CN107257894B - 高速杆型线性致动器 - Google Patents

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Abstract

一种致动器系统(10)，包括：输出杆(20)，耦接至设置在致动器外壳(14)或缸体(14)内的活塞构件(30)。带驱动装置(24)配置成驱动活塞(30)或相似耦接构件(30)在外壳(14)内沿着其纵向轴线往复运动。输出杆(20)的相对端(22)响应于活塞(30)在致动器外壳(14)内的往复运动而相对于致动器外壳(14)的外部被选择性地定位；例如为了操纵位于输出杆(20)的相对(外)端(22)的工具或工件，或进行另一项自动化机器任务。

Description

高速杆型线性致动器
相关申请的交叉引证
本申请要求2015年2月23日提交的名称为“High Speed Rod-Style LinearActuator(高速杆型线性致动器)”的美国临时申请第62/119,319号的优先权，出于各种目的，该申请通过引证全部并入本文。
技术领域
本申请大体上涉及线性致动器，特别涉及高速线性致动器和推进器系统。更具体地，本申请涉及适用于零部件处理、制造以及其它工业过程的高速杆型线性致动器。
背景技术
线性致动器和推进器系统包括两个杆式致动器和无杆设计，利用一系列不同的气压缸、电动机和磁耦合驱动器来提供所需的负载能力和致动速度。还已知了各种轴承样式，其可相应地用于轻型、中型和重型负载应用。
杆型致动器实施例包括(但不限于)用于焊接、加工和其它制作过程的短行程装置。气压缸和螺杆驱动杆式致动器还可配置有导杆和安装块，用于负载重量增加和延伸。行程较长的构造中或在需要节省空间的情况下，可设置无杆(例如，轨道和托架)系统。
无论构造如何，致动器的重量和复杂性均是设计时很重要的考虑因素。还涉及到成本问题，并且还需要不断改进致动器速度和精度自动控制，现有的致动器系统设计尚未满足这些要求。
发明内容
本申请涉及一种由带驱动的高速杆式线性致动器系统。致动器系统包括带驱动装置，该带驱动装置设置在外壳内，并配置成相对于该带驱动装置而定位输出杆。
带驱动装置包括正时带(timing belt，同步齿带)，正时带经由设置在致动器外壳内的活塞耦接至输出杆。正时带配置成沿着外壳的纵向轴线往复地驱动活塞，其中输出杆与正时带设置成轴线偏离关系。
附图说明
图1是高速杆式线性致动器系统的等距视图。
图2是致动器系统的剖面图，示出了驱动带和推进杆或输出杆的构造。
图3是致动器系统的另一个剖面图，示出了电机安装件。
图4是致动器系统的侧视图，示出了处于延伸位置的输出杆。
图5是致动器系统的详细视图，示出了输出杆、活塞和驱动带之间的耦接。
图6是示出致动器系统的远端的详细视图，包括惰轮、张紧器机构和输出杆支承构造。
图7是示出致动器系统的近端的详细视图，包括电机安装件和驱动带轮总成。
具体实施方式
图1是高速杆式线性致动器或推进器系统10的等距视图。在该特定构造中，致动器或推进器系统10由电动机或伺服电机12驱动，电动机或伺服电机12经由电机安装件16耦接至致动器外壳14。
致动器外壳14从近端17处电机安装件16延伸至与近端17轴向或纵向相对的远端18。推进杆(或输出杆)20的外部部分从致动器外壳14的远端18向外延伸，且可设有用于定位工具或工件的工具接口，如下所述。
图2是沿图1中的线AA-AA截取的线性致动器或推进器系统(或设备)10的剖面图。如图2所示，推进杆(或输出杆)20从杆20的第一端或近(内部)端21(定位在致动器外壳或主体管14内)延伸至杆20的第二端或远(外部)端22(其从致动器外壳14的远端18纵向向外延伸)。(例如，环形)驱动带24从位于致动器外壳14的近端17的驱动带轮26延伸至位于远端18的惰轮28。
致动器外壳14内沿着纵向轴线或中心线CL设置有活塞式耦接构件30。驱动带24配置成驱动活塞构件30沿着轴线CL做往复运动，其中输出杆20的第一端21耦接至活塞构件30，与第二端22相对。输出杆20的第二(外)端22可响应于活塞构件30沿着轴线CL的往复运动而被选择性地定位在致动器外壳14的远(前)端18。驱动带24在致动器外壳14的后(近)端17耦接至驱动带轮26，并在前端18耦接至与驱动带轮26相对的惰轮28。
更一般地说，根据本文的任何实施方案，任何合适的带驱动系统均可配置成沿着致动器外壳14的纵向轴线CL往复地驱动活塞耦接构件30，例如其中活塞耦接构件30耦接至可选择性地定位的轴偏离输出杆20，如上所述。在一种设计中，连续的正时带24由驱动带轮26操作，驱动带轮26旋转地耦接至伺服电动机、DC电机或步进电机12，配置成相对于致动器外壳14的前端18选择性地定位输出杆20的远端22。例如，正时带24可耦接至且耦接在沿着外壳14的纵向轴线CL设置的驱动带轮26与惰轮28之间，其中输出杆20定位在正时带24上方，为大体平行的轴偏离构造。
输出杆20经由活塞式耦接构件30耦接至驱动带24，例如通过利用用于推进杆附接件32的螺钉或其它机械耦接件使第一(近)端21坐落入耦接构件(驱动构件或活塞)30上部的轴向腔内来实现。驱动系统中可使用齿状正时带或驱动带24，齿状正时带或驱动带24具有例如配置成与带夹持装置34上的互补特征部接合的向内或向外伸出的多个齿。带夹持装置34机械紧固至或紧固在耦接构件30的本体内，例如将驱动带24的顶部或上部部分附接至耦接构件30的内表面，如图2所示(还参见图5，如下所述)。
耦接构件30的外半径(或其它外表面)与致动器主体(例如，管或缸)外壳14的内半径(或内表面)之间设有耐磨环或其它滑动接合构件36。适合用作耐磨环36的材料包括耐用聚合物、金属和复合材料，选用这些材料是为了在活塞耦接构件30与致动器外壳14的内表面之间提供滑动接合。替代地，耐磨构件36可不连续地设置上活塞或其它耦接构件30的外周缘上或致动器外壳14的内表面上(例如，以轨道形式)。
操作时，当驱动带24参与驱动带轮26与惰轮28之间的相应来回运动时，驱动带24接合以迫使耦接构件30和输出杆20在致动器外壳或管14内轴向或纵向移动。输出杆20的远端设有螺纹孔或其它工具接合特征部38，以相对于线性致动器外壳14纵向定位工具或工件。
在图2的构造中，输出杆20相对于致动器管或外壳14定位成轴偏离关系，与致动器轴线或中心线CL平行但径向向外。致动器外壳14的前(远)端18设有套管40，套管40支撑与上述齿状或环形驱动带24滑动接合的输出杆20。当带24分别向前和向后驱动输出杆20时，驱动带轮26和惰轮28在顺时针方向或逆时针方向上旋转。
替代地，输出杆20可定位在驱动带24的上方、下方和/或任一侧。此外，驱动带24的顶部或底部部分可与耦接构件30接合，且输出杆20的来回运动可相对于轮26和28的相应顺时针和逆时针旋转反向。
在一些设计中，致动器外壳14形成为缸体，或具有缸体形或椭圆形孔，孔的剖面大体为圆形或卵形，其中纵向轴线CL周围设置有与剖面垂直的形状类似的活塞(或活塞耦接件)30。替代地，致动器系统10的外壳14可采用正方形、矩形、多边形或其它构造，耦接构件30相应地调整。在这些设计的每一种设计中，一个或多个耐磨构件36可以滑动接合的方式设置在活塞30与致动器外壳14的内表面之间，例如设置在活塞30周围，如图2所示。替代地，耐磨构件可连续或不连续地沿着或横向于轴线CL定向，并配置成用于不同形状的活塞构件30和致动器外壳14。
致动器外壳14的前端18可设有套管40，套管40设置成在靠近远端22处与输出杆20滑动接合。例如，环式套管或轴承40可设置在处于端盖56中的输出杆20周围，其中杆轴线A大体上平行于并偏离致动器外壳14的纵向轴线CL(例如，位于上方)。
图3是沿图1中的线BB-BB截取的推进器或致动器系统10的另一个剖面图。如图3所示，利用电动机(例如，步进电机或伺服电机)12驱动正时带24，电动机12经由电机安装件16相对于致动器外壳横向定向地耦接。在该构造中，电机12的旋转轴线RA大体上垂直于致动器外壳14的纵向尺寸，如沿着致动器的中心线或轴线CL所限定的那样。
驱动带轮总成46包括由轴承44支撑绕轴线RA旋转的驱动带轮，轴承44位于致动器外壳14后端(近端17)的电机安装件16内。惰轮总成48包括由滚针轴承(或其它轴承)49支撑绕轴线RB旋转的惰轮，轴承49位于致动器外壳14前端(远端18)。在该具体实例中，驱动带轮和惰轮的旋转轴线RA和RB定向成大体上彼此平行，且大体上垂直于致动器外壳14的纵向尺寸。
电机12旋转地耦接至驱动带轮总成46，例如成垂直安装构造，其中电机轴旋转轴线沿着驱动带轮旋转轴线(RA)对齐，如图3所示。驱动带轮总成46驱动连续带24沿着推进器或致动器10的纵向轴线CL在驱动带轮总成46与惰轮总成48之间移动。轭张紧器(或轭总成)50使惰轮总成48相对于驱动带轮总成46精确地轴向定位，给予连续驱动带24所需的张力负载。
除了伺服型电动机12，可利用步进电机、DC电机、AC电机和其它电机驱动系统12使驱动带轮总成46旋转。电机12也可安装成电机轴和电机旋转轴线横向定向，如所示，或相对于致动器外壳14的纵向轴线CL大体上平行定向(例如，使用变速箱或单独的带驱动装置将电机12耦接至驱动带轮总成14)。
连续驱动带24的合适材料包括金属强化聚合物和橡胶处理塑料，其中向内突出的齿配置成与驱动带轮总成46和惰轮总成48接合。替代地，连续驱动带24可设置成金属驱动链或基本光滑或无齿驱动带的形式。
图3示出了处于收回位置的输出杆20。在该位置，连续带24受驱动将活塞耦接件30定位在相对于致动器外壳14的远端18大体为近侧的方向，即，朝向位于致动器10的后(近)端17的驱动带轮26，且远离位于前(远)端18的惰轮28。输出杆20与活塞耦接件30接合，以便位于远端22的工具或工件朝致动器外壳14的前部收回。
电机12旋转地耦接至驱动带轮总成46，并配置成使驱动带24响应于带轮总成46的旋转而选择性地沿着纵向轴线CL定位驱动构件30。驱动构件30耦接至带24的上部或下部，并设置成与致动器外壳14的内表面往复接合。
例如，活塞式驱动构件30可沿着致动器外壳14的纵向轴线CL设置在带驱动装置24周围，如图3所示。在该设计中，输出杆20可设置成相对于纵向轴线CL大体上平行于并偏离带驱动装置24，如图4所示。
图4是致动器系统10的侧面剖切视图，示出了处于延伸位置的输出杆20。在该位置，连续带24受驱动将耦接件30定位在相对于致动器外壳14的近端17大体为远侧的方向；即，朝向位于致动器10的前(远)端18的惰轮28，且远离位于后(近)端17的驱动带轮26。工具接合部38受驱动离开致动器外壳14的前部，到达处于输出杆20的远端22的延伸位置，与位于近端21的耦合件30相对。
一般而言，连续带24作为线性正时带或正时链由电动机12驱动在驱动带轮26与惰轮28之间操作。更具体地，驱动带24配置成沿着致动器外壳14的纵向轴线CL将活塞耦接件30定位在位于外壳14的近端17的驱动带轮26与位于远端18的惰轮28之间。活塞耦接件30附接至轴偏离输出杆20，输出杆20随活塞耦接件30一起来回移动。
因此，电动致动器系统10利用精确带驱动系统将螺杆驱动线性致动器和气动杆式气缸的功能结合。具体而言，可高速驱动正时带24将耦合件30精确地定位在致动器外壳14内，以往复形式使位于推进杆(或输出杆)20的远端22的工具接合部38相对于外壳14前部延伸至一个或多个延伸位置，然后使工具接合部38返回至一个或多个收回位置。因此，带驱动致动器系统10不仅模拟气动装置的高速功能，而且还提供螺杆式线性致动器的精确位置控制特征。
致动器系统10操作时，活塞耦接件或其它驱动构件30设置成沿着纵向轴线CL往复地在致动器外壳14内接合。输出杆20耦接至位于外壳14内的第一(内)端21的驱动构件30，并延伸至外壳14外部与第一端21相对的第二(外)端22。带驱动装置24耦接至外壳14内的驱动构件30，并配置成沿着(或邻近)纵向轴线CL选择性地定位驱动构件30和输出杆20的第一端21。因此，输出杆20的第二端22响应于驱动构件30沿着轴线CL在外壳14内的往复运动而相对于前端18被选择性地定位在外壳14外部。
更具体地，致动器系统10可配置成以至少80英寸/秒(即，线速度为200厘米/秒或更高)的速度定位输出杆20。由于动力螺杆通常以较低的最大线速度达到其临界(旋转)速度，因此导螺杆和滚珠螺杆致动器不易配置成做此形式的运动。即，典型的螺杆驱动致动器无法足够快地旋转，从而无法实现所需的线速度。另一方面，气动致动器需要压缩空气源，且就定位输出杆(例如，定位在最远延伸位置与最大收回位置之间的中间位置)而言，无法提供相同的精度。
根据应用，带驱动系统可包括正时带24，正时带24耦接至驱动带轮26与惰轮28之间的驱动构件30，其每一个均例如沿着纵向轴线CL设置在致动器外壳14内，如图4所示。致动器10的正时带驱动构造无需压缩空气源，且在沿着输出杆20运动范围的任意线性位置提供相同精度。带驱动线性致动器10对临界转速的敏感性低于传统的螺杆式系统，从而允许以明显更高的线速度驱动输出杆20。通过在活塞30处将输出杆20耦接至正时带24，输出杆20可因此延伸和收回从而以相似方式将工件或工具接合部38定位至气压缸杆，但是是在轻型“无空气”(电驱动)高速精确线性致动器系统10中如此。带驱动电动致动器10还提供很高的线速度，对旋转动力螺杆构造无临界转速限制，且不需要压缩空气源，如在传统气压缸装置中那样。
图5是致动器系统10的详细视图，示出了输出杆20与驱动带24之间的活塞式耦合件30。如图5所示，致动器系统10利用缸体形管式外壳14来容纳配置成将带24耦接至输出杆20的配合活塞耦接件30。输出杆20的近端定位在活塞耦接件30上的轴向孔内，并使用螺钉或其它机械杆附接件32附接。
与典型的气动活塞致动器相比，输出杆20在致动器外壳14内设置成偏离构造，其中杆轴线A定位成平行于且径向偏离中心线CL。在图5中的特定构造中，输出杆20设置在正时带24上方，其中杆轴线A定位在致动器外壳14的内表面与正时带24的顶部部分24A之间，正时带24的顶部部分24A与底部部分24B相对。替代地，输出杆20可定位成杆轴线A位于正时带24的任一侧、位于下方，或位于正时带24一侧的上方或下方。
在轴偏离致动器构造中，输出杆20在致动器外壳14内偏离，沿着纵向轴线CL大体上与驱动带24平行并与其隔开。驱动带24可设置为具有向内突出的齿25的正时带的形式，齿25配置成与驱动带轮26和惰轮28二者或其中之一上的互补链轮齿结构接合。带夹持装置34可配置成例如通过使顶部部分24A上的向内突出齿25与输出杆20接合，而将活塞30附接至正时带24，其中输出杆20设置在带24上方并相对于致动器外壳14的中心线CL成轴偏离关系。
利用滑动耐磨环36使活塞耦接件30与缸体形管或外壳14的内表面紧密适配，并使用正时带(或驱动装置)24驱动活塞耦接件30在致动器缸或外壳14内往复地移动通过其移行长度。推进杆(或输出杆)20相对于外壳14和活塞耦接件30的中心线CL轴偏离紧固，其中杆轴线A位于驱动带24之上，如上所述。
该构造提供了经由带夹持装置34或其它机械附接件将正时带24附接至活塞耦接件30的空间。例如，带夹持装置34可配置成使正时带24上的一个或多个向内突出的齿或其它特征部25(以活塞30的主运动轴线为中心)沿着活塞30和致动器外壳14的中心线CL接合。
在该特定设计中，致动器系统10利用“环形”正时带24可使用成块带材料来形成其它构造，例如将带材料的端部在带夹持装置34处或在活塞耦接件30内(或在沿着正时带24的顶部部分24A或底部部分24B的其它位置处)连接在一起。类似地，带24可成齿状或光滑，带夹持装置或耦合件34相应地进行构造。带24还可包含其它正时特征部，例如光或电磁特征部。
图6是示出致动器系统10的远(或前)端18的详细视图，远(或前)端18包括惰轮28和轴承或套管40，轴承或套管40设置在输出杆20周围，在第二(外)端22附近与输出杆20滑动接合。如图6所示，致动器外壳14的前端盖(或头部)56包括同样轴偏离的杆套管40，杆套管40配置成支撑输出杆20沿着延伸穿过端盖56的轴线A滑动接合。杆套管40和端盖56在致动器10往复运动期间为输出杆20提供支撑和引导，与位于近端的活塞耦接件提供的支撑互补(参见图5)。
致动器外壳14的前端盖或头部56还容纳沿着致动器外壳14的活塞轴线或中心线CL设置在惰轮28周围的轭张紧器总成50。轭总成50包括位于驱动带24任一侧的前板58和臂60，以支撑惰轮28绕滚针轴承49旋转。轭总成50还可包括螺钉调整机构或其它张力机构62来沿着致动器外壳14的中心线CL精确地定位惰轮28并沿着正时带24提供所需的张力。
轭件(或轭总成)50具有至少一个配置成旋转地支撑惰轮28的臂60，并可选择性地沿着轴线CL定位以张紧驱动带轮26与惰轮28之间的驱动带24。例如，轭件50可包括前板58，前板58可相对于前端盖56选择性地沿着轴线CL定位。在该特定构造中，两个臂60从前板58沿着纵向轴线CL延伸，以旋转地支撑任一侧的的惰轮56。
在这些各种实例中，致动器系统10包括输出杆20，输出杆20的一端(内端)21耦接至设置在致动器外壳或缸体14内的带驱动活塞耦接件30。驱动带24配置成迫使或驱动活塞耦接件30沿着致动器外壳14的纵向轴线或中心线CL往复运动，以便输出杆20的另一端(外端)22可相对于致动器外壳14的前端18在轴向方向上选择性地定位在端盖56外部。
替代地，致动器系统10包括设置在致动器外壳14内的活塞30。驱动带24配置成迫使或驱动活塞30沿着外壳14的纵向轴线CL往复运动。输出杆20的一端21耦接至活塞30，其另一相对端22可根据活塞30沿着中心线CL的往复运动选择性地定位在外壳14前端外部。驱动带24可耦接在位于外壳14的后端17的驱动带轮26与位于前端18的惰轮28之间，例如其中惰轮28定位成沿着纵向轴线CL与驱动带轮26相对。
轭件(或轭总成)50可配置有至少一个臂60，该至少一个臂60旋转地支撑处于沿着致动器外壳14的纵向轴线CL选择的位置的惰轮26，以便为驱动带轮26与惰轮28之间的驱动带24提供所需张力。例如，轭件50可包括前板58，前板58可相对于位于致动器外壳14的前端18的端盖56经由螺钉或其它调整机构62选择性地定位。两个相对的臂60可从致动器外壳14内的前板58延伸，支撑在沿着纵向轴线CL选择的位置处旋转的惰轮28。
图7是示出致动器系统10的近(后)端17的详细视图，近(后)端17包括电机12、电机安装件16和驱动带轮26。如图7所示，线性致动器装置10的驱动或电机端(近端17)容纳电机12的安装结构16，该安装结构16经由电机轴(或输出轴)64旋转地耦接至驱动带轮26，沿着驱动带轮26和电机12的共旋轴线RA延伸。
也可使用步进电机、DC电机、伺服电机或其它电动机12，例如经由位于外壳14的后端17的电机安装件16耦接至致动器外壳14。在横向安装构造中，如本文所述，电机轴64可直接耦接至驱动带轮26，以便电机12、驱动带轮26和惰轮28的旋转轴线均大体平行，每一个旋转轴线设置成大体上横向于或垂直于致动器外壳14的纵向轴线CL。
例如，电机12可沿着电机轴线RA旋转地耦接至驱动带轮26，电机轴线RA基本上横向于外壳14的纵向轴线。轴承(例如，球轴承)44支撑驱动带轮26绕驱动带轮轴线RA旋转，例如使用裂开式孔和夹持或锁环65将驱动带轮轴68与电机轴64耦接。可使用横向或径向销70或相似机构旋转地锁定驱动带轮26和轮轴68。
对驱动带轮26和正时带24的位置进行了精确控制，以使输出杆在相对于致动器外壳14的纵向方向上延伸和收回，如上所述。例如，高速伺服电机12可包括位于电机外壳内的旋转编码器或控制器72，如图7所示，或可沿着电机轴64和轮轴68或在其端部设置相似的编码器或控制器。替代地，步进电动机12或DC电机的构造可采用配置成通过选择性地旋转驱动带轮26来驱动正时带24的单独编码器/控制器。
例如，可提供电动机12，通过将电机12旋转地耦接至驱动带轮26来驱动致动器系统10。然后，可提供电机控制器或编码器系统72，以基于电动机12的旋转位置将输出杆20的远端22选择性地定位在致动器外壳14的前端18外部。
本公开还包含根据本文的任何实例和实施方案来操作线性致动器系统10的方法。例如，可经由驱动带轮26将电动机12旋转地耦接至驱动带24，并使用编码器或其它电机控制器72控制电动机12，以基于电机12、驱动带轮26和/或惰轮28的旋转位置选择性地定位输出杆20的远端22。
附加实例
示例性致动器系统包括具有纵向轴线的致动器外壳、沿着纵向轴线设置在致动器外壳内的活塞构件，和耦接至活塞构件的驱动带。驱动带配置成驱动活塞构件沿着纵向轴线往复运动，其中输出杆的第一端耦接至活塞构件，其第二端可响应于活塞构件在致动器外壳内的往复运动而选择性地被定位在致动器外壳外部。
在这些系统中，驱动带可耦接至位于致动器外壳后端的驱动带轮，外壳前端设有惰轮，惰轮沿着纵向轴线与驱动带轮相对。轭件可设有配置成旋转地支撑惰轮的至少一个臂，在这种情况下，轭件可沿着致动器外壳的纵向轴线选择性地定位以张紧驱动带轮与惰轮之间的驱动带。例如，轭件可具有前板和两个臂，前板可相对于致动器外壳的前端选择性地定位，两个臂沿着纵向轴线延伸以旋转地支撑两个臂之间的惰轮。
附加特征部可包括旋转地耦接至驱动带轮的电动机和配置成使电机选择性地旋转的电机控制器，其中输出杆的第二端基于该选择性旋转定位在致动器外壳外部。合适的电机包括例如横向地安装至致动器外壳后端的步进电机，DC电机或伺服电动机，其中电动机、驱动带轮和惰轮的旋转轴线均设置成大体上横向于致动器外壳的纵向轴线。
输出杆可轴偏离地设置在致动器外壳内，其沿着纵向轴线大体上平行于驱动带并与驱动带隔开。驱动带可包括例如配置成与驱动带轮接合的多个伸出齿，并具有配置成通过与伸出齿的一个或多个接合将活塞构件附接在驱动带周围的夹持附接件。
活塞构件也可沿着致动器外壳的纵向轴线设置在驱动带周围，并配置成与外壳内表面往复接合。在致动器外壳为缸体或具有剖面大体为圆形或卵形的缸体或椭圆形孔的情况下，活塞构件可设置在纵向轴线周围，其中一个或多个耐磨构件或环以滑动接合的方式设置在活塞构件与致动器外壳的内表面之间。致动器外壳的前端还可设置以滑动接合的方式设置在输出杆远端周围的套管。
线性致动器设备还可具有驱动构件，驱动构件以往复接合的方式沿着纵向轴线设置在外壳内。输出杆的第一端耦接至驱动构件且位于外壳内，其(与第一端相对的)第二端可定位在外壳之外。带驱动装置配置成沿着纵向轴线选择性地将驱动构件定位在外壳内，其中带驱动装置设置在外壳内并耦接至驱动构件，以便输出杆的第二端选择性地定位在外壳外部(之外)。
合适的带驱动装置包括正时带，正时带耦接至驱动构件，例如位于沿着纵向轴线设置在外壳内的驱动带轮与惰轮之间。电机可旋转地耦接至驱动带轮，并配置成通过其旋转选择性地沿着纵向轴线定位驱动构件。在电机沿着电机轴线旋转地耦接至驱动带轮的情况下，轴线可基本横向(垂直或正交)于，或基本上沿着(平行于)外壳的纵向轴线。
合适的驱动构件包括活塞，活塞耦接至带驱动装置的上部或下部部分，并且在例如活塞构件沿着外壳的纵向轴线设置在带驱动装置周围的情况下，设置成与外壳的内表面往复接合。输出杆可大体上平行于并偏离带驱动装置(例如，相对于纵向轴线)，其中输出杆周围设置有套管，套管在第二端附近与输出杆滑动接合。
操作这种致动器系统或设备的方法包括支撑输出杆在致动器外壳内滑动接合，其中输出杆的第一端附接至驱动构件，其(与第一端相对的)第二端可选择性地定位在致动器外壳外部。附加方法步骤包括将驱动构件定位在致动器外壳内使其沿着纵向轴线往复运动，并利用带驱动系统(例如利用沿着纵向轴线设置在外壳内的驱动带轮与惰轮之间的正时带)选择性地控制往复运动。
在驱动构件耦接至驱动带轮与惰轮之间的正时带的情况下，可基于驱动带轮的旋转位置选择性地定位输出杆的第二端。在驱动构件包括活塞的情况下，其中活塞设置在正时带周围并耦接至其上部或下部部分，该方法可包括将活塞定位成与致动器外壳的内表面往复滑动接合。该方法还可包括支撑输出杆在第二端处或第二端附近滑动接合，使其平行于并偏离致动器外壳的纵向轴线。
虽然已参考某些示例性实施方案描述了本发明，但是本领域中的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下可进行各种改变，并可用等同物替代。在不脱离本发明的实质范围的情况下，也可进行修改以使本发明的教导适应特定问题技术、材料、和应用。因此，本发明不限于本文公开的具体实例，而是包含落入所附权利要求范围内的所有实施方案。

Claims (14)

1.一种致动器系统，包括：
致动器外壳，具有纵向轴线；
活塞构件，沿着所述纵向轴线设置在所述致动器外壳内；
驱动带，耦接至所述活塞构件，所述驱动带配置成驱动所述活塞构件沿着所述纵向轴线往复运动；
输出杆，具有耦接至所述活塞构件的第一端，以及与所述第一端相对的第二端，其中，所述输出杆经由所述活塞构件耦接至所述驱动带，通过利用机械耦接件使所述第一端坐落入所述活塞构件的上部部分的轴向腔内来实现，并且其中，所述输出杆设置在所述驱动带的上方，其中所述输出杆的纵向轴线定位在所述致动器外壳的内表面与所述驱动带的顶部部分之间，贯穿所述致动器外壳的纵向轴线所述驱动带的顶部部分与所述驱动带的底部部分相对；
一个或多个耐磨构件或环，以滑动接合的方式设置在所述活塞构件与所述致动器外壳的内表面之间；以及
套管，以滑动接合的方式设置在所述致动器外壳的前端中的所述输出杆的第二端周围；
其中，所述输出杆的第二端响应于所述活塞构件在所述致动器外壳内的往复运动而能选择性地定位在所述致动器外壳的外部；并且
夹持附接件配置成将所述驱动带夹持至所述活塞构件，其中，所述夹持附接件将所述驱动带在所述活塞构件的本体内夹持至所述活塞构件的内表面，并且其中，所述夹持附接件设置在所述输出杆的纵向轴线和所述致动器外壳的纵向轴线之间，其中，所述驱动带包括配置成与所述驱动带轮接合的多个伸出齿，所述驱动带进一步包括所述夹持附接件，该夹持附接件配置成通过与所述伸出齿的一个或多个接合而将所述活塞构件绕所述驱动带附接。
2.根据权利要求1所述的致动器系统，其中，所述驱动带耦接至位于所述致动器外壳的后端的所述驱动带轮和位于所述致动器外壳的所述前端的惰轮，所述惰轮设置成沿着所述纵向轴线与所述驱动带轮相对，所述致动器系统进一步包括轭件，所述轭件具有配置成旋转地支撑所述惰轮的至少一个臂，其中，所述轭件沿着所述致动器外壳的所述纵向轴线能选择性地定位，以张紧所述驱动带轮与所述惰轮之间的所述驱动带。
3.根据权利要求2所述的致动器系统，其中，所述轭件包括：前板，相对于所述致动器外壳的前端能选择性地定位；以及两个臂，该两个臂沿着所述纵向轴线延伸以旋转地支撑在这两个臂之间的所述惰轮。
4.根据权利要求2所述的致动器系统，进一步包括：
电动机，旋转地耦接至所述驱动带轮；以及
电机控制器，配置成使所述电动机选择性旋转；
其中，所述输出杆的第二端响应于该选择性旋转而被定位在所述致动器外壳的外部。
5.根据权利要求4所述的致动器系统，其中：
所述电动机包括在所述致动器外壳的后端中横向安装至所述致动器外壳的步进电机、DC电机或伺服电动机；且
其中，所述电动机、所述驱动带轮和所述惰轮的旋转轴线均设置成大体横向于所述致动器外壳的所述纵向轴线。
6.根据权利要求1所述的致动器系统，其中，所述输出杆能轴偏离地设置在所述致动器外壳内，沿着所述纵向轴线大体上平行于所述驱动带并与所述驱动带隔开。
7.根据权利要求1所述的致动器系统，其中，所述活塞构件沿着所述致动器外壳的所述纵向轴线设置在所述驱动带周围，并进一步配置成与所述致动器外壳的内表面往复接合。
8.根据权利要求1所述的致动器系统，其中，所述致动器外壳包括剖面基本为圆形的缸体或缸体形孔，且所述活塞构件围绕所述致动器外壳的所述纵向轴线设置。
9.一种线性致动器，包括：
外壳，具有纵向轴线；
驱动构件，在所述外壳内往复接合并沿着所述外壳的所述纵向轴线设置；
输出杆，具有耦接至所述驱动构件且位于所述外壳内的第一端，以及与所述第一端相对的第二端，该第二端能定位在所述外壳的外部；
带驱动装置，配置成在所述外壳内沿着所述纵向轴线选择性地定位所述驱动构件，其中，所述带驱动装置设置在所述外壳内并耦接至所述驱动构件，使得所述输出杆的第二端选择性地定位在所述外壳的外部，并且其中，所述带驱动装置包括正时带，该正时带耦接至所述驱动构件，所述驱动构件沿着所述纵向轴线并且在设置在所述外壳内的驱动带轮与惰轮之间；
一个或多个耐磨构件或环，以滑动接合的方式设置在所述驱动构件与所述外壳的内表面之间，并且其中，所述驱动构件包括活塞构件，该活塞构件耦接至所述带驱动装置的上部部分或下部部分并设置成与所述外壳的内表面往复接合，其中，所述活塞构件沿着所述外壳的所述纵向轴线设置在所述带驱动装置周围，并且其中，所述输出杆经由所述活塞构件耦接至所述带驱动装置，通过利用机械耦接件使所述第一端坐落入所述活塞构件的上部部分的轴向腔内来实现；
套管，设置在所述输出杆周围并在所述第二端附近与所述输出杆滑动地接合；以及
夹持附接件，配置成将所述正时带夹持至所述驱动构件，其中，所述夹持附接件将所述正时带在所述驱动构件的本体内夹持至所述驱动构件的内表面，其中，所述夹持附接件设置在所述输出杆的纵向轴线和所述外壳的纵向轴线之间，其中，所述正时带包括配置成与所述驱动带轮接合的多个伸出齿，所述正时带进一步包括所述夹持附接件，该夹持附接件配置成通过与所述伸出齿的一个或多个接合而将所述活塞构件绕所述正时带附接；
其中，所述输出杆经由所述驱动构件耦接至所述正时带，所述输出杆设置在所述正时带的上方，其中，所述输出杆的纵向轴线定位在所述外壳的内表面与所述带驱动装置的顶部部分之间，贯穿所述外壳的纵向轴线所述带驱动装置的顶部部分与所述带驱动装置的底部部分相对。
10.根据权利要求9所述的线性致动器，其中，所述线性致动器进一步包括电机，该电机旋转地耦接至驱动带轮并配置成通过所述电机的旋转而选择性地沿着所述纵向轴线定位所述驱动构件，其中，所述电机沿着电机轴线旋转地耦接至所述驱动带轮，该电机轴线基本上横向于所述外壳的所述纵向轴线。
11.根据权利要求9所述的线性致动器，其中，所述输出杆相对于所述外壳的所述纵向轴线大体上平行于所述正时带并偏离所述正时带。
12.一种操作线性致动器的方法，包括：
支撑滑动地接合在致动器外壳内的输出杆，其中，所述输出杆包括耦接至驱动构件的第一端以及能选择性地定位在所述致动器外壳的外部的第二端，所述第二端与所述第一端相对；
将所述驱动构件定位成在所述致动器外壳内沿着所述致动器外壳的纵向轴线往复运动；以及
利用带驱动系统选择性地控制所述驱动构件的往复运动，所述带驱动系统包括正时带，该正时带沿着所述纵向轴线设置在所述致动器外壳内的驱动带轮与惰轮之间；
其中，所述驱动构件耦接至所述驱动带轮与所述惰轮之间的所述正时带，使得基于所述驱动带轮的旋转位置能选择性地定位所述输出杆的第二端，
其中，所述驱动构件包括设置在所述正时带周围、并耦接至所述正时带的上部部分或下部部分的活塞，并且具有带夹持装置，所述带夹持装置在所述活塞的本体内夹持至所述活塞的内表面，所述带夹持装置设置在所述输出杆的纵向轴线和所述致动器外壳的纵向轴线之间；
其中，所述线性致动器包括：一个或多个耐磨环或另外滑动接合构件，定位在所述活塞的外表面与所述致动器外壳的内表面之间；并且
所述方法进一步包括：在所述驱动系统中利用的齿状正时带与向内伸出或向外伸出的多个齿构造为与所述带夹持装置上的互补特征部接合，所述带夹持装置机械紧固至耦接构件的本体或紧固在耦接构件的本体内，以将所述驱动带的顶上部附接至所述耦接构件的内表面；
其中，所述输出杆经由所述活塞耦接至所述正时带，并且所述输出杆设置在所述正时带的上方，其中所述输出杆的纵向轴线定位在所述致动器外壳的内表面与所述正时带的顶部部分之间，贯穿所述致动器外壳的纵向轴线所述正时带的顶部部分与所述正时带的底部部分相对，
所述方法进一步包括：
将所述活塞定位成与所述致动器外壳的内表面往复滑动地接合，其中，一个或多个耐磨环或另外滑动接合构件设置在所述活塞的外表面与所述致动器外壳的内表面之间，以及
支撑所述输出杆在所述第二端附近滑动地接合，使所述输出杆平行于所述致动器外壳的所述纵向轴线并偏离所述致动器外壳的所述纵向轴线。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述带驱动系统包括正时带，该正时带耦接至所述驱动构件，所述驱动构件沿着所述纵向轴线并且在设置在所述外壳内的驱动带轮与惰轮之间，并且所述带驱动系统进一步包括电机，所述电机沿着电机轴线旋转地耦接至所述驱动带轮并构造为选择性地使所述驱动构件往复运动，该电机轴线基本上横向于所述致动器外壳的所述纵向轴线。
14.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：滑动所述一个或多个耐磨环或另外接合构件，所述一个或多个耐磨环或另外接合构件设置在所述活塞的外半径或外表面与所述致动器外壳的内半径或内表面之间，适合用作所述滑动接合构件的材料包括：耐用聚合物、金属或复合材料，选用这些材料是为了在所述活塞与所述致动器外壳的内表面之间提供滑动接合。
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