本发明专利技术公开了一种轴向及周向运动驱动装置及其驱动方法；该驱动装置包括盖体、外壳、伸缩驱动舵机、旋转驱动舵机、输出轴、两用柱齿轮、周向传动齿轮和轴向传动齿轮。输出轴与外壳构成圆柱副。周向传动齿轮和轴向传动齿轮均转动连接在外壳内。两用柱齿轮固定在输出轴上。两用柱齿轮的外圆周面上设置有沿着柱齿轮轴线的周向均布的多个轮齿队列。每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿。本发明专利技术提供了一种能够与相互垂直的两个传动齿轮啮合的两用柱齿轮；两用柱齿轮同时具有圆柱齿轮和齿条的特性，能够在相互垂直的两个传动齿轮的驱动下，分别进行伸缩运动和旋转运动，从而提高了二自由度动力元件的结构紧凑度。元件的结构紧凑度。元件的结构紧凑度。
【技术实现步骤摘要】
一种轴向及周向运动驱动装置及其驱动方法
[0001]本专利技术属于舵机设计领域，具体涉及一种轴向及周向运动驱动装置及其驱动方法。
技术介绍
[0002]传统舵机只能驱动中心轴的转动，无法同时驱动中心轴的轴向移动和周向转动。这使得舵机在一些特殊场合(例如需要同时输出周向转动和轴向移动的场合)，必须配合别的移动驱动机构才能完成双输出的使用要求。现有技术中常通过以下三种结构来实现轴向和周向的双驱动：
[0003]第一种双驱动结构：舵机与舵机相互配合驱动，其中一个舵机提供转动，另一个舵机则是与丝杠配合将转动转变为直线运动。第二种双向驱动结构：舵机与液压滑台配合，其中舵机和液压滑台分别驱动周向转动和轴向移动。第三种双向驱动结构：两台电机的组合方式来实现，一台直线电机和一台旋转电机来实现。
[0004]第一种和第二种双向驱动结构均需要占用较大空间，且控制复杂，安装成本比较高。第三种双向驱动结构要求旋转电机嵌于直线电机内，这种布局的弊端是密封难，占用空间大。
[0005]此外现有技术中有存在直线旋转永磁作动器，其内部设有复合内外双定子，用以分别驱动永磁体阵列在直线和旋转两自由度上运动。但是该作动器结构特殊，控制复杂，成本高，难以系列化和市场化。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的在于提供一种轴向及周向运动驱动装置及其驱动方法。
[0007]一种轴向及周向运动驱动装置，包括盖体、外壳、伸缩驱动舵机、旋转驱动舵机、输出轴、两用柱齿轮、周向传动齿轮和轴向传动齿轮。所述的输出轴与外壳构成圆柱副。周向传动齿轮和轴向传动齿轮均转动连接在外壳内。周向传动齿轮的轴线与输出轴的轴线平行。轴向传动齿轮的轴线与输出轴的轴线垂直。伸缩驱动舵机和旋转驱动舵机均固定在外壳上，分别用于驱动轴向传动齿轮和周向传动齿轮。
[0008]两用柱齿轮同轴固定在输出轴上。两用柱齿轮的外圆周面上设置有沿着柱齿轮轴线的周向均布的多个轮齿队列。每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿。
[0009]沿着两用柱齿轮的轴线方向依次排列的各两用轮齿呈齿条状，能够与轴向传动齿轮啮合；沿着两用柱齿轮的周向依次排列的各两用轮齿呈圆柱齿轮状，能够与轴向传动齿轮啮合；工作过程中，周向传动齿轮转动，带动两用柱齿轮旋转；轴向传动齿轮转动，带动两用柱齿轮轴向移动。
[0010]作为优选，每个两用轮齿沿两用柱齿轮切向上的两个侧面为周向啮合齿面；周向啮合齿面具体为圆柱直齿轮的渐开线齿面，与周向传动齿轮上的齿面配合传动。
[0011]作为优选，每个两用轮齿沿两用柱齿轮轴向上的两个侧面为轴向啮合齿面；轴向啮合齿面具体为直齿条的渐开线齿面，与轴向传动齿轮上的齿面配合传动。
[0012]作为优选，所述伸缩驱动舵机的转轴上固定有轴向主动齿轮。轴向主动齿轮与轴向传动齿轮啮合。
[0013]作为优选，所述旋转驱动舵机的转轴上固定有周向主动齿轮；周向主动齿轮与周向传动齿轮啮合。
[0014]作为优选，两用轮齿的齿顶面为局部圆柱面；该局部圆柱面的轴线与输出轴的轴线重合。
[0015]作为优选，周向传动齿轮的齿宽B9的取值范围为m
7'
*4≤B9≤m
7'
*6；轴向传动齿轮的齿宽B
11
的取值范围为m7*3≤B
11
≤m7*5。m
7'
和m7为两用柱齿轮的轴向模数和周向模数。
[0016]作为优选，两用柱齿轮通过以下方法加工得到：使用盘状铣刀或指状铣刀将圆柱齿坯加工为圆柱直齿轮状的两用柱齿坯；使用滚刀对两用柱齿坯进行加工；加工过程中，滚刀旋转并沿着两用柱齿坯的径向进给，同时两用柱齿坯绕自身轴线旋转，将两用柱齿坯上齿廓分割为两用柱齿轮外圆周面上均匀排布的两用轮齿阵列。
[0017]作为优选，外壳端部的开口处可拆卸固定有盖体。输出轴的外端伸出盖体外。
[0018]作为优选，所述的输出轴与外壳之间通过轴套连接。
[0019]作为优选，所述轴套的内侧面均匀安装有多个滚珠。滚珠与轴套构成球面副。
[0020]作为优选，所述的周向传动齿轮采用内齿轮，其外圆周面通过轴承同轴转动连接在外壳内。所述的输出轴偏心设置在外壳内。
[0021]该轴向及周向运动驱动装置的驱动方法如下：
[0022]当轴向及周向运动驱动装置的输出轴需要进行伸缩运动时，伸缩驱动舵机转动，带动轴向传动齿轮旋转，进而带动输出轴和两用柱齿轮沿轴线方向滑动。
[0023]当轴向及周向运动驱动装置的输出轴需要进行旋转运动时，旋转驱动舵机转动，带动周向传动齿轮旋转，进而带动输出轴和两用柱齿轮绕自身轴线旋转。
[0024]本专利技术的具体有益效果是：
[0025]1、本专利技术提供了一种能够与相互垂直的两个传动齿轮啮合的两用柱齿轮；两用柱齿轮同时具有圆柱齿轮和齿条的特性，能够在相互垂直的两个传动齿轮的驱动下，分别进行伸缩运动和旋转运动，从而提高了二自由度动力元件的结构紧凑度。
[0026]2、本专利技术提供了一种两用柱齿轮的加工方式，具体为先将圆柱形的工件加工成圆柱齿轮，再对圆柱齿轮沿轴向进行齿条加工，提供常规的齿轮加工设备即可获得两用柱齿轮，生产成本较低。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的整体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术的爆炸图；
[0029]图3为本专利技术中两用柱齿轮与周向传动齿轮、周向主动齿轮的传动示意图；
[0030]图4为本专利技术中两用柱齿轮与轴向传动齿轮、轴向主动齿轮的传动示意图；
[0031]图5为本专利技术中两用柱齿轮的局部示意图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述。
[0033]如图1和2所示，一种轴向及周向运动驱动装置，包括盖体1、外壳2、伸缩驱动舵机3、旋转驱动舵机4、轴套5、输出轴6、两用柱齿轮7、轴承8、周向传动齿轮9、周向主动齿轮10、轴向传动齿轮11和轴向主动齿轮12。输出轴6偏心设置在外壳2内；输出轴6的两端与盖体1、外壳2分别通过轴套5连接，并构成圆柱副，使得输出轴6能够相对于外壳2旋转和轴向滑动。轴套5的内侧面均匀安装有多个滚珠，以减小输出轴6旋转和轴向滑动的阻力。
[0034]如图3和4所示，盖体1固定在外壳2一端的开口处。周向传动齿轮9采用内齿轮，其外圆周面通过轴承8同轴转动连接在外壳2内。周向传动齿轮9的轴线与输出轴6的轴线平行。轴向传动齿轮11转动连接在外壳2内。轴向传动齿轮11的轴线与输出轴6的轴线垂直。伸缩驱动舵机3和旋转驱动舵机4均固定在外壳2内；伸缩驱动舵机3的输出轴6上固定有轴向主动齿轮12；旋转驱动舵机4的输出轴6上固定有周向主动齿轮10。周向主动齿轮10与周向传动齿轮9啮合。轴向主动齿轮12与轴向传动齿轮11啮合。
[0035]两用柱齿轮7同轴固定在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种轴向及周向运动驱动装置，包括外壳(2)和输出轴(6)；其特征在于：还包括伸缩驱动舵机(3)、旋转驱动舵机(4)、两用柱齿轮(7)、周向传动齿轮(9)和轴向传动齿轮(11)；所述的输出轴与外壳(2)构成圆柱副；周向传动齿轮(9)和轴向传动齿轮(11)均转动连接在外壳(2)内；周向传动齿轮(9)的轴线与输出轴(6)的轴线平行；轴向传动齿轮(11)的轴线与输出轴(6)的轴线垂直；伸缩驱动舵机(3)和旋转驱动舵机(4)均固定在外壳(2)上，分别用于驱动轴向传动齿轮(11)和周向传动齿轮(9)；两用柱齿轮(7)同轴固定在输出轴(6)上；两用柱齿轮(7)的外圆周面上设置有沿着柱齿轮(7)轴线的周向均布的多个轮齿队列；每个轮齿队列均包括沿着两用柱齿轮(7)的轴线方向依次等间隔排列的多个两用轮齿；沿着两用柱齿轮(7)的轴线方向依次排列的各两用轮齿呈齿条状，能够与轴向传动齿轮(11)啮合；沿着两用柱齿轮(7)的周向依次排列的各两用轮齿呈圆柱齿轮状，能够与轴向传动齿轮(11)啮合；工作过程中，周向传动齿轮(9)转动，带动两用柱齿轮(7)旋转；轴向传动齿轮(11)转动，带动两用柱齿轮(7)轴向移动。2.根据权利要求1所述的一种轴向及周向运动驱动装置，其特征在于：每个两用轮齿沿两用柱齿轮(7)切向上的两个侧面为周向啮合齿面；周向啮合齿面具体为圆柱直齿轮的渐开线齿面，与周向传动齿轮(9)上的齿面配合传动。3.根据权利要求1所述的一种轴向及周向运动驱动装置，其特征在于：每个两用轮齿沿两用柱齿轮(7)轴向上的两个侧面为轴向啮合齿面；轴向啮合齿面具体为直齿条的渐开线齿面，与轴向传动齿轮(11)上的齿面配合传动。4.根据权利要求1所述的一种轴向及周向运动驱动装置，其特征在于：所述伸缩驱动舵机(3)的转轴上固定有轴向主动齿轮(12)；轴向主动齿轮(12)与轴向传动齿轮(11)啮合；所述旋转驱动舵机(4)的转轴上固定有周向主动齿轮(10)；周向主动齿轮(10)与周向传...
【专利技术属性】
技术研发人员：许明，刘辉，张涵俊，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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