CN102692930B - 一种运动合成方法及运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种运动装置，包括与被向点的所在被指向平面倾斜相交且导向方向沿直线延伸的直线导轨，直线导轨上导向装配有用于驱动相应运动体匀速摆动的摆动电机，所述的运动装置还包括与所述摆动电机传动连接并驱动所述摆动电机和相应运动体沿所述直线导轨往复运动的变速电机，所述的运动装置还包括与所述变速电机控制连接以实现所述变速电机对摆动电机变速输出的控制器，本发明解决了现有技术中为保证运动体在转动过程中始终指向相应固定被指向点而使用的圆弧导轨的生产成本较高的问题。

Description

一种运动合成方法及运动装置

技术领域

本发明涉及一种运动合成方法。

背景技术

在某些工业设备中，如图1所示，运动体2需要实现在俯仰方向上某个角度范围内的匀速转动，运动体2在转动的过程中需要始终指向某一固定被指向点O。为保证运动体2在转动过程中始终指向所述固定被指向点O，现有的设计方法是设计一个与该固定被指向点O同心的圆弧导轨1，然后使运动体2姿态保持不变的沿圆弧导轨1导向滑动。但是，圆弧导轨1存在加工难度大、要求加工精度高、成本较高等缺点。

发明内容

本发明的目的在于一种运动合成方法，以解决现有技术中为保证运动体在转动过程中始终指向相应固定被指向点而使用的圆弧导轨的生产成本较高的问题。本发明的目的还在于提供一种使用该运动合成方法的运动装置。

为了解决上述问题，本发中一种运动合成方法的技术方案为：

一种运动合成方法，使用摆动电机带动运动体绕所述摆动电机的转轴匀速摆动，使用变速电机驱动摆动电机和运动体沿一直线导轨做变速直线运动，直线导轨与被指向点的所在被指向平面倾斜相交，其中摆动电机和运动体沿所述直线导轨运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机在直线导轨上运动时，直线导轨上与摆动电机相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体指向被指向点，其中上述公式中：t表示摆动电机自基准位置开始后的运动时间；γ表示摆动电机的匀速摆动角速度，即运动体的摆动角速度；l表示基准位置与被指向点之间的直线距离；α表示基准位置和被指向点的连线与直线导轨之间的夹角；x表示在时间t后，摆动电机相对基准位置沿直线导轨运动的距离。

本发明中运动装置的技术方案为：

运动装置，包括与被指向点的所在被指向平面倾斜相交且导向方向沿直线延伸的直线导轨，直线导轨上导向装配有用于驱动相应运动体匀速摆动的摆动电机，所述的运动装置还包括与所述摆动电机传动连接并驱动所述摆动电机和相应运动体沿所述直线导轨往复运动的变速电机，所述的运动装置还包括与所述变速电机控制连接以实现所述变速电机对摆动电机变速输出的控制器，其中摆动电机和运动体沿所述直线导轨运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机在直线导轨上运动时，直线导轨上与摆动电机相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体指向被指向点，其中上述公式中：t表示摆动电机自基准位置开始后的运动时间；γ表示摆动电机的匀速摆动角速度，即运动体的摆动角速度；l表示基准位置与被指向点之间的直线距离；α表示基准位置和被指向点的连线与直线导轨之间的夹角；x表示在时间t后，摆动电机相对基准位置沿直线导轨运动的距离。

本发明的有益效果为：本发明通过将运动体匀速的俯仰运动分解成直线运动和匀速摆动，通过计算将运动体沿直线导轨所需的运动速度V输入变速电机中以实现对运动体的直线运动控制，变速电机和摆动电机的配合实现了运动体的匀速俯仰运动。通过本发明避免了使用难于加工的圆弧导轨，从而节省了生产成本。

附图说明

图1是现有技术的结构示意图；

图2是本发明中运动体自A点向A点上侧的直线导轨运动时的结构示意图；

图3是本发明中运动体自A点向A点下侧的直线导轨运动时的结构示意图。

具体实施方式

一种运动合成方法的实施例如图2～3所示：使用摆动电机5带动运动体3绕所述摆动电机5的转轴匀速摆动，使用变速电机驱动摆动电机5和运动体3沿一直线导轨4做变速直线运动，直线导轨4与被指向点O的所在被指向平面倾斜相交，其中摆动电机5和运动体3沿所述直线导轨4运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机5在直线导轨上运动时，直线导轨上与摆动电机5相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体3指向被指向点O，其中上述公式中：t表示摆动电机5自基准位置开始后的运动时间，t可以测得；γ表示摆动电机5的匀速摆动角速度，即运动体3的摆动角速度，γ为常数；l表示基准位置与被指向点O之间的直线距离，l为常数，可以测得；α表示基准位置和被指向点O的连线与直线导轨之间的夹角，α为常数，可以测得；x表示在时间t后，摆动电机5相对基准位置沿直线导轨4运动的距离。

现对上述实施例中两种运动速度V的得来做进一步解释，假定运动体3围绕被指向点O作匀速转动，要求的转动角速度为匀速γ，直线导轨4与相应固定被指向点O所在平面的夹角α，直线导轨4与被指向点O所在平面的交点为A，运动体3在摆动电机5的带动下在垂直平面内作匀速摆动，摆动电机5和运动体3的转动角速度也为匀速γ。运动体3在输出直线速度为V的变速电机带动下可以沿直线导轨4作直线运动，将A点定义为摆动电机5沿直线导轨运动的基准位置，在该基准位置时，运动体3指向被指向点O，β表示运动体3自基准位置后摆动的角度，当β=0时，运动体3距A点的位置为x=0，摆动电机5和运动体3的运动速度V=0。摆动电机5和运动体3的第一种运动速度V的得来如图2所示：假定运动体3自A点向A点上侧的直线导轨4运动时，x>0，时间t后，运动体3和摆动电机5运动到B点，可知其匀速摆动转过的角度∠OBD=∠AOB=β=γt；同时，运动体3距离A点的距离x在三角形OAB中满足式子： $\frac{x}{\sin \left(\mathrm{\&beta;}\right)}=\frac{l}{\sin (\mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})},$ 从而得知， $x=\frac{l\sin \mathrm{\&beta;}}{\sin (\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&beta;})},$ 进而得知摆动电机5和运动体3的运动速度 $V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{d\&beta;}}\frac{\mathrm{d\&beta;}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&beta;})}=\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}.$ 在该式中，t是一个测得的变量，α、l和γ均为常量，因此运动速度V可以计算得出。

摆动电机5和运动体3的第二种运动速度V的得来如图3所示：假定运动体自A点向A点下侧的直线导轨4运动时，x<0，时间t后，运动体3和摆动电机5运动到B点，可知其匀速摆动转过的角度∠OBD=∠AOB=β=γt；同时，运动体3距离A点的距离x在三角形OAB中满足式子：运动体3距离A点的距离x在三角形OAB中满足式子： $\frac{x}{\sin \left(\mathrm{\&beta;}\right)}=\frac{l}{\sin \{\mathrm{\&pi;}-(\mathrm{\&pi;}-\mathrm{\&alpha;})-\mathrm{\&beta;}\}}=\frac{l}{\sin (\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})},$ 假定自A点向下运动的距离为负，从而得知，进而得知摆动电机5和运动体3的运动速度

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{dt}}=\frac{\mathrm{dx}}{\mathrm{d\&beta;}}\frac{\mathrm{d\&beta;}}{\mathrm{dt}}=\frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&beta;})}=\frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}.$

具体使用时，只需将上述计算得出的运动速度值编码到与变速电机控制连接的控制器中，通过控制器对变速电机实现实时控制，变速电机对摆动电机5实时的变速输出，从而使摆动电机5和运动体得到沿直线导轨的实时运动速度V，就能保证运动体3在随摆动电机5沿直线导轨4运动时始终朝向被指向点O，控制器对变速电机的控制属于现有技术，在此不再详述。当然在本发明的其它实施例中，基准位置还可以不是直线导轨4与被指向点O所在平面的交点位置，在摆动电机5沿直线导轨运动时，基准位置可以是直线导轨4上与摆动电机5相对应的任意位置。

运动装置的实施例如图2～3所示：包括与被指向点O的所在被指向平面倾斜相交且导向方向沿直线延伸的直线导轨4，直线导轨4上导向装配有用于驱动相应运动体3匀速摆动的摆动电机5，所述的运动装置还包括与所述摆动电机5传动连接并驱动所述摆动电机5和相应运动体沿所述直线导轨往复运动的变速电机，所述的运动装置还包括与所述变速电机控制连接以实现所述变速电机对摆动电机5变速输出的控制器，其中摆动电机5和运动体3沿所述直线导轨4运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机5在直线导轨4上运动时，直线导轨4上与摆动电机5相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体指向被指向点，其中上述公式中：t表示摆动电机5自基准位置开始后的运动时间；γ表示摆动电机5的匀速摆动角速度，即运动体3的摆动角速度；l表示基准位置与被指向点O之间的直线距离；α表示基准位置和被指向点的连线与直线导轨4之间的夹角；x表示在时间t后，摆动电机5相对基准位置沿直线导轨4运动的距离。

Claims (2)

1.一种运动合成方法，其特征在于：使用摆动电机带动运动体绕所述摆动电机的转轴匀速摆动，使用变速电机驱动摆动电机和运动体沿一直线导轨做变速直线运动，直线导轨与被指向点的所在被指向平面倾斜相交，其中摆动电机和运动体沿所述直线导轨运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机在直线导轨上运动时，直线导轨上与摆动电机相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体指向被指向点，其中上述公式中：t表示摆动电机自基准位置开始后的运动时间；γ表示摆动电机的匀速摆动角速度，即运动体的摆动角速度；l表示基准位置与被指向点之间的直线距离；α表示基准位置和被指向点的连线与直线导轨之间的夹角；x表示在时间t后，摆动电机相对基准位置沿直线导轨运动的距离。

2.运动装置，其特征在于：包括与被指向点的所在被指向平面倾斜相交且导向方向沿直线延伸的直线导轨，直线导轨上导向装配有用于驱动相应运动体匀速摆动的摆动电机，所述的运动装置还包括与所述摆动电机传动连接并驱动所述摆动电机和相应运动体沿所述直线导轨往复运动的变速电机，所述的运动装置还包括与所述变速电机控制连接以实现所述变速电机对摆动电机变速输出的控制器，其中摆动电机和运动体沿所述直线导轨运动的瞬时速度V符合以下公式：

$V=\stackrel{\&CenterDot;}{x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}+\mathrm{\&gamma;t})}& (x\&GreaterEqual;0)\\ \frac{-\mathrm{l\&gamma;}\sin \mathrm{\&alpha;}}{{\sin }^2(\mathrm{\&alpha;}-\mathrm{\&gamma;t})}& (x<0)\end{array}\right.$

定义摆动电机在直线导轨上运动时，直线导轨上与摆动电机相对应的某一位置为基准位置，在所述基准位置时，运动体指向被指向点，其中上述公式中：t表示摆动电机自基准位置开始后的运动时间；γ表示摆动电机的匀速摆动角速度，即运动体的摆动角速度；l表示基准位置与被指向点之间的直线距离；α表示基准位置和被指向点的连线与直线导轨之间的夹角；x表示在时间t后，摆动电机相对基准位置沿直线导轨运动的距离。