一种机电一体化限位机构及限位方法
【专利摘要】一种机电一体化限位机构及限位方法，本发明包括一体式框架结构支架、导行机构、阻尼弹簧、行程开关、行程开关、壳体盖板、走线通孔；导行机构整体安装在一体式框架结构支架的内腔，阻尼弹簧套在导行机构的下部圆柱体上，阻尼弹簧的两端分别压紧在导行机构的阶梯型长方体上和一体式框架结构支架腔体下表面上，行程开关固定在一体式框架结构支架内，分别位于导行机构的左前臂和右前臂正下方，行程开关通过一体式框架结构支架腔体下表面左右两侧的行程开关走线通孔与外部电源相连。本发明提高了产品抗振动冲击性能和抗噪声能力以及减少对执行驱动机构的反作用力，同时减少限位机构的零件数量，降低产品复杂性。
【专利说明】—种机电一体化限位机构及限位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于动中通天线的机电一体化限位机构，属于机电一体化控制领域。
【背景技术】
[0002]现有伺服控制系统所用限位机构，多采用电子限位和机械限位分离式的机构实现。
[0003]电子限位采用单控方式实现，一般选用接近开关或者行程开关。接近开关无需接触检测对象,利用电磁感应引起的检测对象的金属体中产生的涡电流的方式来检测到物体，优点是非接触，所以不会磨损和损伤检测对象物；采用无接点输出方式，因此寿命延长；不受检测对象的污溃和油、水等的影响，只对铁磁性感应；高速响应。但其缺点也很明显，主要是根据检测物体的材料不同，其检测距离有着显著的差别，一般检测物体为非磁性金属(例如铝等)，那么检测距离会变小；受相邻传感器磁性(或静电容量)的影响，输出可能处于不稳定的状态；接近传感器OFF时，因电路的运行而有少量的电流泄漏，因此，会发生负载内残留少量电流(负载残留电压)，负载的复位不良。行程开关是接触式开关，利用接点的机械开合来实现开关的功能。其优点无论何种材质，只要接触的操作力达到一定值，就会触发开关；采用接点输出方式，可以随外接电压不同而输出不同，无漏电现象；不受相邻传感器的影响，输出稳定。其缺点是接触式，会产生磨损和损伤，机械寿命有限制。
[0004]根据伺服控制系统的特点和使用环境，伺服机构经常会采用轻量化设计，因此，铝合金、碳纤维等非磁性材料被大量使用，这就使得接近开关的使用受到限制；行程开关的机械寿命在伺服控制系统中有时会忽略，但是由于采用单控方式，一旦伺服控制系统限位出现线路故障或者行程开关安装误差较大时将失去作用，这将导致机械导行机构将直接作用于限位机构，降低了伺服控制系统的可靠性。
[0005]机械限位的优点是简单可靠，成本较低，在非正常情况下可以强行阻止伺服控制机构单向运行；但其缺点是导行机构和限位机构采用单面接触，作用时属于刚性碰撞，导致机械限位的一致性较差，抗振动冲击性能较差，从而容易产生噪声，也降低了机械限位的使用性能和可靠性；对执行驱动机构产生较强的反作用力，影响驱动机构的效能和使用寿命。
[0006]电子限位和机械限位分离式的限位机构，虽然采用双保险的方式保证伺服控制系统的正常工作，但是其结构较为复杂，使用和安装一致性较差，使限位机构的可靠性降低。
【发明内容】
[0007]本发明的技术解决问题是:克服现有技术的不足，提供一种用于伺服控制系统的机电一体化限位机构及限位方法，提高了产品抗振动冲击性能和抗噪声能力以及减少对执行驱动机构的反作用力，同时减少限位机构的零件数量，降低产品复杂性。
[0008]本发明的技术解决方案是:
[0009]—种机电一体化限位机构,包括一体式框架结构支架、导行机构、阻尼弹簧、行程开关A、行程开关N、壳体盖板、走线通孔、;一体式框架结构支架包括半圆形卡槽、止位块、止位块、腔体下表面、腔体后表面、腔体端面；导行机构又包括下部圆柱体、上部圆柱体、左前臂、左后臂、右前臂、右后臂；阻尼弹簧包括阻尼环、弹簧、预压压板；
[0010]止位块、止位块位于一体式框架结构支架的腔体下表面上，下部圆柱体和上部圆柱体与左前臂、左后臂、右前臂、右后臂组成的两侧对称的阶梯型长方体连在一起，共同组成“十”字状的导行机构；阻尼弹簧的弹簧的上端面插入阻尼环的环槽内，弹簧的下端面插入预压压板的圆槽内；
[0011]导行机构的上部圆柱体安装在一体式框架结构支架的半圆形卡槽内，导行机构整体安装在一体式框架结构支架的内腔，阻尼弹簧套在导行机构的下部圆柱体上，阻尼弹簧的两端分别压紧在导行机构的阶梯型长方体上和一体式框架结构支架腔体下表面上，导行机构的阶梯型长方体上表面与一体式框架结构支架的腔体上表面贴紧，导行机构的阶梯型长方体后表面与腔体后表面贴紧；
[0012]壳体盖板为异形壳体,壳体盖板通过上壳体中心处的半圆形卡槽与壳体盖板半圆形卡槽合并固定在一体式框架结构支架上，壳体盖板腔体端面与一体式框架结构支架腔体端面仿形贴合；
[0013]行程开关M和行程开关N固定在一体式框架结构支架内，分别位于导行机构的左前臂和右前臂正下方，行程开关M和行程开关N通过一体式框架结构支架腔体下表面左右两侧的行程开关走线通孔和与外部电源相连。
[0014]所述的行程开关M和行程开关N的上端推杆和的弧顶分别位于导行机构左前臂和右前臂正下方A处。
[0015]所述的A为2mm。
[0016]所述的行程开关M和行程开关N为不同工作行程的行程开关。
[0017]一种基于机电一体化限位机构的限位方法，其特征在于包括步骤如下:
[0018](I)在导行机构的上部圆柱体的端面受到垂直撞击作用力F后，导行机构开始压缩阻尼弹簧；
[0019](2)阻尼弹簧的弹簧的行程压缩超过A后，导行机构的左前臂开始作用于行程开关M的推杆和行程开关N的推杆；
[0020](3)在行程开关M的推杆被压缩B时，若行程开关A正常工作，则推杆停止被压缩进而使得作用力F停止作用，并进入步骤7 ;否则进入步骤4 ；
[0021 ] (4)在行程开关N的推杆压缩A时，若行程开关N5正常工作，则推杆停止被压缩进而使得作用力F停止作用，并进入步骤7 ;否则进入步骤5 ；
[0022](5)在行程开关M的推杆和行程开关N的推杆被压缩C时，导行机构的左后臂和右后臂分别同时作用于一体式框架结构支架的止位块和止位块，形成机械限位，与阻尼弹簧一起作用，迫使推杆和推杆停止被压缩；
[0023](7)限位过程结束。
[0024]所述的C大于A，所述的A大于B。
[0025]所述的A为2mm ;所述的B为Imm ;所述的C大于3.5mm。
[0026]所述的行程开关M和行程开关N为不同工作行程的行程开关。
[0027]本发明与现有技术相比的优点是:[0028](I)本发明相对于电子限位和机械限位分离式的限位机构结构，结构简单，安装一致性较好，同时本发明将电子限位和机械限位的优点相结合，简化了结构，且不存在两者相对定位不准确的问题，保证了产品的一致性。
[0029](2)本发明采用阻尼弹簧设计，有效降低振动冲击和噪声，减少对驱动执行机构的反作用力。现有的电子限位和机械限位，在电子限位失效的情况下，导行机构和限位机构刚性碰撞，会产生较强的振动冲击和噪声，也降低了机械限位的使用性能和可靠性，同时，会产生对驱动执行机构的反作用力。本发明采用阻尼弹簧设计，而且使阻尼弹簧的初始状态处于预压荷载位置，可以有效吸收振动冲击能量，减小噪声，降低对驱动执行机构的反作用力，有效延长驱动执行机构和限位机构的使用效能和寿命。
[0030](3)本发明采用机械限位作用面双面接触，提高了限位效能。现有的机械限位多采用单面限位，在有安装误差的情况下，机械限位的作用可能会成为线接触或者点接触，严重影响机械限位的使用效能和寿命。本发明采用作用面双面接触，两面相对位置一致，可以保证受力平衡均匀，从而提高机械限位的使用效能和寿命。
[0031](4)本发明采用电子限位双控方式，提高了电子限位的可靠性。现有的电子限位采用单控方式，一旦伺服控制系统限位出现线路故障或者行程开关安装误差较大时将失去作用，这将导致机械导行机构将直接作用于限位机构，降低了伺服控制系统的可靠性。本发明采用电子限位双控方式，一个电子限位作用于驱动执行机构使能端，其有效时使驱动执行机构的使能失效；如果其失效，则另一个电子限位作用于驱动执行机构的供电端，其有效时直接切断驱动执行机构的供电，从而使电子限位有效发挥作用。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1是本发明的外形图；
[0033]图2是本发明内部结构示意图；
[0034]图3是本发明导行机构示意图；
[0035]图4、图5分别是本发明阻尼弹簧不同方面的结构示意图；
[0036]图6是本发明阻尼弹簧和导行机构整体结构示意图；
[0037]图7是本发明一体式框架结构支架示意图；
[0038]图8是本发明一体式框架结构支架、导行机构和阻尼弹簧整体结构示意图；
[0039]图9是本发明行程开关结构示意图；
[0040]图10是本发明壳体盖板不意图；
[0041]图11是本发明工作示意图。
【具体实施方式】
[0042]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0043]如图1、2、7所示，本发明是一种用于动中通天线的机电一体化限位机构，包括一体式框架结构支架1、导行机构2、阻尼弹簧3、行程开关M4、行程开关N5、壳体盖板6、走线通孔30和31 ；
[0044]如图7所示，一体式框架结构支架I包括半圆形卡槽20、止位块24、止位块25、腔体下表面22、腔体后表面23、腔体端面40 ;止位块24、止位块25位于一体式框架结构支架I的腔体下表面22上。
[0045]如图3所示，导行机构2又包括下部圆柱体7、上部圆柱体8、左前臂9、左后臂10、右前臂11、右后臂12 ;下部圆柱体7和上部圆柱体8与左前臂9、左后臂10、右前臂11、右后臂12组成的两侧对称的阶梯型长方体连在一起，共同组成“十”字状的导行机构2。
[0046]如图4、5所示，阻尼弹簧3包括阻尼环13、弹簧14、预压压板15 ;阻尼弹簧3的弹簧14的上端面插入阻尼环13的环槽16内，弹簧14的下端面插入预压压板15的圆槽18内。
[0047]如图6、8所示，导行机构2的上部圆柱体8安装在一体式框架结构支架I的半圆形卡槽20内，导行机构2的整体安装在一体式框架结构支架I的内，阻尼弹簧3套在导行机构2的下部圆柱体7上，阻尼弹簧3的两端分别压紧在导行机构2的阶梯型长方体上和一体式框架结构支架I腔体下表面22上，导行机构2的阶梯型长方体上表面与一体式框架结构支架I的腔体上表面贴紧，导行机构2的阶梯型长方体后表面与腔体后表面23贴紧；
[0048]如图9所示，行程开关M4和行程开关N5固定在一体式框架结构支架I内，分别位于导行机构2的左前臂9和右前臂11正下方，行程开关M4和行程开关N5通过一体式框架结构支架I腔体下表面22左右两侧的行程开关走线通孔30和31与外部电源相连。
[0049]行程开关M4和行程开关N5的上端推杆43和46的弧顶分别位于导行机构2左前臂9和右前臂10正下方A处，A为2mm ;行程开关4和5为不同工作行程的行程开关。
[0050]如图10所不,壳体盖板6为异形壳体,壳体盖板6通过上壳体中心处的半圆形卡槽47与异形壳体半圆形卡槽20合并固定在一体式框架结构支架I上，壳体盖板6腔体端面48与一体式框架结构支架I腔体端面40仿形贴合。
[0051]如图11所示，机电一体化限位机构的限位方法，包括步骤如下:
[0052]1、在导行机构2的上部圆柱体8的端面受到垂直撞击作用力F后，导行机构2开始压缩阻尼弹簧3 ；
[0053]2、阻尼弹簧3的弹簧14的行程压缩超过A后，导行机构2的左前臂11开始作用于行程开关M4的推杆43和行程开关N5的推杆46 ；
[0054]3、在行程开关M4的推杆43被压缩B时，若行程开关M4正常工作，则推杆43停止被压缩；否则进入步骤4;
[0055]4、在行程开关A5的推杆46压缩A时，若行程开关A5正常工作，则推杆46停止被压缩；否则进入步骤5;
[0056]5、在行程开关M4的推杆43和行程开关N5的推杆46被压缩C时两者的超行程均为D，超过此行程，行程开关将被破坏，导行机构2的左后臂10和右后臂12分别同时作用于一体式框架结构支架I的止位块24和止位块25，形成机械限位，与阻尼弹簧一起作用，迫使推杆43和推杆46停止被压缩。
[0057]C 大于 A, A 大于 B, A 为 2mm, B 为 1mm, C 大于 3.5mm。
[0058]本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
【权利要求】
1.一种机电一体化限位机构，其特征在于包括一体式框架结构支架(1)、导行机构(2)、阻尼弹簧(3)、行程开关M(4)、行程开关N(5)、壳体盖板(6)、走线通孔(30)、(31);一体式框架结构支架(1)包括半圆形卡槽(20)、止位块(24)、止位块(25)、腔体下表面(22)、腔体后表面(23)、腔体端面(40);导行机构(2)又包括下部圆柱体(7)、上部圆柱体(8)、左前臂(9)、左后臂(10)、右前臂(11)、右后臂(12);阻尼弹簧(3)包括阻尼环(13)、弹簧(14)、预压压板(15)； 止位块(24)、止位块(25)位于一体式框架结构支架(1)的腔体下表面(22)上，下部圆柱体(7)和上部圆柱体(8)与左前臂(9)、左后臂(10)、右前臂(11)、右后臂(12)组成的两侧对称的阶梯型长方体连在一起，共同组成“十”字状的导行机构(2);阻尼弹簧(3)的弹簧(14)的上端面插入阻尼环(13)的环槽(16)内，弹簧(14)的下端面插入预压压板(15)的圆槽(18)内； 导行机构(2)的上部圆柱体(8)安装在一体式框架结构支架(1)的半圆形卡槽(20)内，导行机构(2)整体安装在一体式框架结构支架(1)的内腔，阻尼弹簧(3)套在导行机构(2)的下部圆柱体(7)上，阻尼弹簧(3)的两端分别压紧在导行机构(2)的阶梯型长方体上和一体式框架结构支架(1)腔体下表面(22)上，导行机构(2)的阶梯型长方体上表面与一体式框架结构支架(1)的腔体上表面贴紧，导行机构(2)的阶梯型长方体后表面与腔体后表面(23)贴紧； 壳体盖板(6)为异形壳体，壳体盖板(6)通过上壳体中心处的半圆形卡槽(47)与壳体盖板半圆形卡槽(20)合并固定在一体式框架结构支架(1)上，壳体盖板(6)腔体端面(48)与一体式框架结构支架(1)腔体端面(40)仿形贴合； 行程开关M(4)和行程开 关N(5)固定在一体式框架结构支架(1)内，分别位于导行机构(2)的左前臂(9)和右前臂(11)正下方，行程开关M(4)和行程开关N5通过一体式框架结构支架(1)腔体下表面(22)左右两侧的行程开关走线通孔(30)和(31)与外部电源相连。
2.根据权利要求1所述的一种机电一体化限位机构，其特征在于:所述的行程开关M(4)和行程开关N(5)的上端推杆(43)和(46)的弧顶分别位于导行机构(2)左前臂(9)和右前臂(10)正下方A处。
3.根据权利要求2所述的一种机电一体化限位机构，其特征在于:所述的A为2mm。
4.根据权利要求1所述的一种机电一体化限位机构，其特征在于:所述的行程开关M(4)和行程开关N(5)为不同工作行程的行程开关。
5.一种基于权利要求1所述的机电一体化限位机构的限位方法，其特征在于包括步骤如下: (1)在导行机构(2)的上部圆柱体(8)的端面受到垂直撞击作用力F后，导行机构(2)开始压缩阻尼弹簧(3)； (2)阻尼弹簧(3)的弹簧(14)的行程压缩超过A后，导行机构⑵的左前臂(11)开始作用于行程开关M (4)的推杆(43)和行程开关N (5)的推杆(46)； (3)在行程开关M(4)的推杆(43)被压缩B时，若行程开关M(4)正常工作，则推杆(43)停止被压缩进而使得作用力F停止作用，并进入步骤(7);否则进入步骤(4)； (4)在行程开关N(5)的推杆(46)压缩A时，若行程开关N5正常工作，则推杆(46)停止被压缩进而使得作用力F停止作用，并进入步骤(7);否则进入步骤(5)； (5)在行程开关M(4)的推杆(43)和行程开关N(5)的推杆46被压缩C时，导行机构(2)的左后臂(10)和右后臂(12)分别同时作用于一体式框架结构支架I的止位块(24)和止位块(25)，形成机械限位，与阻尼弹簧一起作用，迫使推杆(43)和推杆(46)停止被压缩； (7)限位过程结束。
6.根据权利要求5所述的限位方法，其特征在于:所述的C大于A，所述的A大于B。
7.根据权利要求6所述的限位方法，其特征在于:所述的A为2mm;所述的B为1mm ;所述的C大于3.5mm。
8.根据权利要求5所述的一种机电一体化限位机构，其特征在于:所述的行程开关M(4)和N(5)为不同工作行程的行程开关。
【文档编号】G05D3/00GK103984359SQ201410198454
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月12日 优先权日:2014年5月12日
【发明者】史军良, 董代, 周宏鑫 申请人:北京航天控制仪器研究所