專利名稱：一種小型三軸全動展臺的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種展臺，特別是涉及一種用于動態(tài)展示模型的三軸全動展臺，屬于 機械及控制技術(shù)領域，可以應用于小型復雜運動展覽。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代展覽基本都是靜態(tài)展覽，其展示效果往往較差，無法把產(chǎn)品本身的特點全部 展示出來，一些組合動態(tài)展示的框架又往往較大，無法應用小型(展品低于IOKg)布展的會 場。國內(nèi)外未有能實現(xiàn)三維動態(tài)(水平、俯仰和滾動全方位)展示產(chǎn)品的整體展臺的 公開報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能實現(xiàn)三維動態(tài)展示、 體積小、重量輕、承載力大、操控靈活的小型展臺。本發(fā)明主要應用于展示三維小角度轉(zhuǎn)動 的模型，并可以附加聲、光等多種媒體配合展示，以達到多方位展示產(chǎn)品的效果，彌補小型 化三維動態(tài)展示展臺的設計空白。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種小型三軸全動展臺，包括展面部分、中樞機構(gòu)、基 座部分和控制器，展面部分包括展面、限位柱和安裝在展面中心的球形軸承，中樞結(jié)構(gòu)包括 中心軸、三對傳動機構(gòu)、搖臂、轉(zhuǎn)動支座、驅(qū)動機構(gòu)和電機安裝座，基座部分包括固定齒輪和 承載座；三對傳動機構(gòu)固定安裝在轉(zhuǎn)動支座上，每一對傳動機構(gòu)由渦輪和蝸桿組成，渦輪 內(nèi)側(cè)端面上安裝有搖臂安裝柱，在渦輪與轉(zhuǎn)動支座固定連接處外側(cè)安裝有限位桿，限位桿 的上側(cè)加工長條形的限位槽，驅(qū)動機構(gòu)由第一、二、三、四電機組成，中心軸是主旋轉(zhuǎn)機構(gòu)， 下部通過壓力軸承壓在承載座上，中心軸上部與球形軸承連接，中部和轉(zhuǎn)動支座和電機安 裝座固連，限位柱固定安裝在展面的外側(cè)，限位柱的前端伸入限位槽中，搖臂兩端分別通過 滑動軸承與搖臂安裝柱和限位柱連接，三個蝸桿分別與第二、三、四電機的傳動軸連接，第 二、三、四電機固定安裝在電機安裝座上，第一電機倒置安裝，第一電機的底座與中心軸固 連，第一電機的傳動軸與倒置驅(qū)動齒輪連接，倒置驅(qū)動齒輪與固定齒輪嚙合，固定齒輪與承 載座固連，第一、二、三、四電機通過數(shù)據(jù)線與控制器連接；第一電機轉(zhuǎn)動時驅(qū)動倒置驅(qū)動齒輪繞固定齒輪轉(zhuǎn)動，帶動第一電機和中心軸水平 轉(zhuǎn)動，中心軸帶動電機安裝座和轉(zhuǎn)動支座水平轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動支座通過傳動機構(gòu)和搖臂帶動展 面水平轉(zhuǎn)動，第二、三、四電機轉(zhuǎn)動時驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動對應的渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪通過搖 臂驅(qū)動展面進行俯仰和滾動方向運動。所述的控制器包括CPU和電機驅(qū)動器，CPU輸出四路步進脈沖信號到控制第一、 二、三、四電機的電機驅(qū)動器，驅(qū)動第一、二、三、四電機轉(zhuǎn)動。所述控制器的CPU根據(jù)展面需要旋轉(zhuǎn)的角度θ Sffl(。)和方向，通過公式Λ360 Lb=
面 =陶桿^x-TxTmk，得到蝸桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)〃 和旋轉(zhuǎn)方向，即對應的第二、三、
A L渦輪 3 桿(周)
四電機的轉(zhuǎn)動角度和方向，CPU根據(jù)第二、三、四電機的轉(zhuǎn)動方向和速度輸出步進脈沖信號 到電機驅(qū)動器來驅(qū)動第二、三、四電機。其中θ SB(。)為展面需要旋轉(zhuǎn)的角度，他桿(周)為蝸桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)，Δ為渦輪蝸桿 傳動比，Lsffl為搖臂與限位柱連接的滑動軸承的中心到展面中心的距離，Lsft為搖臂與搖臂 安裝柱連接的滑動軸承的中心到渦輪中心的距離。所述的三對傳動機構(gòu)呈120°分布。所述的限位柱呈120°分布。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有益效果為(1)本發(fā)明采用三對傳動機構(gòu)和四個電機來實現(xiàn)三維動態(tài)展示，實現(xiàn)了展臺的整 體化和小型化；(2)本發(fā)明傳動機構(gòu)采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，展面靜止時，由于渦輪蝸桿的自鎖作用， 展臺臺面承載一定重量，不需借助外力就可保持靜止，突然斷電時，由于渦輪蝸桿的自鎖作 用使其自動保護模型和展臺不受損，使展臺具有自我保護能力，通電后，可以自動恢復原 位；(3)本發(fā)明控制器采用CPU控制四個電機運動，只要設計好相應的控制率，即可根 據(jù)需要展示的方向和角度，靈活控制四個電機完成水平靜止展示、水平旋轉(zhuǎn)展示、3軸協(xié)同 旋轉(zhuǎn)展示等功能；(4)本發(fā)明體積小、重量輕，可以安裝于展品內(nèi)部，特別適用于模型飛機、模型汽 車、模型建筑等展品的展示；(5)本發(fā)明可通過離線或在線編程，使展臺按照一定規(guī)律動作，操作使用非常方 便；(6)本發(fā)明已經(jīng)成功的應用到文萊航展中對模型飛機的展示，收到了很好的展示 效果。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明展面部分結(jié)構(gòu)示意圖a
圖3為本發(fā)明展面部分結(jié)構(gòu)示意圖b
圖4為本發(fā)明中樞機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖5為本發(fā)明基座部分結(jié)構(gòu)示意圖6為本發(fā)明控制器結(jié)構(gòu)框圖7為本發(fā)明運動規(guī)律示意圖8為本發(fā)明展臺傳動框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明如圖1所示，結(jié)構(gòu)選用的是三軸聯(lián)動分層驅(qū)動方式，包括展面部分1、中樞 機構(gòu)2、基座部分3和控制器，可以用于模型的全動態(tài)展示。本發(fā)明的特點為體積小巧、承載
4力大、方便靈活、展示姿態(tài)多。展面11用來支撐展品，根據(jù)要展示的產(chǎn)品不同，可以將展面11設計成不同的形 狀，圖3所示的展面11為一圓形，圖2所示的展面11在圖3中的圓形展面伸展出了兩個側(cè) 翼，使展面的支撐面積擴大。展面11的形狀不以圖2、3所示為限，可根據(jù)實際情況進行靈 活設計。限位柱12通過滑動軸承與中樞機構(gòu)的搖臂連接，將展臺的運動(包括水平旋轉(zhuǎn)和 傾斜轉(zhuǎn)動)傳遞給展面11。同時限位柱12與限位桿251、限位槽252配合，限制展面旋轉(zhuǎn) 方向，防止其進行自由旋轉(zhuǎn)。球形軸承13用于展面部分1與中樞機構(gòu)2的中心軸21連接，由于中心軸21與展 面部分1通過球形軸承13連接，當中心軸21轉(zhuǎn)動時，不影響展面部分1，展面部分1的運動 是通過搖臂24 (限位柱12起限制搖臂運動作用)傳遞。中樞結(jié)構(gòu)2是本發(fā)明的核心部件，主要完成展臺所有的運動。如圖4所示，中樞結(jié) 構(gòu)2包括中心軸21、三對傳動機構(gòu)、搖臂24、轉(zhuǎn)動支座25、驅(qū)動機構(gòu)和電機安裝座210。傳 動機構(gòu)傳遞電機的轉(zhuǎn)動，三對傳動機構(gòu)呈120°固定安裝在轉(zhuǎn)動支座25上，每一對傳動機 構(gòu)由渦輪22和蝸桿23組成，渦輪22內(nèi)側(cè)端面上安裝有搖臂安裝柱221，在渦輪22與轉(zhuǎn)動 支座25固定連接處外側(cè)安裝有限位桿251，限位桿251的上側(cè)加工長條形的限位槽252，限 位柱12的前端伸入限位槽252中，限位桿251數(shù)量為2 3個。驅(qū)動機構(gòu)用來驅(qū)動整個展臺完成水平、俯仰和滾動方向的轉(zhuǎn)動，由四臺電機(第 一電機26、第二電機27、第三電機28和第四電機29)組成。驅(qū)動機構(gòu)采用步進電機，根據(jù) 控制器輸出的步進脈沖信號轉(zhuǎn)動或停止。第一電機26用來完成展臺的水平轉(zhuǎn)動，第一電機26倒置安裝，其底座與中心軸 21固連，第一電機26的傳動軸與倒置驅(qū)動齒輪261連接，倒置驅(qū)動齒輪261與基座部分3 的固定齒輪31嚙合。當?shù)谝浑姍C26轉(zhuǎn)動時，帶動倒置驅(qū)動齒輪261與固定齒輪31嚙合， 驅(qū)動中心軸21進行旋轉(zhuǎn)，中心軸21帶動其他部件旋轉(zhuǎn)，使整個展臺完成水平運動。第二電 機27、第三電機28、第四電機29正立固定安裝在電機安裝座210上，第二電機27、第三電 機28、第四電機29的傳動軸分別與三個蝸桿23連接，第二電機27、第三電機28、第四電機 29驅(qū)動三個渦輪蝸桿進行協(xié)調(diào)運動，三個渦輪蝸桿再驅(qū)動搖臂帶動展面進行協(xié)調(diào)運動，從 而驅(qū)動整個展面完成小角度的俯仰、橫滾運動。通過四個電機的運動從而使整個展臺具備 了三個軸向的運動。中心軸21從上到下貫穿整個展臺，中心軸21上部與球形軸承13連接，中部與轉(zhuǎn) 動支座23和電機安裝座210固連，下部穿過固定齒輪31，通過壓力軸承211壓在承載座32上。搖臂24兩端分別通過滑動軸承241與安裝在渦輪22上的搖臂安裝柱221和展面 部分1的限位柱12連接，將渦輪蝸桿的運動傳遞給展面11，3對傳動機構(gòu)各用一個搖臂輔 助支撐展面11，3個搖臂24支撐展面11做動。展面11靜止時，由于渦輪蝸桿的自鎖作用， 展臺承載一定重量，不需借助外力就可保持靜止。當展臺通電運轉(zhuǎn)后，由電機通過轉(zhuǎn)動傳動 軸帶動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動渦輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動展面?zhèn)鲃訔U帶動展面平臺的轉(zhuǎn)動。設計控制規(guī)律 后，就可以進行3軸全動展示。如果突然斷電，由于渦輪蝸桿的自鎖作用，且渦輪蝸桿自鎖 使其自動保護模型和展臺不受損，可見具有自我保護能力。并且通電后，可以自動恢復原位。基座部分3為主要承力部件。主要和展示柱子連接使用，承載各個機構(gòu)和展品的 重量?；糠?如圖5所示，包括固定齒輪31和承載座32，固定齒輪31與承載座32固 連。固定齒輪31與中樞機構(gòu)2的倒置驅(qū)動齒輪261嚙合，承載座32的下部可以用于固定 安裝和裝配?？刂破魅鐖D6所示，由控制電路板(CPU)和電機驅(qū)動器組成。第一、二、三、四電機 26、27、28、29通過數(shù)據(jù)線與控制器連接，CPU輸出四路步進脈沖信號控制第一、二、三、四電 機26 29?？刂破鞴袒陔娐钒迳?，外部用外殼封裝，并配有液晶屏用來顯示工作狀態(tài)?？刂?器主要用來驅(qū)動電機進行協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，當展臺進行水平轉(zhuǎn)動時，控制器只需驅(qū)動第一電機26 即可完成。當展臺需要完成另外兩軸運動時，就需要同時驅(qū)動第二、第三、第四電機27 29 同時按照一定的規(guī)律動作，完成相應的另外兩軸的轉(zhuǎn)動。當展臺進行三軸轉(zhuǎn)動時，就需要同 時驅(qū)動4臺電機進行動作?？刂破鞯腃PU通過公式1得到可得到蝸桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)仏桿(周)和旋轉(zhuǎn)方向，即對應 的第二、三、四電機27 29的轉(zhuǎn)動方向和速度，CPU根據(jù)第二、三、四電機27 29的轉(zhuǎn)動 方向和速度輸出步進脈沖信號到電機驅(qū)動器來驅(qū)動第二、三、四電機27 29。 其中，θ Sffl(。)為展面需要旋轉(zhuǎn)的角度，陶桿(周)為蝸桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)，Δ為渦輪蝸桿 傳動比，Lsffl為搖臂與限位柱連接的滑動軸承的中心到展面中心的距離，Lsft為搖臂與搖臂 安裝柱連接的滑動軸承中心到渦輪中心的距離?？刂破鞴袒陔娐钒迳希獠坑猛鈿し庋b，并配有液晶屏用來顯示工作狀態(tài)?？刂?器主要用來驅(qū)動電機進行協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動，當展臺進行水平轉(zhuǎn)動時，控制器只需驅(qū)動第一電機26 即可完成。當展臺需要完成另外兩軸運動時，就需要同時驅(qū)動第二、第三、第四電機27 29 同時按照一定的規(guī)律動作，完成相應的另外兩軸的轉(zhuǎn)動。當展臺進行三軸轉(zhuǎn)動時，就需要同 時驅(qū)動4臺電機進行動作。CPU選用ARM作為主控芯片，驅(qū)動伺服電機從而控制展臺轉(zhuǎn)動。通過預先編制控制 程序，可以使展臺具有水平靜止展示、水平旋轉(zhuǎn)展示、3軸協(xié)同旋轉(zhuǎn)展示等功能。本發(fā)明工作過程根據(jù)設定展品的運動方式在CPU中編制控制程序，將預制好控制程序的展臺通過 基座部分3的承載座32與展品固定連接。第一 四電機26 29根據(jù)預設好的程序轉(zhuǎn)動， 帶動展品運動。驅(qū)動過程第一電機26轉(zhuǎn)動時驅(qū)動倒置驅(qū)動齒輪261繞固定齒輪31轉(zhuǎn)動， 帶動第一電機26和中心軸21水平轉(zhuǎn)動，中心軸21帶動電機安裝座210和轉(zhuǎn)動支座25水 平轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動支座25通過傳動機構(gòu)和搖臂24帶動展面11水平轉(zhuǎn)動，展面11帶動展品水平 轉(zhuǎn)動。如圖8所示，第二、三、四電機27 29轉(zhuǎn)動時驅(qū)動蝸桿23轉(zhuǎn)動，蝸桿23帶動對應的 渦輪22轉(zhuǎn)動，渦輪22通過搖臂24驅(qū)動展面11帶動展品進行俯仰和滾動方向運動。下面結(jié)合具體實施例來詳細說明本發(fā)明，以模型飛機的動態(tài)展示為例。系統(tǒng)通電后，控制器完成程序的預裝配。展臺電機通電，準備運轉(zhuǎn)。整個模型飛機
6的展示有三個階段，第一個階段是水平轉(zhuǎn)動階段，控制器驅(qū)動1號電機(第一)進行水平轉(zhuǎn) 動，2、3、4號(第二 第四)電機不動作，整個模型飛機處于水平動態(tài)展示過程中。第二階段是模擬飛機進行起飛、爬升、巡航、盤旋、下滑、著陸等6個狀態(tài)，控制器 驅(qū)動2、3、4號電機控制1、2、3號搖臂(與第二電機驅(qū)動的傳動機構(gòu)連接的搖臂為1號搖臂， 以此類推)作動，從而驅(qū)動整個臺面進行協(xié)調(diào)轉(zhuǎn)動。根據(jù)實際設計，本實施例中公式1改寫θ展面(。)=φ wff(M)X6.30根據(jù)以上規(guī) 律，推得飛機俯仰運動規(guī)律(見圖7):當飛機進行下俯運動時，展面傾斜15°，1號搖臂臂上擺15度(對應蝸桿右旋930 度)，2、3號搖臂下擺7度(對應蝸桿左旋434度)。當飛機進行上仰運動時，展面傾斜15°，1號搖臂下擺15度(對應蝸桿左旋930 度)，2、3號搖臂上擺7度(對應蝸桿右旋434度)。整個渦輪蝸桿的運動時間相同，但運動角度不相同，所以渦輪蝸桿的驅(qū)動速度也 是不一樣的。當整套展示流程結(jié)束后，展臺恢復到初始狀態(tài)。本發(fā)明未詳細說明部分屬本領域技術(shù)人員公知常識。
權(quán)利要求
一種小型三軸全動展臺，其特征在于包括展面部分(1)、中樞機構(gòu)(2)、基座部分(3)和控制器，展面部分(1)包括展面(11)、限位柱(12)和安裝在展面(11)中心的球形軸承(13)，中樞結(jié)構(gòu)(2)包括中心軸(21)、三對傳動機構(gòu)、搖臂(24)、轉(zhuǎn)動支座(25)、驅(qū)動機構(gòu)和電機安裝座(210)，基座部分(3)包括固定齒輪(31)和承載座(32)；三對傳動機構(gòu)固定安裝在轉(zhuǎn)動支座(25)上，每一對傳動機構(gòu)由渦輪(22)和蝸桿(23)組成，渦輪(22)內(nèi)側(cè)端面上安裝有搖臂安裝柱(221)，在渦輪(22)與轉(zhuǎn)動支座(25)固定連接處外側(cè)安裝有限位柱(251)，限位桿(251)的上端為長條形的限位槽(252)，驅(qū)動機構(gòu)由第一、二、三、四電機(26、27、28、29)組成，中心軸(21)是主旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，下部通過壓力軸承(211)壓在承載座(32)上，中心軸(21)上部與球形軸承(13)連接，中部和轉(zhuǎn)動支座(25)和電機安裝座(210)固連，限位柱(12)固定安裝在展面(11)的外側(cè)，限位柱(12)的前端伸入限位槽(252)中，搖臂(24)兩端分別通過滑動軸承(241)與搖臂安裝柱(221)和限位柱(12)連接，三個蝸桿(23)分別與第二、三、四電機(27、28、29)的傳動軸連接，第二、三、四電機(27、28、29)固定安裝在電機安裝座(210)上，第一電機(26)倒置安裝，第一電機(26)的底座與中心軸(21)固連，第一電機(26)的傳動軸與倒置驅(qū)動齒輪(261)連接，倒置驅(qū)動齒輪(261)與固定齒輪(31)嚙合，固定齒輪(31)與承載座(32)固連，第一、二、三、四電機(26、27、28、29)通過數(shù)據(jù)線與控制器(4)連接；第一電機(26)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動倒置驅(qū)動齒輪(261)繞固定齒輪(31)轉(zhuǎn)動，帶動第一電機(26)和中心軸(21)水平轉(zhuǎn)動，中心軸(21)帶動電機安裝座(210)和轉(zhuǎn)動支座(25)水平轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動支座(25)通過搖臂(24)帶動展面(11)水平轉(zhuǎn)動，第二、三、四電機(27、28、29)轉(zhuǎn)動時驅(qū)動蝸桿(23)轉(zhuǎn)動，蝸桿(23)帶動對應的渦輪(22)轉(zhuǎn)動，渦輪(22)通過搖臂(24)驅(qū)動展面(11)進行俯仰和滾動方向運動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型三軸全動展臺，其特征在于所述的控制器包括CPU 和電機驅(qū)動器，CPU輸出四路步進脈沖信號到控制第一、二、三、四電機(26、27、28、29)的電 機驅(qū)動器，驅(qū)動第一、二、三、四電機(26、27、28、29)轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種小型三軸全動展臺，其特征在于所述控制器的CPU360 L展面根據(jù)展面需要旋轉(zhuǎn)的角度θ _(。)和方向，通過公式 面桿(周)~~得到蝸^ L渦輪,桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)^ff (周)和旋轉(zhuǎn)方向，即對應的第二、三、四電機的轉(zhuǎn)動角度和方向，CPU根據(jù) 第二、三、四電機的轉(zhuǎn)動方向和速度輸出步進脈沖信號到電機驅(qū)動器來驅(qū)動第二、三、四電 機；其中θ SB(。)為展面需要旋轉(zhuǎn)的角度，^WF Of)為蝸桿的旋轉(zhuǎn)周數(shù)，Δ為渦輪蝸桿傳動 比，Lsffl為搖臂與限位柱連接的滑動軸承的中心到展面中心的距離，為搖臂與搖臂安裝 柱連接的滑動軸承的中心到渦輪中心的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型三軸全動展臺，其特征在于所述的三對傳動機構(gòu) 呈120°分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小型三軸全動展臺，其特征在于所述的限位柱(12)呈 120°分布。
全文摘要
一種小型三軸全動展臺，包括展面部分、中樞機構(gòu)、基座部分和控制器。展面部分包括展面、限位柱和安裝在展面中心的球形軸承，中樞結(jié)構(gòu)包括中心軸、三對傳動機構(gòu)、搖臂、轉(zhuǎn)動支座、驅(qū)動機構(gòu)和電機安裝座，基座部分包括固定齒輪和承載座；三對傳動機構(gòu)固定安裝在轉(zhuǎn)動支座上，每一對傳動機構(gòu)由渦輪和蝸桿組成。本發(fā)明采用三對傳動機構(gòu)和四個電機來實現(xiàn)三維動態(tài)展示，實現(xiàn)了展臺的整體化和小型化；本發(fā)明傳動機構(gòu)采用渦輪蝸桿結(jié)構(gòu)，展面靜止時，由于渦輪蝸桿的自鎖作用，展臺臺面承載一定重量，不需借助外力就可保持靜止，突然斷電時，由于渦輪蝸桿的自鎖作用使其自動保護模型和展臺不受損，使展臺具有自我保護能力，通電后，可以自動恢復原位。
文檔編號A47F5/03GK101912213SQ201010227349
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者姚愛霞, 張桂彬, 許晟 申請人:中國航天空氣動力技術(shù)研究院