安裝；回轉傳動鏈只有一級齒輪傳動，即驅動齒輪和回轉齒輪構成的外嚙合齒輪副；機構殼體和機架固定連接，進給傳動齒輪通過進給傳動齒輪支撐軸承安裝在機構殼體上，回轉齒輪通過回轉齒輪支撐軸承安裝在機構殼體上；二級絲杠通過二級絲杠固定端支撐軸承安裝在機構殼體上，還通過二級絲杠游動端支撐軸承安裝在機架上；導向裝置與二級絲母固定連接，導向裝置上的第二滑鍵結構與機架上的滑槽配合構成滑動副；一級絲杠下部的傳動外螺紋結構與進給傳動齒輪中心的傳動內螺紋結構嚙合并構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構與一級絲杠回轉限位套配合并構成軸向滑動副；一級絲杠軸向鎖定簧片固定在柔性軸上，兩個簧片關于柔性軸軸線對稱，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，其上的第一滑鍵結構與一級絲杠中心的滑槽配合并構成軸向滑動副同時約束周向轉動自由度；一級絲杠軸向鎖定簧片沿徑向預壓縮，并與一級絲杠中心的滑槽配合并構成軸向滑動副；二級絲母鎖緊螺母安裝在二級絲杠上，初始狀態時與二級絲母構成雙螺母鎖緊結構。

一種采用上述單電機驅動的雙自由度順序運動裝置進行傳動的方法，步驟如下：

1)開始工作前，將一級絲杠軸向鎖定簧片進行徑向預壓縮，解除鎖定狀態；將一級絲杠的位置運動到行程的最上端；將二級絲母的位置運動到行程的最上端，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；