CN104753251B - 一种双自由度机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双自由度机构，包括壳体，该壳体内设有直线电机和直驱旋转电机，所述直线电机包括装在壳体内的直线电机定子、直线电机动子和自润滑轴承，直线电机动子穿过自滑润轴承和直线电机定子且与该直线电机定子间隙配合，直驱旋转电机包括旋转电机定子和旋转电机转子，旋转电机定子装在壳体上，旋转电机转子卡装在壳体上且位于壳体与旋转电机定子间，壳体内装设有旋转轴承，该旋转轴承抵顶着旋转电机转子，旋转电机转子内设有花键套，直线电机动子穿过该花键套，还包括装在直线电机动子上的抱闸装置，该抱闸装置对直线电机动子进行锁紧和释放。本发明省去中间传动机构，并且自带抱闸装置，有效提高精度和速度的控制。
Description
技术领域
本发明涉及一种仪器设备，尤其是较为精密的仪器设备的传动技术领域，具体地说是一种适用于四自由度机器人、六自由度机器人、SMT、打螺丝机等需要直线运动和旋转运动结合的场合的双自由度机构。
背景技术
根据机械原理，机构要实现某种数量自由度的运动，就必须具有相应数量的独立的原运动。在机器人、SMT行业、半导体行业、电子封装行业和科学研究领域中，旋转自由度运动机构和直线自由度运动机构是普遍需要用到的自由度机构，而同时具有旋转和直线两自由度运动的机构更是能够给操作带来很多方便之处。这种双自由度机构的定位精度和行程直接影响生产精度和生产能力，同时机构的速度和加速度直接影响生产效率，成为系统好坏的重要指标。
传统的可实现旋转和直线两自由度运动的机构，是运用两个伺服电机、丝杆、同步轮和减速器、导轨等一起协作实现的。其中一个伺服电机通过丝杆实现直线运动，另一个伺服电机通过同步轮和减速器实现旋转运动。由于中间环节丝杠、同步轮和减速器有最大转速限制和反向间隙，很难实现高速高精度定位。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双自由度机构，省去中间传动机构，利用抱闸装置实现对直线电机动子的锁紧和解锁控制。
为了解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：
一种双自由度机构，包括壳体，该壳体内设有直线电机和直驱旋转电机，所述直线电机包括装在壳体内的直线电机定子、直线电机动子和自润滑轴承，直线电机动子穿过自滑润轴承和直线电机定子且与该直线电机定子间隙配合；所述直驱旋转电机包括旋转电机定子和旋转电机转子，旋转电机定子装在壳体上，旋转电机转子卡装在壳体上且位于壳体与旋转电机定子间，壳体内装设有旋转轴承，该旋转轴承抵顶着旋转电机转子；所述旋转电机转子内设有花键套，直线电机动子穿过该花键套；还包括装在直线电机动子上的抱闸装置，该抱闸装置对直线电机动子进行锁紧和释放。
所述抱闸装置包括外壳及装在该外壳内的下铁轭、上铁轭、弹簧片、夹片和摩擦片，下铁轭内设有线圈，弹簧片一端与下铁轭连接、另一端与上铁轭连接，夹片与上铁轭连接，夹片与摩擦片装接，直线电机动子从摩擦片穿过。
所述弹簧片为Z型弹簧片，夹片为V型夹片。
所述线圈通过环氧树脂灌封在下铁轭内。
所述旋转电机定子通过轴承端盖固定在壳体上。
所述轴承端盖上还安装有旋转编码器和旋转编码器端盖，并且下铁轭固定在旋转编码器端盖上。
所述直线电机定子通过端盖固定在壳体上，该端盖上设有直线编码器，且该直线编码器与直线电机动子间隙配合。
所述花键套通过平键安装在旋转电机转子内。
所述直线电机为带铁芯圆筒型永磁直线电机。
所述花键套及直线电机动子都是用不锈钢制成。
所述花键套里的滚珠为陶瓷滚珠。
所述直线电机动子内具有六排滚珠槽，与花键套内的滚珠配合。
所述旋转电机转子采用斜极或者分段式磁极结构。
所述旋转电机为带铁心式直驱旋转电机。
本发明省去中间传动机构，通过直驱旋转电机的旋转电机转子的旋转，将其产生的力矩传递到直线电机动子上，使得直线电机动子既可以自身做来回直线运动，又可以因受到的传递力矩而做旋转运动，并且两种运动互不干扰，使整个机构的结构很紧凑、精度和加速度更高。
附图说明
附图1为本发明立体结构示意图；
附图2为本发明剖面结构示意图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
如附图1和2所示，本发明揭示了一种双自由度机构，包括壳体7，该壳体7内设有直线电机和直驱旋转电机，所述直线电机包括装在壳体7内的直线电机定子8、直线电机动子3和自润滑轴承5，直线电机动子1穿过自滑润轴承5和直线电机定子8且与该直线电机定子8间隙配合；所述直驱旋转电机包括旋转电机定子11和旋转电机转子10，旋转电机定子11装在壳体7上，旋转电机转子10卡装在壳体7上且位于壳体7与旋转电机定子11间，壳体7内装设有旋转轴承9，该旋转轴承7抵顶着旋转电机转子10；所述旋转电机转子10内设有花键套12，直线电机动子1穿过该花键套12；还包括装在直线电机动子13上的抱闸装置，该抱闸装置对直线电机动子3进行锁紧和释放。该直线电机优选为带铁芯圆筒型永磁直线电机，且直线电机动子3内设有软磁体1和永磁体2，并且利用环氧树脂进行灌封。花键套12可通过平键13进行固定安装。花键套12与直线电机动子3形成花键副，该花键副既可以对直线电机动子的直线运动起导向作用，又可以将直驱旋转电机转子的扭矩传递给直线电机动子，使直线电机动子进行旋转运动。
所述抱闸装置包括外壳17及装在该外壳17内的下铁轭18、上铁轭21、弹簧片20、夹片22和摩擦片23，下铁轭18内设有线圈19，直线电机动子从该外壳中穿过，弹簧片20一端与下铁轭18连接、另一端与上铁轭21连接，夹片22与上铁轭21连接，夹片22与摩擦片23装接，直线电机动子3从摩擦片23穿过。线圈19失电时，通过弹簧片20本身的弹力使上铁轭21和夹片22上升，夹片迫使摩擦片23向内收缩抱紧直线电机动子3，从而形成对直线电机动子的制动。线圈19通电时，通过电磁力使上铁轭21和夹片22下降，释放摩擦片23使直线电机动子3能够自由运动。弹簧片优选为Z型弹簧片，夹片优选为V型夹片。线圈通过环氧树脂灌封在下铁轭内。
此外，所述旋转电机定子11通过轴承端盖14固定在壳体7上。轴承端盖14上还安装有旋转编码器16和旋转编码器端盖15，并且下铁轭18固定在旋转编码器端盖15上。直线电机定子8通过端盖4固定在壳体7上，该端盖4上设有直线编码器6，且该直线编码器6与直线电机动子3间隙配合。
带铁芯圆筒型永磁直线电机定子8通电后，带铁芯圆筒型永磁直线电机动子3，由于本身永磁体2产生的磁场和电流产生的磁场的相互作用下产生推力，使其自身能够直线来回运动。直驱旋转电机定子11通电后产生磁场与直驱旋转电机转子10上永磁体产生的磁场相互作用推动直驱旋转电机转子10旋转。直驱旋转电机转子10通过花键副把力矩传递到带铁芯圆筒型永磁直线电机动子3上，使带铁芯圆筒型永磁直线电机动子3能够自由旋转。由此，带铁芯圆筒型永磁直线电机动子3既可以来回直线运动又可以旋转运动，并且两种运动互不干扰。而对于抱闸装置而言，当线圈19失电时，通过弹簧片20本身的弹力使上铁轭21和夹片22上升，夹片迫使摩擦片23向内收缩抱紧直线电机动子3，从而形成对直线电机动子的制动。线圈19通电时，通过电磁力使上铁轭21和夹片22下降，释放摩擦片23使直线电机动子3能够自由运动。
此外，所述花键套12及直线电机动子3都是用不锈钢制成，并且优选型号为304的不锈钢材料制成，并且经渗氮处理。花键套12里的滚珠为设陶瓷滚珠。直线电机动子3内具有六排滚珠槽，与花键套内的滚珠配合。旋转电机转子10采用斜极或者分段式磁极结构，并且该旋转电机为带铁心式直驱旋转电机。
需要说明的是，以上所述并非是对本发明技术方案的限定，在不脱离本发明的创造构思的前提下，任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种双自由度机构，包括壳体，该壳体内设有直线电机和直驱旋转电机，其特征在于，
所述直线电机包括装在壳体内的直线电机定子、直线电机动子和自润滑轴承，直线电机动子穿过自滑润轴承和直线电机定子且与该直线电机定子间隙配合；
所述直驱旋转电机包括旋转电机定子和旋转电机转子，旋转电机定子装在壳体上，旋转电机转子卡装在壳体上且位于壳体与旋转电机定子间，壳体内装设有旋转轴承，该旋转轴承抵顶着旋转电机转子；
所述旋转电机转子内设有花键套，直线电机动子穿过该花键套，花键套通过平键安装在旋转电机转子内；
还包括装在直线电机动子上的抱闸装置，该抱闸装置对直线电机动子进行锁紧和释放；
所述抱闸装置包括外壳及装在该外壳内的下铁轭、上铁轭、弹簧片、夹片和摩擦片，下铁轭内设有线圈，直线电机动子从该外壳中穿过，弹簧片一端与下铁轭连接、另一端与上铁轭连接，夹片与上铁轭连接，夹片与摩擦片装接，直线电机动子从摩擦片穿过。
2.根据权利要求1所述的双自由度机构，其特征在于，所述弹簧片为Z型弹簧片，夹片为V型夹片。
3.根据权利要求2所述的双自由度机构，其特征在于，所述线圈通过环氧树脂灌封在下铁轭内。
4.根据权利要求3所述的双自由度机构，其特征在于，所述旋转电机定子通过轴承端盖固定在壳体上。
5.根据权利要求4所述的双自由度机构，其特征在于，所述轴承端盖上还安装有旋转编码器和旋转编码器端盖，并且下铁轭固定在旋转编码器端盖上。
6.根据权利要求5所述的双自由度机构，其特征在于，所述直线电机定子通过端盖固定在壳体上，该端盖上设有直线编码器，且该直线编码器与直线电机动子间隙配合。
7.根据权利要求6所述的双自由度机构，其特征在于，所述直线电机为带铁芯圆筒型永磁直线电机。
8.根据权利要求7所述的双自由度机构，其特征在于，所述花键套及直线电机动子都是用不锈钢制成。
9.根据权利要求8所述的双自由度机构，其特征在于，所述花键套里的滚珠为陶瓷滚珠。
10.根据权利要求9所述的双自由度机构，其特征在于，所述直线电机动子内具有六排滚珠槽，与花键套内的滚珠配合。
11.根据权利要求10所述的双自由度机构，其特征在于，所述旋转电机转子采用斜极或者分段式磁极结构。
12.根据权利要求11所述的双自由度机构，其特征在于，所述旋转电机为带铁心式直驱旋转电机。
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