CN102490173A - 模块化的直线运动单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种模块化的直线运动单元，包括定位体型材、设置于定位体型材上的传动机构、以及设置在传动机构上的滑块，直线运动单元还包括用于使多个直线运动单元之间进行串联或并联连接的连接件。本发明提供的模块化的直线运动单元可以实现多个模块化的直线运动单元的并联和串联，可以加强直线运动单元的强度和负荷能力，又可以提高直线运动单元上的滑块的滑动速度，并可以加长运动行程。

Description

模块化的直线运动单元

技术领域

本发明涉及工业机器人技术领域，特别地，涉及一种模块化的直线运动单元。

背景技术

在当今迅猛发展的工业自动化时代里，越来越多的环节需要自动化程度更高的设备来完成，加之人工成本的不断上升、工作环境要求的提高，导致机器人产品孕育而生。直角坐标机器人，顾名思义，就是一种以空间几何关系X、Y、Z方向所形成的立体空间作为工作空间的一种工业自动化机器人设备。该设备在工业应用中，可以通过程序的不同设定，实现自动控制，形成多用途的操作机。

直角坐标机器人主要有4大功能模块：直线运动单元、驱动单元、控制单元以及末端操作单元。为了降低直角坐标机器人的成本，缩短产品的研发周期，增加产品的可靠性以及提高产品性能，欧美的许多国家都已经将直角坐标机器人模块化，而直线运动单元则是模块化中最为典型、最为核心的单元。所谓的直线运动单元就是将整个运动元素加之到一个运动整体中，其共包括运动支撑部分(光杠或直线导轨)、定位体型材部分(各种型号的型材)、传动部分(同步带轮及同步带或丝杆)以及滑块运动部分(通过同步带或丝杆螺母的拉动而随之运动)。

随着科技的不断发展，人们对直角坐标机器人的性能提出高速度、重载荷、高可靠性、易操作性和可维修性等更高的要求。作为其核心单元，直线运动单元的高速度、重载荷、可靠性、稳定性、可操作性以及易维修性等性能更是越来越被科技人员所重视。传统的直线运动单元因自身机械结构的局限性在实际应用中存在速度较低，负荷较轻、强度较低以及抗冲击力较差等缺点。同时，传统的直线运动单元因定位体型材部分受到型材加工设备的制约而行程较短，这些都会对具有该直线运动单元的直角坐标机器人的整体性能产生极大的负面影响，并最终难以满足用户对直角坐标机器人的高性能的要求。

因此，有必要提供一种机械结构稳定、能够实现高速度、重载荷、长行程，并具有较高抗冲击性能的直线运动单元。

发明内容

本发明目的在于提供一种模块化的直线运动单元，以解决现有直线运动单元的机械强度低、负荷较轻、运动速度较低以及运动行程短的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种模块化的直线运动单元，包括定位体型材、设置于定位体型材上的传动机构、以及设置在传动机构上的滑块，直线运动单元还包括用于使多个直线运动单元之间进行串联或并联连接的连接件。

进一步地，传动机构具有轴向与定位体型材的长度方向正交的传动轴，连接件包括设置于传动轴的一端的用于与驱动装置的驱动轴传动连接的并联动力传递机构，传动轴的另一端具有可用做驱动轴的自由端，所述自由端用于与其他的所述直线运动单元的传动机构的传动轴相连。

进一步地，并联动力传递机构为一个或多个联轴器。

进一步地，传动机构为同步带传动机构，同步带传动机构包括设置在定位体型材的两端的两个同步带轮轴和设置在同步带轮轴上的同步带轮，定位体型材的两端均设置有带轮箱体，同步带轮轴和同步带轮设置在带轮箱体内，驱动机构与位于定位体型材的第一端的同步带轮轴通过并联动力传递机构传动连接，并联动力传递机构设置在带轮箱体的外侧。

进一步地，还包括平行设置在定位体型材的上表面的两条直线导轨，同步带传动机构中的同步带位于两条直线导轨之间并绕在定位体型材两端的同步带轮上，定位体型材的中部设置有与定位体型材的长度方向平行的中空通孔，同步带穿过中空通孔。

进一步地，定位体型材的两端的端面上均设置有端部连接板，带轮箱体固定在端部连接板上，同步带穿过端部连接板缠绕在同步带轮上。

进一步地，同步带轮与同步带轮轴之间通过键连接。

进一步地，每个带轮箱体的两侧均设置有侧盖板，同步带轮轴的两端均通过轴承贯穿于侧盖板。

进一步地，定位体型材包括并行设置的第一定位体型材和第二定位体型材，传动机构包括分别设置在第一定位体型材和第二定位体型材上的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构和第二传动机构上的两个滑块为一体滑块，第一传动机构和第二传动机构同时驱动一体滑块，带轮箱体包括分别设置在第一定位体型材两端和第二定位体型材两端的第一带轮箱体和第二带轮箱体。

进一步地，驱动装置设置在第一定位体型材的第一端的一侧，驱动装置的输出轴通过第一联轴器与第一传动机构的传动轴相连，第二传动机构的传动轴通过第二联轴器与第一传动机构的传动轴的自由端相连。

进一步地，驱动装置包括伺服电机和与伺服电机相连的减速机，减速机的壳体与相邻的带轮箱体之间设置有两端具有法兰盘的连接筒，第一联轴器设置于连接筒内。

进一步地，连接件还包括串联动力传递机构，串联动力传递机构包括滑块以及设置于定位体型材的下表面的一端的用于与其他的直线运动单元上的滑块相连的串联连接件。

进一步地，串联连接件为串联连接板，滑块为宽度大于直线运动单元的宽度的固定板，串联连接板与固定板的宽出的部分相连。

进一步地，传动机构为同步带传动机构，同步带传动机构中的同步带的上装配有同步带锁扣，同步带锁扣的两侧设置有同步带导向条，固定板与同步带导向条固定连接。

本发明具有以下有益效果：

本发明提供的模块化的直线运动单元，通过串联或并联连接件可以实现多个模块化的直线运动单元的并联和串联，可以加强直线运动单元的强度和负荷能力，又可以提高直线运动单元上的滑块的滑动速度，并可以加长运动行程。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的两个串联的直线运动单元连接结构示意图；

图2是本发明优选实施例的模块化的直线运动单元中的驱动装置与传动机构的内部连接结构示意图；

图3是本发明优选实施例的模块化的直线运动单元中的驱动装置与传动机构的外部连接结构示意图；

图4是本发明优选实施例的单个模块化的直线运动单元的结构示意图；以及

图5是本发明优选实施例的直线运动单元中的固定板的安装结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

本发明目的在于提供一种模块化的直线运动单元，以解决现有直线运动单元的速度较低，负荷较轻、行程短、强度较低以及抗冲击力较差等技术问题。同时本发明提供的直线运动单元通用性强，模块化功能完善，可操作性好。

如图1和图2所示，本发明提供了一种模块化的直线运动单元，该直线运动单元包括定位体型材10及设置于定位体型材10上的传动机构30，传动机构30具有轴向与定位体型材10的轴向正交的传动轴，该传动轴的一端设置有用于与驱动装置50的驱动轴传动连接的并联动力传递机构，另一端具有用做驱动轴的自由端，该自由端用于与其他的所述直线运动单元的传动机构的传动轴相连，定位体型材10的下表面的一端设置有用于与其他的模块化的直线运动单元上的滑块相连的串联连接件，由该串联连接件和传动轴上的滑块构成串联动力传递机构。

如图3所示，传动机构30的传动轴的一端设置有并联动力传递机构，可以用于与驱动装置50的驱动轴相连；传动轴的另一端设置有可以用作驱动轴的自由端，那么就可以通过该自由端与另一个模块化的直线运动单元的传动机构30的传动轴的一端通过并联动力传递机构相连，第一个模块化的直线运动单元的传动机构30的自由端就可以作为驱动轴驱动第二个传动机构30的传动轴，实现两个甚至更多个模块化的直线运动单元的并联；在定位体型材10的下表面的一端设置串联连接件，该连接件与另一个模块化的直线运动单元上的滑块相连，可以实现两个甚至更多个模块化的直线运动单元的串联，进而可以根据实际情况模块化地将多个直线运动单元并联或串联，提高直线运动单元的模块化能力。该并联动力传递机构可以实现多个直线运动单元的并联，而并不仅仅是将多个定位体型材上的传动机构的并联以形成一个直线运动单元，本发明提供的多个直线运动单元进行并联的方式可以增强以直线运动单元为基础的直角坐标系运动系统的强度。

为了简化结构并节约成本，并联动力传递机构为连接于所述传动机构的传动轴与所述驱动装置的输出轴之间的一个或多个联轴器20。

由于传动机构30的传动轴的轴向与定位体型材10的长度方向正交，即与设置在定位体型材10上的直线导轨的延伸方向正交，所以，作为一种优选的实施方式，传动机构30可以为同步带传动机构。该同步带传动机构包括设置在定位体型材10的两端的两个同步带轮轴33和设置在同步带轮轴33上的同步带轮，且定位体型材10的两端均设置有带轮箱体15，同步带轮轴33和同步带轮34均设置在带轮箱体15内，驱动装置50与位于定位体型材10的第一端的同步带轮轴33通过联轴器20传动连接，且联轴器20设置在带轮箱体15的外侧。

本发明提供的模块化的直线运动单元，还包括平行设置在定位体型材10的上表面的两条直线导轨12，同步带传动机构中的同步带32位于一个定位体型材10上的两条直线导轨12之间并绕在定位体型材10的两端的同步带轮34上，定位体型材10的中部设置有与定位体型材10的长度方向平行的中空通孔，同步带35穿过该中空通孔。将直线导轨12设置在定位体型材10的上表面，并利用定位体型材10上固有的中空通孔安装同步带32，无需在定位体型材10上开设凹槽，不会破坏定位体型材10的强度，可以有效地提高直线运动单元的抗扭性、抗挠曲性以及抗冲击性能，同时可以大大提升直线运动单元的负载能力。

为了便于安装，并提高安装可靠性，定位体型材10的两端的端面上均设置有端部连接板14，带轮箱体15固定在端部连接板14上，同步带32穿过端部连接板14缠绕在同步带轮34上。

同步带轮34与同步带轮轴33之间可以通过键连接，以使结构紧凑并实现两者之间动力的可靠传递。

如图4所示，每个带轮箱体15的两侧均设置有侧盖板15a(仅以图2中所示的带轮箱体15的左侧的侧盖板为例示出)，同步带轮轴33的两端均通过轴承贯穿于侧盖板15a。两侧的侧盖板15a可以通过将同步带轮轴33支撑起来，再利用轴承，可以实现同步带轮轴33的转动。每个带轮箱体的外端还可以设置有箱体盖板15b。

定位体型材10包括并行设置的第一定位体型材(图4中的左侧定位体型材)和第二定位体型材(图4中的右侧定位体型材)，传动机构包括分别设置在第一定位体型材和第二定位体型材上的第一传动机构和第二传动机构，第一传动机构和第二传动机构同时驱动移动体运动，此处所述的移动体就是指通常所说的滑块；带轮箱体15包括分别设置在第一定位体型材两端和第二定位体型材两端的第一带轮箱体和第二带轮箱体。利用并列两个定位体型材以及相应的传动机构、直线导轨构成一个模块化的直线运动单元，可以提高单个直线运动单元的强度。多个直线运动单元进行并联时，只采用一个驱动装置，如伺服电机即可，可以通过逐级设置的联轴器将驱动装置的驱动力同时传递给多个并联的直线运动单元中的传动机构的传动轴，实现多个并联的直线于东单元的传动机构的同步运动。

驱动装置50设置在第一定位体型材的第一端的一侧，驱动装置20的输出轴通过第一联轴器与第一传动机构的传动轴相连，第二传动机构的传动轴通过第二联轴器与第一传动机构的传动轴的自由端相连。

驱动装置50包括伺服电机51和与伺服电机51相连的减速机53，减速机53的壳体与相邻的带轮箱体之间设置有两端具有法兰盘的连接筒17，第一联轴器设置于连接筒17内。连接筒17一端的法兰盘通过螺栓与减速机53固定，另一端的法兰盘通过螺栓与带轮箱体的侧盖板15a固定。

如图5所示，本发明提供的模块化的直线运动单元中，串联连接件为串联连接板19(参见图1)，串联连接板19位于直线运动单元的定位体型材的下表面的一端，滑块为宽度大于直线运动单元的宽度的固定板18，固定板18与串联连接板19相连时，串联连接板19与固定板18的宽出直线运动单元的宽度的部分相连，具体地说，可以在余出的部分通过贯穿两部分的螺钉相连。

同步带传动机构中的同步带32的上装配有同步带锁扣37，所述同步带锁扣的两侧设置有同步带导向条38，所述固定板18与同步带导向条38固定连接。

本发明提供的模块化的直线运动单元，可以根据实际需要采用多次串并联形成新的直线运动单元。如果仅需要提高直线运动单元的负载和抗扭性能，只需采用两组或多组直线运动单元并联即可，如果仅需提高直线运动单元的速度并需加长其行程，只需采用两组或多组直线运动单元串联即可。当然，也可以同时将多组直线运动单元进行并联，再与另外一组并联的直线运动单元串联，达到即提高以直线运动单元为基础的直线运动系统的负载和抗扭性能，又达到增加直线直线运动系统的速度和行程的目的。

当几个直线运动单元并联时，每个直线运动单元的串联连接板19可以相互连接形成一个整体，作为一个串联连接板使用，同样地，多个并联的直线运动单元中的每个直线运动单元的固定板18也可以相互连接形成一个整体的固定板，并且，此时的并联后的串联连接板的宽度也要等于或大于并联连接后的固定板的宽度，以便于形成串联的直线运动单元组。例如，三个直线运动单元首先进行并联，那么三个直线运动单元的三个串联连接板相互连接形成一个大的串联连接板，这个大的串联连接板的宽度要等于或大于这一组的三个直线运动单元的总宽度；再将另三个直线运动单元进行并联，这三个直线运动单元下面的固定板也要相互连接形成一个大的固定板，这个大的固定板的宽度要等于或大于这一组的三个直线运动单元的总宽度，以便于大的固定板能够与大的串联连接板相连，形成并联直线运动单元组之间的串联。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种模块化的直线运动单元，包括定位体型材、设置于所述定位体型材上的传动机构，以及设置在所述传动机构上的滑块，其特征在于，所述直线运动单元包括用于使多个所述直线运动单元之间进行串联或并联连接的连接件。

2.根据权利要求1所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述传动机构具有轴向与所述定位体型材的长度方向正交的传动轴，所述连接件包括设置于所述传动轴的一端的用于与驱动装置的驱动轴传动连接的并联动力传递机构，所述传动轴的另一端具有可用做驱动轴的自由端，所述自由端用于与另一所述直线运动单元的传动机构的传动轴相连。

3.根据权利要求2所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述并联动力传递机构为一个或多个联轴器。

4.根据权利要求2所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述传动机构为同步带传动机构，所述同步带传动机构包括设置在所述定位体型材的两端的两个同步带轮轴和设置在所述同步带轮轴上的同步带轮，所述定位体型材的两端均设置有带轮箱体，所述同步带轮轴和所述同步带轮设置在所述带轮箱体内，所述驱动机构与位于所述定位体型材的第一端的同步带轮轴通过所述并联动力传递机构传动连接，所述并联动力传递机构设置在所述带轮箱体的外侧。

5.根据权利要求4所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，还包括平行设置在所述定位体型材的上表面的两条直线导轨，所述同步带传动机构中的同步带位于所述两条直线导轨之间并绕在所述定位体型材两端的所述同步带轮上，所述定位体型材的中部设置有与所述定位体型材的长度方向平行的中空通孔，所述同步带穿过所述中空通孔。

6.根据权利要求5所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述定位体型材的两端的端面上均设置有端部连接板，所述带轮箱体固定在所述端部连接板上，所述同步带穿过所述端部连接板缠绕在所述同步带轮上。

7.根据权利要求6所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述同步带轮与所述同步带轮轴之间通过键连接。

8.根据权利要求5所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，每个所述带轮箱体的两侧均设置有侧盖板，所述同步带轮轴的两端均通过轴承贯穿于所述侧盖板。

9.根据权利要求4所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述定位体型材包括并行设置的第一定位体型材和第二定位体型材，所述传动机构包括分别设置在所述第一定位体型材和所述第二定位体型材上的第一传动机构和第二传动机构，所述第一传动机构和所述第二传动机构上的两个滑块为一体滑块，所述第一传动机构和所述第二传动机构同时驱动所述一体滑块，所述带轮箱体包括分别设置在第一定位体型材两端和所述第二定位体型材两端的第一带轮箱体和第二带轮箱体。

10.根据权利要求9所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述驱动装置设置在所述第一定位体型材的第一端的一侧，所述驱动装置的输出轴通过第一联轴器与所述第一传动机构的传动轴相连，所述第二传动机构的传动轴通过第二联轴器与所述第一传动机构的传动轴的自由端相连。

11.根据权利要求10所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述驱动装置包括伺服电机和与所述伺服电机相连的减速机，所述减速机的壳体与相邻的带轮箱体之间设置有两端具有法兰盘的连接筒，所述第一联轴器设置于所述连接筒内。

12.根据权利要求1或2所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述连接件还包括串联动力传递机构，所述串联动力传递机构包括所述滑块以及设置于所述定位体型材的下表面的一端的用于与其他的所述直线运动单元上的滑块相连的串联连接件。

13.根据权利要求12所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，串联连接件为串联连接板，所述滑块为宽度大于所述直线运动单元的宽度的固定板，所述串联连接板与所述固定板的宽出的部分相连。

14.根据权利要求13所述的模块化的直线运动单元，其特征在于，所述传动机构为同步带传动机构，所述同步带传动机构中的同步带的上装配有同步带锁扣，所述同步带锁扣的两侧设置有同步带导向条，所述固定板与所述同步带导向条固定连接。

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