CN106602820A - 多自由度一体机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多自由度一体机，其包括：电机模块、滚珠丝杠模块、一体机模块、滚珠导向轴模块、连接模块、电机端盖转接件；所述电机模块包括第一定子、第一转子、第一前端盖、第一后端盖、滚珠丝杠模块、制动器；所述滚珠丝杠模块通过螺帽连接件连接到所述第一电机转轴末端；所述一体机模块包括第二定子、第二转子、第二前端盖、第二后端盖、柔性轴承、柔轮、减速器轴承；所述滚珠导向轴模块包括导向轴、导向轴螺帽、固定环；所述连接模块连接于所述导向轴上端和所述丝杠下端之间；所述电机端盖转接件连接于所述电机模块、一体机模块之间。本发明使得单个电机具有多个自由度，减少了电机使用的数量，有利于设计选型。

Description

多自由度一体机

技术领域

本发明涉及工业自动化设备、电机等技术领域，特别涉及一种多自由度一体机。

背景技术

随着制造业转型升级加剧，工业自动化设备应用越来越广泛。在工业自动化设备中，一般都会涉及到多个电机运动来实现多个自由度动作，通常的做法都是采用多个电机分别实现单一动作，然后再把各个电机按照一定方式安装使用。这种方法虽然具有一定灵活性，但是对于设计选型人员来说，不够方便，要多次对多个电机进行选型、修改；并且，对有严格空间限制的适用场合，不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度一体机，以解决现有技术存在的选型不方便、使用场合存在较多限制的问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种多自由度一体机，其包括：电机模块、滚珠丝杠模块、一体机模块、滚珠导向轴模块、连接模块、电机端盖转接件；所述电机模块包括第一电机壳、第一定子、第一转子、第一前端盖、第一后端盖、制动器，所述第一定子为一中空柱状结构且位于所述第一电机壳中，所述第一转子位于所述第一定子中且包括第一电机转轴和第一磁钢，所述第一磁钢与所述第一电机转轴的中间部位同心安装，所述第一电机转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述第一前端盖、第一后端盖中，所述制动器安装在所述第一后端盖外侧，且与所述第一电机转轴同轴；所述滚珠丝杠模块包括丝杠、丝杠螺帽、螺帽连接件，所述丝杠螺帽与所述丝杠同轴安装，所述滚珠丝杠模块通过所述螺帽连接件连接到所述第一电机转轴末端；所述一体机模块包括第二电机壳、第二定子、第二转子、第二前端盖、第二后端盖、柔性轴承、柔轮、减速器轴承；所述第二定子为一中空柱状结构且位于所述第二电机壳中，所述第二转子位于所述第二定子中且包括第二电机转轴和第二磁钢，所述第二磁钢与所述第二电机转轴的中间部位同心安装，所述第二电机转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述第二前端盖、第二后端盖中，所述第二电机转轴前端的部分截面呈椭圆形，所述柔性轴承内圈嵌套安装在所述第二电机转轴的椭圆形的部分截面上，所述柔轮嵌套安装在所述柔性轴承外圈，且所述柔轮与第二前端盖的一凸台内壁相配合，所述减速器轴承的内圈与所述第二前端盖的凸台相连接，所述减速器轴承的外圈与所述柔轮的外翻法兰相连；所述滚珠导向轴模块包括导向轴、导向轴螺帽、固定环，所述导向轴螺帽与所述导向轴同轴安装，且所述导向轴螺帽与所述减速器轴承外圈、所述柔轮外翻法兰相连，所述固定环安装在所述导向轴下端；所述连接模块连接于所述导向轴上端和所述丝杠下端之间；所述电机端盖转接件连接于所述电机模块、一体机模块之间。

在如上所述的多自由度一体机中，优选地，所述制动器包括静铁芯、线圈骨架、线圈、动铁芯、第一摩擦片、制动盘、外齿轮、定板、第二摩擦片、限位管、制动弹簧；所述静铁芯为环形结构，在所述静铁芯的边缘交替设有一圈通孔和盲孔，所述静铁芯的内侧设有一环状凹槽，所述线圈缠绕在所述线圈骨架上，且嵌入所述环形凹槽中，所述动铁芯位于所述静铁芯、所述线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯，所述外齿轮套设固定于所述第一电机转轴的前端；所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿，所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧，若干所述限位管设于所述定板和静铁芯之间，且所述限位管与所述静铁芯通孔同心固定，所述第一摩擦片设于所述动铁芯、制动盘之间，所述第二摩擦片设于所述定板、制动盘之间，所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、第一摩擦片、第二摩擦片、定板方向移动。

在如上所述的多自由度一体机中，优选地，所述连接模块包括第一连接轴、第二连接轴、公共轴、第一公共轴盖板、第二公共轴盖板、第一螺母、第二螺母；所述第一连接轴、第二连接轴均为一端中空并设有内螺纹，另一端为实心并设有台阶和外螺纹的回转体零件，所述公共轴为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板均为设有环列通孔的环状零件；所述丝杠下端和所述第一连接轴螺纹连接，所述导向轴上端和所述第二连接轴螺纹连接，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板的内孔对应先穿过所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹，处于所述外螺纹和台阶之间位置，所述第一螺母、第二螺母对应与所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹配合安装，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板与所述公共轴连接固定。

在如上所述的多自由度一体机中，优选地，所述电机端盖转接件为一中空且内部带有台阶的回转体零件，一端面外边缘处设有一圈环列通孔，另一端面外边缘处设有环列螺纹盲孔，两端面分别与所述电机模块和一体机模块相连接。

本发明提出一种多自由度一体机，使得单个电机具有多个自由度，减少了电机使用的数量，有利于设计选型；且结构紧凑、精度高，适用于有严格空间限制的场合。

附图说明

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的剖面图；

图3为本发明实施例的局部剖面图；

图4本发明实施例的第一定子示意图；

图5本发明实施例的第二定子示意图。

图6本发明实施例的制动器剖面图；

图7本发明实施例的连接模块的剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

如图1-图3所示，本发明实施例包括：电机模块1、滚珠丝杠模块2、一体机模块3、滚珠导向轴模块4、连接模块5、电机端盖转接件6。

电机模块1包括第一电机壳101、第一定子102、第一转子103、油封104、第一前轴承105、第一后轴承106、第一前端盖107、第一后端盖108、第一编码器110、制动器109。

第一电机壳101外侧呈方形，内侧为圆筒状。

第一定子102为一中空柱状结构，嵌入到第一电机壳101圆筒内部，其包括第一定子齿1021和第一接线板1022，绕有线圈的第一定子齿1021拼接成圆柱状结构，第一接线板1022与拼成柱状结构的第一定子齿1021一端相连接。

第一转子103包括第一电机转轴1032和第一磁钢1031，第一磁钢1031呈圆环状，与第一电机转轴1032中间部位同心安装。优选地，安装有第一磁钢1031的轴肩的轴径小于装卡有第一后轴承106内圈的轴肩的轴径，且大于装卡有第一前轴承105内圈的轴肩的轴径。

第一前端盖107为方形，前侧(如图3中第一前端盖107的下侧)设一环形凸台1071以及多个通孔。油封104为一个环形密封圈，安装在第一电机转轴1032和第一前端盖107的环形凸台的中心内孔壁之间。

第一后端盖108呈圆形，前侧(如图3中第一后端盖108的下侧)设有环形凹槽1081和多个通孔。第一前端盖107、第一后端盖108分别位于第一电机壳101的两端(如图3中第一前端盖107、第一后端盖108分别位于第一电机壳101的下端和上端)。

第一电机转轴1032位于第一电机壳101内部，并且第一电机转轴1032的前端、后端分别通过第一前轴承105、第一后轴承106设于第一前端盖107、第一后端盖108中。

制动器109安装在第一后端盖108外侧(如图3中第一后端盖108的上侧)，且与第一电机转轴1032同轴安装。制动器109包括静铁芯1091、线圈骨架1092、线圈1093、动铁芯1094、第一摩擦片1095、制动盘1096、外齿轮1099、定板1098、第二摩擦片1097、限位管10910、制动弹簧1090。

静铁芯1091为环形结构，其边缘交替设有一圈通孔和盲孔10912，通孔和盲孔10912的轴向与静铁芯1094的轴向一致，该盲孔10912开在静铁芯1091的靠近动铁芯1094的表面上，静铁芯内侧(如图6中静铁芯的上侧)设有一环状凹槽10911，线圈1093缠绕在线圈骨架1092上，且嵌入第一环形凹槽10911中。动铁芯1094位于静铁芯1091、线圈1093外侧(如图6中静铁芯、线圈的上侧)，制动弹簧1090一端插入盲孔10912中，另一端抵顶动铁芯1094。外齿轮1099套设固定于第一电机转轴1032的前端(如图3中，第一电机转轴1032的上端)。制动盘1096呈环形，位于动铁芯1094外侧(如图6中动铁芯1094的上侧)，并设有与外齿轮1099啮合的内齿。定板1098呈环状，位于制动盘1096外侧(如图6中制动盘1096的上侧)。若干限位管10910设于定板1098和静铁芯1091之间，且限位管10910与静铁芯1091上设置的通孔同心固定。第一摩擦片1095设于(例如粘接于)动铁芯1094、制动盘1096之间，第二摩擦片1097设于(例如粘接于)定板1098、制动盘1096之间。制动弹簧1090用于驱动动铁芯1094向制动盘1096、两摩擦片、定板1098方向移动。

第一编码器110紧挨制动器109外侧(如图3中制动器109的上侧)安装，且与第一电机转轴1032同轴。

滚珠丝杠模块2包括丝杠201、丝杠螺帽202、螺帽连接件203，丝杠螺帽202与丝杠201同轴安装。滚珠丝杠模块2通过螺帽连接件203连接到第一电机转轴1032末端(如图3中第一电机转轴1032的上端)。

一体机模块3包括第二电机壳301、第二定子302、第二转子303、第二油封304、第二前轴承305、第二后轴承306、第二前端盖307、第二后端盖308、第二编码器309、柔性轴承310、柔轮311、减速器轴承313。

第二电机壳301外侧呈方形，内侧为圆筒状。

第二定子302为一中空柱状结构，嵌入到第二电机壳301圆筒内部。第二定子302包括第二定子齿3021和第二接线板3022，绕有线圈的第二定子齿3021拼接成圆柱状结构，第二接线板3022与拼成柱状结构的第二定子齿3021一端相连接。

第二转子303包括第二电机转轴3032和第二磁钢3031，第二磁钢3031呈圆环状，与第二电机转轴3032中间部位同心安装。优选地，安装有第二磁钢3031的轴肩的轴径小于装卡有第二后轴承306内圈的轴肩的轴径，且大于装卡有第二前轴承305内圈的轴肩的轴径。第二前端盖307呈环状，前侧(如图3中第二前端盖307的下侧)设一环形凸台3071以及多个通孔。油封304为一个环形密封圈，安装在第二电机转轴3032和第二前端盖307的环形凸台的中心内孔壁之间。第二后端盖308也呈环形，前侧设有环形凹槽3081和多个通孔。第二前端盖307、第二后端盖308分别位于第二电机壳301的两端(如图3中第二前端盖307、第二后端盖308分别位于第二电机壳301的下端和上端)。

第二电机转轴3032位于第二电机壳301内部，并且第二电机转轴3032的前端、后端分别通过第二前轴承305、第二后轴承306设于第二前端盖307、第二后端盖308中。

第二电机转轴3032前端(如图3中第二电机转轴3032的下端)的部分截面30321呈椭圆形，即第二电机转轴3032前端的该部分为一椭圆形轴肩。椭圆形的部分截面(轴阶)30321可以实现谐波减速器的波发生器功能。

第二编码器309安装在第二后端盖308外侧(如图3中第二后端盖308的上侧)，且与第二电机转轴3032同轴安装。

柔性轴承310内圈嵌套安装在上述第二电机转轴3032椭圆形的部分截面30321。

柔轮311嵌套安装在柔性轴承310外圈，且柔轮311与上述第二前端盖307的凸台3071内壁相配合(如图3中沿第二电机转轴3032的径向依次为柔性轴承310外圈、柔轮311和第二前端盖307的凸台3071)。

减速器轴承313的内圈3131与上述第二前端盖307的凸台3071相连接(如图3中沿第二电机转轴3032的轴向，由下至上依次为第二前端盖307的凸台3071和减速器轴承313的内圈3131)，减速器轴承313的外圈3132与上述柔轮311的外翻法兰3111相连(如图3中沿第二电机转轴3032的轴向，由下至上依次为减速器轴承313的外圈3132和柔轮311的外翻法兰3111)。唇形密封圈312安装于一转接法兰314内孔边缘向上侧延伸形成的环状凸台与第二电机转轴3032的端面之间。

滚珠导向轴模块4包括导向轴401、导向轴螺帽402、固定环403，导向轴螺帽402与导向轴401同轴安装，导向轴螺帽402转动时，导向轴401在导向轴螺帽402的带动下随着导向轴螺帽402一起转动，且导向轴螺帽402通过转接法兰314与上述减速器轴承313的外圈3132、柔轮311的外翻法兰3111相连。固定环403安装在导向轴401最下端位置。

连接模块5包括第一连接轴501、第二连接轴502、公共轴503、第一公共轴盖板504、第二公共轴盖板505、第一轴承506、第二轴承507、第一螺母508、第二螺母509。第一连接轴501和第二连接轴502为一端中空并分别设有内螺纹5013、5023，另一端实心并分别设有台阶5011、5021和外螺纹5012、5022的回转体零件。公共轴503为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件。第一公共轴盖板504、第二公共轴盖板505为设有环列通孔的环状零件。优选地，第一连接轴501的内螺纹5012的内径尺寸小于第二连接轴502的内螺纹5023。第一连接轴501的外径小于第二连接轴502的外径。

丝杠201下端和第一连接轴501通过螺纹5013连接，导向轴401上端和第二连接轴502通过螺纹5023连接。第一公共轴盖板504、第二公共轴盖板505内孔对应先穿过第一连接轴501、第二连接轴502的外螺纹5012、5022部分，处于连接轴外螺纹5012、5022和台阶5011、5021之间位置，然后第一轴承506、第二轴承507分别与第一连接轴501、第二连接轴502对应同心安装，且第一轴承506、第二轴承507内圈与对应第一连接轴501、第二连接轴502的台阶相接触。第一螺母508、第二螺母509对应与第一连接轴501、第二连接轴502的外螺纹5012、5022配合安装，并与对应轴承内圈相接触。对应安装完毕的第一轴承506、第二轴承507分别与公共轴503内部同心安装，且轴承外圈分别与内凹环形台阶相接触，上述已被限定位置范围的第一公共轴盖板504、第二公共轴盖板505分别从第一连接轴501、第二连接轴502两侧压住第一轴承506、第二轴承507外圈，并与公共轴503通过螺纹连接固定。

电机端盖转接件6为一内部中空且内部带有台阶的回转体零件，其一端面近外边缘处设有一圈环列通孔，另一端面外边缘处设有环列螺纹盲孔。电机端盖转接件6两端面分别与第一前端盖107和第二编码器309相连接，优选地，在图1中，螺栓由上至下穿过通孔将电机端盖连接件6与第二编码器连接，螺栓由上至下旋拧至盲孔处将第一前端盖107与电机端盖连接件6连接。盲孔的中心与电机端盖连接件6的中心之间的距离大于通孔的中心与电机端盖连接件6的中心之间的距离。

在本实施例中，电机模块1通过电机端盖转接件6与一体机模块3同轴相连接，滚珠丝杠模块2与滚珠导向轴模块4通过连接模块5同轴相连接，相连接的滚珠丝杠模块2和滚珠导向轴模块4穿过相连接的电机模块1和一体机模块3的空心轴，在其内部安装，且滚珠丝杠模块2通过螺帽连接件203与电机模块1相连，滚珠导向轴模块4通过转接法兰314与一体机模块3相连接。

本实施例工作时，电机模块1通过第一电机转轴1032带动螺帽连接件203转动，继而带动丝杠螺帽202转动，进而实现丝杠201的上下运动，和与丝杠201通过连接模块5连接的导向轴501的上下运动，即滚珠丝杠模块2及与其相连的滚珠导向轴模块4的上下运动，最终实现多自由度一体机的第一个自由度，值得注意的是：当电机模块1需要转动的时候，制动器109会先松开抱闸制动，当电机模块1不转动时，制动器109开启抱闸，防止滚珠丝杠模块2及与其相连的滚珠导向轴模块4因重力或外力而下落。

一体机模块3通过转接法兰314与滚珠导向轴模块4相连接，当一体机模块3转动时，会带动导向轴螺帽402转动，继而带动导向轴401转动，即实现滚珠导向轴模块4旋转，最终实现多自由度一体机的第二个自由度。值得注意的是：滚珠丝杠模块2、滚珠导向轴模块4之间是采用第一轴承506、第二轴承507相连接，因此它们之间具有相对转动的自由度，故当滚珠导向轴模块4旋转时，滚珠丝杠模块2可不旋转，而当滚珠丝杠模块2上下运动时，滚珠导向轴模块4一定同时运动。

与单自由度电机相比较，本实施例有两个自由度，且这两个自由度没有相互耦合关系，是相互独立的。其次，本实施例在设计上采用一体化思路，从零件设计到结构布局都比较紧凑、一致，避免了由单自由度电机相互叠加以获得多自由度的繁琐过程与性能不稳定。

综上，本发明提供一种多自由度一体机，其包括电机模块、滚珠丝杠模块、一体机模块、滚珠导向轴模块、连接模块、电机端盖转接件；滚珠丝杠模块穿过电机模块内部中空轴安装，滚珠导向轴模块穿过一体机模块内部中空结构安装；滚珠丝杠模块和滚珠导向轴模块在上述中空结构内部，通过连接模块相连接，同时，电机模块和一体机模块在外部，通过电机端盖转接件相连接。本发明通过对多个电机、减速器、制动器进行优化设计，对其零部件进行重组，得到一个单机即具有多自由度的一体机；具有一体式结构，输出精度高；结构简单、紧凑，有利于前期的设计选型，及后期的安装、维护。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (4)

1.一种多自由度一体机，其特征在于，包括：电机模块、滚珠丝杠模块、一体机模块、滚珠导向轴模块、连接模块、电机端盖转接件；

所述电机模块包括第一电机壳、第一定子、第一转子、第一前端盖、第一后端盖、制动器；

所述第一定子为一中空柱状结构且位于所述第一电机壳中，所述第一转子位于所述第一定子中且包括第一电机转轴和第一磁钢，所述第一磁钢与所述第一电机转轴的中间部位同心安装，所述第一电机转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述第一前端盖、第一后端盖中，所述制动器安装在所述第一后端盖外侧，且与所述第一电机转轴同轴；

所述滚珠丝杠模块包括丝杠、丝杠螺帽、螺帽连接件，所述丝杠螺帽与所述丝杠同轴安装，所述滚珠丝杠模块通过所述螺帽连接件连接到所述第一电机转轴末端；

所述一体机模块包括第二电机壳、第二定子、第二转子、第二前端盖、第二后端盖、柔性轴承、柔轮、减速器轴承；

所述第二定子为一中空柱状结构且位于所述第二电机壳中，所述第二转子位于所述第二定子中且包括第二电机转轴和第二磁钢，所述第二磁钢与所述第二电机转轴的中间部位同心安装，所述第二电机转轴的前端、后端分别通过轴承设于所述第二前端盖、第二后端盖中，所述第二电机转轴前端的部分截面呈椭圆形，所述柔性轴承内圈嵌套安装在所述第二电机转轴的椭圆形的部分截面上，所述柔轮嵌套安装在所述柔性轴承外圈，且所述柔轮与第二前端盖的一凸台内壁相配合，所述减速器轴承的内圈与所述第二前端盖的凸台相连接，所述减速器轴承的外圈与所述柔轮的外翻法兰相连；

所述滚珠导向轴模块包括导向轴、导向轴螺帽、固定环，所述导向轴螺帽与所述导向轴同轴安装，且所述导向轴螺帽与所述减速器轴承外圈、所述柔轮外翻法兰相连，所述固定环安装在所述导向轴下端；

所述连接模块连接于所述导向轴上端和所述丝杠下端之间；

所述电机端盖转接件连接于所述电机模块、一体机模块之间。

2.根据权利要求1所述的多自由度一体机，其特征在于，所述制动器包括静铁芯、线圈骨架、线圈、动铁芯、第一摩擦片、制动盘、外齿轮、定板、第二摩擦片、限位管、制动弹簧；

所述静铁芯为环形结构，在所述静铁芯的边缘交替设有一圈通孔和盲孔，所述静铁芯的内侧设有一环状凹槽，所述线圈缠绕在所述线圈骨架上，且嵌入所述环形凹槽中，所述动铁芯位于所述静铁芯、所述线圈外侧，所述制动弹簧一端插入所述盲孔中，另一端抵顶所述动铁芯，所述外齿轮套设固定于所述第一电机转轴的前端；所述制动盘呈环形，位于所述动铁芯外侧，并设有与所述外齿轮啮合的内齿，所述定板呈环状，位于所述制动盘外侧，若干所述限位管设于所述定板和静铁芯之间，且所述限位管与所述静铁芯通孔同心固定，所述第一摩擦片设于所述动铁芯、制动盘之间，所述第二摩擦片设于所述定板、制动盘之间，所述制动弹簧用于驱动所述动铁芯向所述制动盘、第一摩擦片、第二摩擦片、定板方向移动。

3.根据权利要求1所述的多自由度一体机，其特征在于，

所述连接模块包括第一连接轴、第二连接轴、公共轴、第一公共轴盖板、第二公共轴盖板、第一螺母、第二螺母；

所述第一连接轴、第二连接轴均为一端中空并设有内螺纹，另一端为实心并设有台阶和外螺纹的回转体零件，所述公共轴为一内部中空，两端设有内凹环形台阶，且两端面设有环列螺纹孔的回转体零件，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板均为设有环列通孔的环状零件；

所述丝杠下端和所述第一连接轴螺纹连接，所述导向轴上端和所述第二连接轴螺纹连接，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板的内孔对应先穿过所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹，处于所述外螺纹和台阶之间位置，所述第一螺母、第二螺母对应与所述第一连接轴、第二连接轴的外螺纹配合安装，所述第一公共轴盖板、第二公共轴盖板与所述公共轴连接固定。

4.根据权利要求1所述的多自由度一体机，其特征在于，所述电机端盖转接件为一中空且内部带有台阶的回转体零件，一端面外边缘处设有一圈环列通孔，另一端面外边缘处设有环列螺纹盲孔，两端面分别与所述电机模块和一体机模块相连接。