一种多边齿条传动的开合结构的制作方法

1.本实用新型主要涉及电机控制的技术领域，具体为一种多边齿条传动的开合结构。


背景技术：

2.对于常规开合机构常用的驱动方式为压缩空气或液压驱动气缸或者油缸，带动连杆机构实现开合运动动作，如工程车的液压抓手，汽车上装设备上的门机开合机构等。由于此驱动方式的精度不高，且不容易控制，往往在一些开阔空间与简单动作执行的场合使用，而随着智能驾驶的发展，特别是专用无人驾驶汽车产品的发展，对此类专用车上装载的一些抓取机构、开合机构等类似开合动作要求的精度越来越高，而传统的开合机构存在一些基本问题如下：
3.1.要求类似开合机构必须有液压源或者压缩空气源，而支撑上述动力源需要专门的液压站和空气压缩机提供。
4.2.气缸或油缸执行器不容易做随动控制，只能做选择性动作控制，不能实时控制开合程度。
5.3.整个机构体积庞大，结构工艺性差，需要接入油管、气管。
6.4.系统油路、气路有密封性风险，长期使用造成泄漏，维护保养成本。
7.5.连杆机构精度低，装配复杂。
8.6.开合动作不能数据化、智能化，应用时不能实时了解开合机构的具体形态参数。


技术实现要素：

9.本实用新型主要提供了一种多边齿条传动的开合结构，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
10.本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案为：
11.一种多边齿条传动的开合机构，包括有步进电机，所述步进电机设在防护壳内部，所述防护壳的上方设有下支撑结构，所述下支撑结构远离防护壳的一侧设有上支撑结构，所述下支撑结构和上支撑结构的外侧均开设有若干个凹槽，每个所述凹槽相对应并组成活动腔，且所述下支撑结构与上支撑结构的中央形成圆柱腔，所述圆柱腔的内部垂直设有丝杆，所述丝杆的一端与步进电机的输出端固定连接，所述丝杆上套设有多边形齿条，所述多边形齿条的底端对称开设有定位槽，且所述丝杆的两侧对称设有垂直的定位导向杆，所述定位导向杆与定位槽相匹配，所述多边形齿条的顶端设有螺母，所述螺母活动安装在丝杆上，且所述多边形齿条的外部齿上均啮合连接有异型旋转扇形齿轮，每个所述异型旋转扇形齿轮均通过旋转轴与活动腔的侧壁活动连接。
12.进一步的，所述步进电机的输出端贯穿防护壳的顶部延伸至圆柱腔内部。
13.进一步的，下支撑结构和防护壳之间通过电机锁紧螺钉固定连接。
14.进一步的，所述上支撑结构位于每个凹槽的一侧均开设有固定腔，每个所述固定
腔内部均设有结构锁紧螺钉，且所述下支撑结构和上支撑结构通过若干个结构锁紧螺钉固定连接。
15.进一步的，所述螺母远离多边形齿条的一端均匀设有三个齿条锁紧螺钉，且所述螺母通过三个齿条锁紧螺钉与多边形齿条的顶部固定连接。
16.进一步的，每个所述异型旋转扇形齿轮均与对应的旋转轴为一体式连接并采用模具成型的工艺实现。
17.进一步的，两个所述定位导向杆的底端均与防护壳的顶部固定连接。
18.与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
19.本实用新型采用步进角位移和角速度的精确控制，利用丝杆传动和齿条传动将角位移角速度和直线位移和直线速度进行控制转换，从而实现对异形旋转扇齿轮的角位移和角速度的精确控制，达到精确的开合度控制，同时该机构结构精巧紧凑，体积小巧，工艺简洁，支持智能化控制，且控制精度高，工程应用无需额外增加压缩空气源和液压源，较传统结构方案有效降低工程成本。在汽车上装设备上的门机开合机构、上装抓手机构，或者机器人执行机构上使用能有效提高控制性能和精度，而且能够直接通过电信号的转换实现自动化、智能化控制。
20.以下将结合附图与具体的实施例对本实用新型进行详细的解释说明。
附图说明
21.图1为本实用新型的外观结构示意图；
22.图2为本实用新型的传动系统结构示意图；
23.图3为本实用新型的外观顶部示意图；
24.图4为本实用新型的螺母俯视示意图；
25.图5为本实用新型的多边形齿条侧视示意图；
26.图6为本实用新型的传动系统装配示意图。
27.图中：1、步进电机；2、下支撑结构；3、上支撑结构；4、丝杆； 5、螺母；6、异型旋转扇形齿轮；7、旋转轴；8、齿条锁紧螺钉；9、结构锁紧螺钉；10、多边形齿条；11、电机锁紧螺钉；12、防护壳； 13、凹槽；14、活动腔；15、圆柱腔；16、定位导向杆；17、定位槽； 18、固定腔。
具体实施方式
28.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更加全面的描述，附图中给出了本实用新型的若干实施例，但是本实用新型可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本实用新型公开的内容更加透彻全面。
29.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
30.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语知识为
了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.请着重参照附图1-6所示，一种多边齿条传动的开合机构，包括有步进电机1，所述步进电机1设在防护壳12内部，所述步进电机1的输出端贯穿防护壳12的顶部延伸至圆柱腔15内部，所述防护壳12的上方设有下支撑结构2，所述下支撑结构2和防护壳1之间通过电机锁紧螺钉11固定连接，所述下支撑结构2远离防护壳12的一侧设有上支撑结构3，所述上支撑结构3位于每个凹槽13的一侧均开设有固定腔18，每个所述固定腔18内部均设有结构锁紧螺钉9，且所述下支撑结构2和上支撑结构3通过若干个结构锁紧螺钉9固定连接，所述下支撑结构2和上支撑结构3的外侧均开设有若干个凹槽 13，每个所述凹槽13相对应并组成活动腔14，且所述下支撑结构2 与上支撑结构3的中央形成圆柱腔15，所述圆柱腔15的内部垂直设有丝杆4，所述丝杆4的一端与步进电机1的输出端固定连接，所述丝杆4上套设有多边形齿条10，所述多边形齿条10的底端对称开设有定位槽17，且所述丝杆4的两侧对称设有垂直的定位导向杆16，两个所述定位导向杆16的底端均与防护壳12的顶部固定连接，所述定位导向杆16与定位槽17相匹配，所述多边形齿条10的顶端设有螺母5，所述螺母5远离多边形齿条10的一端均匀设有三个齿条锁紧螺钉8，且所述螺母5通过三个齿条锁紧螺钉8与多边形齿条10 的顶部固定连接，所述螺母5活动安装在丝杆4上，且所述多边形齿条10的外部齿上均啮合连接有异型旋转扇形齿轮6，每个所述异型旋转扇形齿轮6均通过旋转轴7与活动腔14的侧壁活动连接，每个所述异型旋转扇形齿轮6均与对应的旋转轴7为一体式连接并采用模具成型的工艺实现。步进电机1，在接控制器脉冲电流时产生同步旋转磁场，驱动步进电机4主轴驱动丝杆4作旋转运动，其旋转速度为 n，其中f为脉冲电流频率，θ为步距角，常用步距角1.8
°
或者0.9
°
，常用脉冲频率范围400-25000hz，以1.8
°
步距角核算，驱动丝杆4 旋转速度可以在12rpm-750rpm转速范围内进行无级调速。
[0032][0033]
驱动丝杆4带动螺母5作直线运动，如图螺母5和多边形齿条 10通过齿条锁紧螺钉结合在一起，多边形齿条10也同螺母5同步作直线运动。其运动速度为v，丝杆的导程p，如p＝2mm，则多边形齿条10运动速度v为0.4mm/s-25mm/s内进行无级调速。
[0034]
v＝np
[0035]
多边形齿条10直线运动带动异形旋转扇形齿轮6绕着旋转轴7 作旋转运动，齿条驱动异形旋转扇形齿轮6的旋转速度n1同齿条齿轮传动线角传动比i相关。
[0036][0037]
如图示意，圆周上有六个异形旋转扇形齿轮6的安装点，可以根据实际情况对称装配两个，三个，四个或者六个异形旋转扇形齿轮 6，形成开合机构，可以自由匹配。
[0038]
多边形齿条10和螺母5可以分别采用不同的材料，如多边形齿条10采用pom工程塑料注塑成型，螺母5采用黄铜金加工，两种材料结合使用，传动性能更加优越，降低传动噪音，改善加工工艺，发挥不同材料的韧性和强度的优势。
[0039]
异形旋转扇形齿轮6和旋转轴7在实际生产过程中采用注塑或者粉末冶金模具一体成型，保证零件精度的同时优化工艺装配，减少装配的工作量。
[0040]
下支撑结构2和上支撑结构3通过结构锁紧螺钉9锁定，通过上下凹槽13形成的活动腔14为旋转轴7提供旋转支撑。
[0041]
同时，步进电机1在通过控制器脉冲电流频率的同时控制脉冲的数量就能准确控制驱动丝杆4的角度，也即可以准确控制多边形齿条10的准确距离，从而准确控制异形旋转扇形齿轮6的旋转角度。由此，整个开合机构将可以在开合范围内作任意开合度的精确控制，和任意开合速度的精确控制。
[0042]
本实用新型的具体操作方式如下：
[0043]
在使用时，步进电机1在接控制器脉冲电流时产生同步旋转磁场，驱动步进电机4主轴驱动丝杆4作旋转运动，丝杆4带动螺母5 作直线运动，多边形齿条10也同螺母5同步作直线运动，多边形齿条10直线运动带动异形旋转扇形齿轮6绕着旋转轴7作旋转运动，从而准确控制异形旋转扇形齿轮6的旋转角度。由此，整个开合机构将可以在开合范围内作任意开合度的精确控制，和任意开合速度的精确控制。
[0044]
上述结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本实用新型的保护范围之内。