專利名稱：數控萬向搖擺機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及搖擺機構的制造領域，具體地說是一種數控萬向搖擺機構，用于探照燈頭或音樂噴泉用噴頭。
背景技術：
目前，音樂噴泉用噴頭根據其結構不同一般分為固定式搖擺噴頭、聯動式搖擺噴頭，以及普通數控噴頭。固定式搖擺噴頭一般不能實現動態搖擺；而聯動式搖擺噴頭一般只能實現徑向或軸向搖擺，同時較難實現三維空間內的萬向搖擺或單個搖擺；普通數控噴頭一般體積較大，結構較為復雜，同時較難實現三維空間內的任意搖擺。為此，如果結合上述三種噴頭的結構特點組合制成組合式搖擺噴頭，但由于其存在纏線問題，在水平方向上的最大旋轉角度只能限制于繞圓周一周，而較難無限制地進行圓周旋轉。另外，如中國專利文獻刊載的公告號CN2744420Y，授權公告日2005年12月7日， 實用新型名稱“音樂噴泉用數控萬向搖擺噴頭”。上述數控萬向搖擺噴頭具有萬向搖擺的功能，但該數控萬向搖擺噴頭不是繞著機構的中心軸線進行搖擺和旋轉的，而且水平方向上的最大旋轉角度只能限制于繞圓周一周，并不是實際意義上的萬向搖擺。同時，現在國內外同類產品中缺少一種能處于中心軸線位置，進行無限制繞圓周旋轉的萬向搖擺機構。
發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種在中心軸線上進行無限制搖擺和旋轉的數控萬向搖擺機構。為實現上述目的，本發明的技術方案如下
一種數控萬向搖擺機構，該數控萬向搖擺機構中主傳動軸為中心軸線的該機構頂部設有動接頭；其結構設計要點是所述動接頭繞一水平軸在垂直方向上作無限制旋轉；所述水平軸與轉盤連接，動接頭通過轉盤在圓周方向上作水平方向無限制旋轉。該數控萬向搖擺機構利用非接觸式的感應原點檢測裝置，使該數控萬向搖擺機構在垂直方向的旋轉和水平方向的旋轉不產生纏線問題，從而實現無限制旋轉的技術目的。作為本發明的進一步改進，所述水平軸為蝸輪軸，所述蝸輪軸設有與蝸桿相嚙合的蝸輪，所述蝸桿由步進電機A、錐齒輪、圓錐直齒、主傳動軸、圓柱直齒、直齒輪、圓柱直齒、 傳動軸、圓柱直齒、圓柱直齒依次相連進行嚙合驅動，帶動所述蝸輪軸和固定在所述蝸輪軸上的所述動接頭一起轉動。該明數控萬向搖擺機構的末端傳動是采取蝸桿帶動蝸輪的結構形式，這樣使帶噴頭或燈頭的動接頭定位間隙更加精密，并實現機械自鎖。作為本發明的進一步改進，所述動接頭相對于所述蝸輪軸的另一端設有平衡動接頭重量用的長柱形定位桿。新設的增長定位桿用于平衡帶噴頭或燈頭的動接頭，使其在繞水平軸垂直旋轉的過程中力點更加均勻、定位更加精準。作為本發明的進一步改進，所述定位桿與位于所述轉盤中心位置設置的接近開關相對應，共同構成該數控萬向搖擺機構垂直方向上的原點檢測裝置A。即定位桿構成原點檢測裝置A的被檢測體，被檢測體與轉盤中心位置的接近開關相對應；當接近開關檢測到與動接頭同步旋轉的被檢測體時，接近開關閉合，反饋信號給音樂噴泉的電氣控制系統，使旋轉控制機構A回到原點。作為本發明的進一步改進，所述轉盤由步進電機B、箱體減速機構、圓錐齒輪II、 圓錐齒輪I、齒輪軸、轉盤轉接依次相連進行嚙合驅動，帶動所述轉盤和固定在所述蝸輪軸上的所述動接頭一起轉動。作為本發明的進一步改進，所述轉盤設有凸起的被檢測體，被檢測體與位于齒輪箱上的接近開關相對應，共同構成該數控萬向搖擺機構水平方向上的原點檢測裝置B。原點檢測裝置B的工作原理與上述原點檢測裝置A相同，利用原點檢測裝置B使旋轉控制機構 B回到原點。作為本發明的進一步改進，所述接近開關為兩線制防水磁性開關。原點檢測裝置采用兩線制防水磁性開關，活動體安裝磁鋼，固定體安裝磁性開關。當活動體通過固定體時，磁性開關通電后與 磁鋼產生吸合定位，定位迅捷穩定。磁性開關是無源兩線做通斷作用，防止變頻器干擾。本發明將控制機構發出的控制信號精確地轉變成噴頭或燈頭的擺動、轉動或一定角度偏轉，其運動角度、速度均由控制機構數字化控制，而且兩個旋轉控制機構的旋轉方相垂直，以實現噴頭或燈頭在三維空間內的萬向搖擺，加上原點檢測裝置，使得控制更為方便、精確，具有輸出轉矩大、控制數字化、運動精確、控制方便，運動靈活的特性。本發明應用于現有的音樂噴泉的噴頭，解決了現有噴頭在三維空間不能獨立地任意方向搖擺或偏移的技術問題。通過本發明使噴頭在垂直旋轉方向和水平旋轉方向上實現無限制的角度旋轉，并在音樂噴泉電氣控制系統的控制下，與其它的數控萬向搖擺音樂噴泉噴頭一起聯動，組成復雜多變的水景造型。本發明比現有固定式噴頭和聯動式搖擺噴頭、 組合式搖擺噴頭在音樂噴泉中所組合的水景造型更為靈活復雜，壯觀精彩。
圖1是本發明具體實施例的內部結構示意圖，圖中A為垂直旋轉控制機構，B為水平旋轉控制機構；
圖2是本發明具體實施例的外型結構示意圖3是本發明具體實施例的立體結構示意圖，圖中箭頭為動接頭的動無限制旋轉方
向；
圖4是圖3的內部部分結構示意圖； 圖5是本發明具體實施例的爆炸結構示意圖6是本發明步進電機驅動器內部電路接口圖(其中光耦發光管導通電流>10mA)； 圖7是本發明搖擺電機與驅動器及原點檢測的電路接線圖； 圖8是本發明旋轉電機與驅動器及原點檢測的電路接線圖； 以上附圖的序號及名稱為
1、步進電機A，2、錐齒輪，3、圓錐直齒，4、底座，5、軸套管，6、進水管，7、齒輪箱，8、主傳動軸，9、轉盤轉接，10、轉盤，11、圓柱直齒，12、直齒輪，13、圓柱直齒，14、轉盤蓋，15、定接頭，16、傳動軸，17、定接頭I，18、圓柱直齒，19、圓柱直齒，20、軸承蓋，21、蝸桿，22、蝸輪，23、 蝸輪箱蓋，24、蝸輪箱，25、0型圈，26、噴頭，27、噴頭接頭，28、動接頭，29、0型圈，30、蝸輪軸，31、軸承蓋，32、定接頭II，33、定位桿，34、原點檢測裝置A，35、原點檢測裝置B，36、齒輪軸，37、圓錐齒輪I，38、圓錐齒輪II，39、箱體減速機構，40、步進電機B。
具體實施例方式下面結合附 圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述
如圖1 圖5所示，本發明具體實施例的設計方案是采用兩臺精密步進電機，步進電機 Al通過齒輪、蝸桿21、蝸輪22驅動噴頭在垂直方向旋轉，步進電機B40通過減速裝置和齒輪驅動噴頭在水平方向旋轉，從而實現安裝于動接頭28上的噴頭(或燈頭)在三維空間內萬向搖擺。另外，為了防止精密步進電機控制出現不同步，產生多個音樂噴泉用的該數控萬向搖擺機構中噴頭運行不一致的現象；每個精密步進電機分別安裝了原點檢測裝置。其機械結構具體如下
垂直旋轉控制機構A由步進電機Al、錐齒輪2、圓錐直齒3、主傳動軸8、圓柱直齒11、 直齒輪12、圓柱直齒13、傳動軸16、圓柱直齒18、圓柱直齒19、蝸桿21、蝸輪22，以及動接頭28組成。運動方式由步進電機驅動器接收信號后驅動步進電機Al旋轉，其傳動連接方式是步進電機Al與錐齒輪2連接，步進電機Al帶動錐齒輪2旋轉，錐齒輪2與圓錐直齒3 嚙合，圓錐直齒3帶動主傳動軸8旋轉，主傳動軸8與圓柱直齒11連接，圓柱直齒11與直齒輪12嚙合，直齒輪12與圓柱直齒13嚙合，圓柱直齒13與傳動軸16連接帶動圓柱直齒 18，圓柱直齒18與圓柱直齒19嚙合帶動蝸桿21旋轉，蝸桿21帶動蝸輪22，蝸輪22與蝸輪軸30連接，蝸輪軸30帶動動接頭28，從而帶動噴頭26進行著垂直方向上的旋轉。水平旋轉控制機構B由步進電機B 40、箱體減速機構39、圓錐齒輪1138、圓錐齒輪 137、齒輪軸36、轉盤轉接9、轉盤10、定接頭117、定接頭1132，以及動接頭28組成。運動方式由步進電機驅動器接收信號后驅動步進電機B40旋轉，其傳動連接方式是步進電機B40 與箱體減速機構39連接，箱體減速機構39的輸出端與圓錐齒輪1138連接，圓錐齒輪1138 與圓錐齒輪137嚙合，帶動齒輪軸36旋轉，齒輪軸36與轉盤轉接9連接，轉盤轉接9與轉盤10連接，轉盤10與定接頭117、定接頭1130連接，定接頭117、定接頭1132與動接頭28 連接，從而帶動噴頭26進行著水平方向上的旋轉。這樣，垂直旋轉控制機構A的垂直旋轉與水平旋轉控制機構B的水平旋轉產生聯動效應，構成了噴頭26在三維空間內萬向搖擺的機械結構。同時，上述結構需通過原點檢測裝置進一步實現噴頭在三維空間內的萬向搖擺。其原點檢測裝置的結構具體如下
原點檢測裝置A34由分別安裝于轉盤蓋14上的接近開關和安裝于動接頭28的定位桿 33組成。接近開關與轉盤蓋14連接，定位桿33與動接頭28連接；定位桿33固定在動接頭28上，并隨著動接頭28 —起旋轉；而接近開關固定在轉盤10的中心位置不動。當接近開關檢測到動接頭28上的被檢測體(即定位桿33)時，接近開關閉合，反饋信號給音樂噴泉的電氣控制系統，使垂直旋轉控制機構A回到原點。原點檢測裝置B35由分別安裝于齒輪箱7上的接近開關和安裝于轉盤10上凸起的被檢測體組成。接近開關與齒輪箱7連接，被檢測體與轉盤10連接；被檢測體固定在轉盤10上，并隨著轉盤10 —起旋轉，而接近開關固定在齒輪箱7上不動。當接近開關檢測到與動接頭28同步旋轉的被檢測體時，接近開關閉合，反饋信號給音樂噴泉的電氣控制系統，使水平旋轉控制機構B回到原點。
根據上述結構特點和工作原理，通過水泵吸進該數控萬向搖擺機構的水由垂直旋轉控制機構A的進水管6進入，由噴頭26噴出。如圖6、圖7、圖8所示該數控萬向搖擺機構中電氣控制系統的具體接線圖，圖中搖擺電機和旋轉電機均為二相電機(搖擺電機即為步進電機A，旋轉電機即為步進電機B)；注意1、步進脈沖CP上升沿有效，持續時間>10μ S ；2、“H/D”是細分選擇位，默認為1/2 ；需要 1/8細分時，只要將該端子接“GND”端子上即可；3、步進電機的相電流是5A，需將驅動器的電流也設定為5A。本發明在音樂噴泉中的具體應用是先將該數控萬向搖擺機構的進水管6裝于管路上，噴頭26裝于動接頭28的方向垂直，并處于機構的中心軸線上；再將該數控萬向搖擺機構的步進電機Al、步進電機B40分別接到各自的步進電機驅動器上，將驅動器與原點檢測裝置A34、原點檢測裝置B35所連接的接近開關接入音樂噴泉電氣控制系統中；當使用該數控萬向搖擺機構進行音樂噴泉表演時，音樂噴泉電氣控制系統發出控制信號，步進電機 Al、步進電機B40所連接的驅動器再把控制信號放大，控制該數控萬向搖擺機構的步進電機Al、步進電機B40轉動。垂直旋轉控制機構A中的步進電機Al與錐齒輪2連接，步進電機Al帶動錐齒輪2旋轉，錐齒輪2與圓錐直齒3嚙合，圓錐直齒3帶動主傳動軸8旋轉，主傳動軸8與圓柱直齒11連接，圓柱直齒11與直齒輪12嚙合，直齒輪12與圓柱直齒13嚙合，圓柱直齒13與傳動軸16連接，帶動圓柱直齒18，圓柱直齒18與圓柱直齒19嚙合帶動蝸桿21旋轉，蝸桿21帶動蝸輪22，蝸輪22與蝸輪軸30連接，蝸輪軸帶動動接頭28從而使噴頭26進行垂直方向旋轉。由于旋轉控制機構的垂直旋轉控制機構A與水平旋轉控制機構B的聯動效應，安裝于動接頭 28上的噴頭26即在音樂噴泉電氣控制系統的控制下，在三維空間內萬向搖擺， 進行水景造型，噴泉表演。當該數控萬向搖擺機構的噴頭需要回復到原點時，由音樂噴泉電氣控制系統發出控制指令，讓噴頭進行原點回復運動；當回復到原點時，該數控萬向搖擺機構的定接頭上所裝的接近開關檢測到安裝于動接頭上的被檢測物，就發反饋信號給電氣控制系統，電氣控制系統停止噴頭的原點回復運動。該數控萬向搖擺機構的噴頭在噴泉表演的具體運動由音樂噴泉的電氣控制系統決定。以上具體實施方式
列舉的僅是本發明的一種具體實施例，本發明并不限于以上實施例。本領域的普通技術人員從本發明公開的內容中直接導出或聯想到的顯而易見的技術改進，均應認為是本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種數控萬向搖擺機構，該數控萬向搖擺機構中主傳動軸(8)為中心軸線的該機構頂部設有動接頭(28)；其特征在于所述動接頭(28)繞一水平軸在垂直方向上作無限制旋轉；所述水平軸與轉盤(10)連接，動接頭通過轉盤在圓周方向上作水平方向無限制旋轉。
2.根據權利要求1所述數控萬向搖擺機構，其特征在于所述水平軸為蝸輪軸(30)，所述蝸輪軸(30)設有與蝸桿(21)相嚙合的蝸輪(22)，所述蝸桿(21)由步進電機A (1)、錐齒輪(2)、圓錐直齒(3)、主傳動軸(8)、圓柱直齒(11)、直齒輪(12)、圓柱直齒(13)、傳動軸 (16)、圓柱直齒(18)、圓柱直齒(19)依次相連進行嚙合驅動，帶動所述蝸輪軸(30)和固定在所述蝸輪軸(30)上的所述動接頭(28) —起轉動。
3.根據權利要求2所述的數控萬向搖擺機構，其特征在于所述動接頭(28)相對于所述蝸輪軸(30 )的另一端設有平衡動接頭重量用的長柱形定位桿(33 )。
4.根據權利要求3所述數控萬向搖擺機構，其特征在于所述定位桿(33)與位于所述轉盤(10)中心位置設置的接近開關相對應，共同構成該數控萬向搖擺機構垂直方向上的原點檢測裝置A (34)。
5.根據權利要求1至4中任一項所述數控萬向搖擺機構，其特征在于所述轉盤(10)由步進電機B (40)、箱體減速機構(39)、圓錐齒輪II (38)、圓錐齒輪I (37)、齒輪軸(36)、轉盤轉接(9 )依次相連進行嚙合驅動，帶動所述轉盤(10 )和固定在所述蝸輪軸(30 )上的所述動接頭(28)—起轉動。
6.根據權利要求5所述數控萬向搖擺機構，其特征在于所述轉盤(10)設有凸起的被檢測體，被檢測體與位于齒輪箱(7)上的接近開關相對應，共同構成該數控萬向搖擺機構水平方向上的原點檢測裝置B (35)。
7.根據權利要求4或6所述數控萬向搖擺機構，其特征在于所述接近開關為兩線制防水磁性開關。
全文摘要
本發明涉及一種數控萬向搖擺機構，是針對現有同類產品的噴頭在三維空間較難獨立地任意方向搖擺或偏移的技術問題而設計的。該數控萬向搖擺機構中主傳動軸為中心軸線的該機構頂部設有動接頭；其要點是所述動接頭繞一水平軸在垂直方向上作無限制旋轉；所述水平軸與轉盤連接，動接頭通過轉盤在圓周方向上作水平方向無限制旋轉。本發明將控制機構發出的控制信號精確地轉變成噴頭或燈頭的擺動、轉動或一定角度偏轉，其運動角度、速度均由控制機構數字化控制；加上原點檢測裝置，使得控制更為方便、精確，具有輸出轉矩大、控制數字化、運動精確、控制方便、運動靈活的特性。
文檔編號F16H61/00GK102287517SQ20111021943
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月2日 優先權日2011年8月2日
發明者楊爽, 魯定堯 申請人:寧波市佳音機電科技有限公司