[0046] 以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0047] 如图1所示，一种高精度钢带传动装置，包括机架、主动钢带轮3、从动钢带轮8、莫比乌斯钢带1、轮轴、驱动电机、防跑偏测距传感器组、角位移传感器5和张紧防跑偏机构。角位移传感器5采用编码器。两根轮轴分别支承在机架的两端。驱动电机及两个角位移传感器5均固定在机架上。两个角位移传感器5的输入轴与两根轮轴的一端分别通过联轴器4固定。
驱动电机的输出轴与其中一根轮轴的另一端固定。主动钢带轮3、从动钢带轮8与两根轮轴分别固定，并通过莫比乌斯钢带1连接。莫比乌斯钢带1呈莫比乌斯带状。将一根条形钢带第一条端面边缘与第三条端面边缘接触，第二条端面边缘与第四条端面边缘接触。第一端面边缘与第三端面边缘分别位于条形钢带的两个侧面上，且分别位于条形钢带的两端端面上。第二端面边缘与第四端面边缘分别位于条形钢带的两个侧面上，且分别位于条形钢带的两端端面上。使得莫比乌斯钢带1只有一个连接的侧曲面。莫比乌斯钢带1位于主动钢带轮3、从动钢带轮8上侧的部分平直设置(即横截面呈矩形，侧面为平面)，为莫比乌斯钢带1的工作部分。莫比乌斯钢带1位于主动钢带轮3、从动钢带轮8下方的部分为莫比乌斯钢带1的扭曲部分。莫比乌斯钢带1与主动钢带轮3、从动钢带轮8接触的部分为莫比乌斯钢带1的弯曲部分。
[0048] 防跑偏测距传感器组包括两个防跑偏测距传感器。莫比乌斯钢带1位于两个防跑偏测距传感器之间。两个防跑偏测距传感器的检测头同轴设置，且分别朝向莫比乌斯钢带1工作部分的两条边缘。防跑偏测距传感器能够检测自身与莫比乌斯钢带1工作部分边缘处的间距。防跑偏测距传感器组共有两个。其中一个防跑偏测距传感器组设置在莫比乌斯钢带1对应主动钢带轮3的弯曲部分与莫比乌斯钢带1工作部分的连接处。另一个防跑偏测距传感器组设置在莫比乌斯钢带1对应从动钢带轮8的弯曲部分与莫比乌斯钢带1工作部分的连接处。
[0049] 如图1和2所示，张紧防跑偏机构包括导轨6和辅助组件7。导轨与机架固定，且位于莫比乌斯钢带1的下方。导轨的轴线方向与两根轮轴的轴线垂直，且与两根轮轴的轴线所成平面平行。
[0050] 辅助组件7包括滑台7-51、第一步进电机7-61、第二步进电机7-62、第三步进电机7-63、第一丝杠7-41、第二丝杠7-42、第三丝杠7-43、第一滑块7-31、第二滑块7-32、第三滑块7-33、第一张紧辊7-21、第二张紧辊7-22、第三张紧辊7-23、第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13和张紧测距传感器7-01。滑台7-51上开设有三个互相平行且间距相等的滑槽。第一丝杠7-41、第二丝杠7-42、第三丝杠7-43分别支承在三个滑槽内，且由第一步进电机7-61、第二步进电机7-62、第三步进电机7-63分别驱动。第二丝杠7-42位于第一丝杠7-41与第三丝杠7-43之间。第一滑块7-31、第二滑块7-32、第三滑块7-33与三个滑槽分别构成滑动副，且与第一丝杠7-41、第二丝杠7-42、第三丝杠7-43分别构成螺旋副。第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13的外壳与第一滑块7-31、第二滑块
7-32、第三滑块7-33的顶部分别固定。第一张紧辊7-21、第二张紧辊7-22、第三张紧辊7-23均呈圆筒状，且与第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13的外壳分别构成转动副。三个张紧测距传感器7-01与第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12和第三电动推杆7-13的推出杆外端分别固定，检测头的朝向与两根轮轴的轴线所成平面平行垂直。莫比乌斯钢带1的扭曲部分穿过第二张紧辊7-22、第一张紧辊7-21之间，且穿过第二张紧辊7-
22、第三张紧辊7-23之间。
[0051] 辅助组件共有三个，其中一个辅助组件内第二张紧辊7-22的轴线位于主动钢带轮3、从动钢带轮8轴线的对称面内，该辅助组件作为张紧测距辅助组件。其余两个辅助组件作为限位测距辅助组件。张紧测距辅助组件位于两个限位测距辅助组件之间。张紧测距辅助组件内第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13均处于缩回状态。张紧测距辅助组件内的滑台7-51与导轨6的正中位置固定。两个限位测距辅助组件内的滑台7-51与导轨6构成滑动副，且由两个进给驱动组件分别进行驱动。进给驱动组件包括进给电机和进给轮。进给电机与对应进给驱动组件内的滑台固定。进给轮与进给电机的输出轴接触，且与机架滚动接触。
[0052] 莫比乌斯钢带1钢带的长度L、宽度h、厚度δ满足以下三条不等式：
[0053]
[0054]
[0055]
[0056] 其中，T为莫比乌斯钢带1扭曲部分所受扭矩的上限，0.8N·m≤T≤10N·m，本实施例中T取1N·m；G为莫比乌斯钢带1的剪切模量，本实施例中莫比乌斯钢带1采用Q235钢，故G＝8×1010Pa；r1为主动钢带轮3的半径；r2为从动钢带轮8的半径，r2＝r1；k1为包角系数，0.8≤k1≤1；s为带宽安全系数，s>1.1；dg为一个辅助组件中第一张紧辊、第三张紧辊的轴线在垂直主动钢带轮3轴线的一个平面内投影的距离(即第一张紧辊的轴线与第三张紧辊的轴线沿导轨轴线方向的距离)； 为莫比乌斯钢带1在主动钢带轮3上的理想包角； 为莫比乌斯钢带1在从动钢带轮8上的理想包角；
[0057] 初始状态下，所有辅助组件内第一张紧辊7-21、第二张紧辊7-22、第三张紧辊7-23均与莫比乌斯钢带1接触，且对莫比乌斯钢带1没有压力。
[0058] 莫比乌斯钢带1相对于普通钢带具有更强的防跑偏能力，其原因如下：
[0059] 将莫比乌斯钢带1沿宽度方向分隔为宽度相等的两条半钢带。由于莫比乌斯钢带1的扭曲部分扭转了180°。故一条半钢带与主动钢带轮3、从动钢带轮8的接触面积不同。将两条半钢带分为第一半钢带和第二半钢带。使得第一半钢带、主动钢带轮3的接触面积小于第二半钢带、主动钢带轮3的接触面积，第一半钢带、从动钢带轮8的接触面积大于第二半钢带、从动钢带轮8的接触面积。
[0060] 可见，当发生振动时，第一半钢带、主动钢带轮3的摩擦力减小量小于第二半钢带、主动钢带轮3的摩擦力减小量，第一半钢带、从动钢带轮8的摩擦力减小量大于第二半钢带、从动钢带轮8的摩擦力减小量。莫比乌斯钢带1具有向摩擦力减小量大的一侧滑移的趋势。由此可得，当发生振动时，莫比乌斯钢带1在主动钢带轮3、从动钢带轮8上滑移趋势的方向相反。相反的滑移趋势能够互相遏制，进而避免了莫比乌斯钢带1的滑移。
[0061] 该高精度钢带传动装置的传动方法具体如下：
[0062] 步骤一、莫比乌斯钢带1的预紧。张紧测距辅助组件内第二张紧辊向挤压莫比乌斯钢带1的方向移动
[0063] 其中，F0为预设的预紧力，取值为2300N；E为莫比乌斯钢带1的弹性模量，本实施例11
中莫比乌斯钢带1采用Q235钢，故E＝2×10 Pa。
[0064] 步骤二、莫比乌斯钢带1张紧力的实时调整。驱动电机转动，莫比乌斯带1开始运行。对n个张紧测距传感器依次进行编号，n＝9。n个张紧测距传感器检测自身到莫比乌斯钢带1工作部分的距离。第1个张紧测距传感器至第n个张紧测距传感器到莫比乌斯钢带1工作部分的距离依次为db1,db2,db3,...,dbn。第1个张紧测距传感器至第n个张紧测距传感器与主动钢带轮3轴线的水平距离依次为x1,x2,x3,...,xn。建立二维数组A{[x1，db1],[x2，db2],…,[xn，dbn]}。将二维数组A内的n组元素在平面直角坐标系xoy中依次进行描点(张紧测距传感器到莫比乌斯钢带1工作部分的距离为纵坐标；张紧测距传感器与主动钢带轮3轴线的水平距离为横坐标)，得到n个离散点。
[0065] 根据最小二乘法，将n个离散点拟合成曲线Lbelt:y＝a(x4-2lx3+xl3)，即确定a的取值，使得无论b取任何值，下式恒成立。
[0066]
[0067] 其中，l是主动钢带轮3轴线与从动钢带轮8轴线的间距。
[0068] 计算特征压力值Fa＝24EIal，其中，I为莫比乌斯钢带1横截面的截面惯性矩。莫比乌斯钢带1在无张紧力状态下，工作部分弯曲成符合曲线Lbelt的形状时所受的压力值即为特征压力值。
[0069] 计算莫比乌斯钢带1所受的实际压力 其中，Fc为莫比乌斯钢带1所受的张紧力(第一次计算F'a时，Fc＝F0)；A为莫比乌斯钢带1的横截面面积；ym为莫比乌斯钢带1工作部分位于主动钢带轮3、从动钢带轮8对称面处的挠度；
[0070] 若kaminFa≤F'a≤kamaxFa，则直接进入步骤三，1.5≤kamin≤2.5，5≤kamax≤10。
[0071] 若F'a
[0072] 若F'a>kamaxFa，则认为此时的张紧力过大，需要减小预紧力，张紧测距辅助组件内第二张紧辊向松开莫比乌斯钢带1的方向移动，并重复拟合曲线Lbelt，根据新的曲线Lbelt的a值计算新的特征压力值Fa，直至kaminFa≤F'a≤kamaxFa。
[0073] 步骤三、莫比乌斯钢带1传动效率检测与控制。两个角位移传感器5分别检测主动钢带轮3的转速n1、从动钢带轮8的转速n2，并实时计算莫比乌斯钢带1的传动效率η＝n2/n1×100％。进入步骤四。
[0074] 步骤四、为保证钢带传动的精度，要求η始终大于传动效率预设值η0。若η<η0，则第二张紧辊向挤压莫比乌斯钢带1的方向移动0.01mm，等待Δt时间后重复执行步骤三。95％≤η0≤98％，Δt＝kt/n1，3≤kt≤10。
[0075] 若η≥η0，则进入步骤五。
[0076] 步骤五、计算新的张紧力 ds为张紧测距辅助组件内第二张紧辊移动后相对于初始状态的位移量(即步骤一、二、四中张紧测距辅助组件内第二张紧辊位移量的叠加)。
[0077] 步骤六、莫比乌斯钢带1的跑偏纠正。
[0078] 计算主动钢带轮3上莫比乌斯钢带1的跑偏量 a1、a1′为主动钢带轮3处防跑偏测距传感器组内两个防跑偏测距传感器2检测到的与莫比乌斯钢带1的距离。计算从动钢带轮8上莫比乌斯钢带1的跑偏量Δz2； a2、a2′为从动钢带轮8处防跑偏测距传感器组内两个防跑偏测距传感器2检测到的与莫比乌斯钢带1的距离。若Δz1≤zmax且Δz2≤zmax，则直接进入步骤九，否则进入步骤七。
[0079] 步骤七、降低主动钢带轮3的转速，使得莫比乌斯钢带1的运行速度低于0.1m/s。两个限位测距辅助组件内第一滑块、第二滑块及第三滑块均向远离莫比乌斯钢带1的方向移动至极限位置。两个限位测距辅助组件内的滑台分别移动至导轨的两端。两个限位测距辅助组件内的第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13均推出，使得第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13的推出杆外端端面高于莫比乌斯钢带1的工作部分。
[0080] 之后，两个限位测距辅助组件内的第一滑块、第二滑块及第三滑块均向靠近莫比乌斯钢带1的方向移动。重复计算主动钢带轮3上莫比乌斯钢带1的跑偏量Δz1，从动钢带轮8上莫比乌斯钢带1的跑偏量Δz2，直至 且 后，进入步骤八。
[0081] 步骤九、主动钢带轮3的转速恢复至工作转速。两个限位测距辅助组件内的第一电动推杆7-11、第二电动推杆7-12、第三电动推杆7-13均缩回。两个限位测距辅助组件内的滑台复位。
[0082] 两个限位测距辅助组件内第一滑块、第三滑块向靠近第二滑块的方向移动，第二滑块向靠近第一滑块、第三滑块的方向移动，直至两个限位测距辅助组件内的第一张紧辊7-21、第二张紧辊7-22、第三张紧辊7-23均与莫比乌斯钢带1的扭曲部分接触。进入步骤九。
[0083] 步骤九、重复执行步骤一至八。
