CN107677298B - 一种空间螺旋运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间螺旋运动装置，包括基台和控制机箱，还包括直线位移模组，直线位移模组的一侧设置有第一电源控制线，通过控制机箱设定的程序实现装置的直线往复运动；置于直线位移模组上方的旋转机构，随直线位移模组直线往复运动，旋转机构上设置有第二电源控制线，通过控制机箱设定的程序实现装置的旋转运动；直线位移模组的运动方向与所述旋转机构的轴向平行，当旋转机构随直线位移模组直线往复运动时，旋转机构同时实现装置的旋转运动，二者同时运动实现空间螺旋运动。本发明能够实现固定参数和不同参数的螺旋运动，柔性化程度高，驱动结构简单，采集数据精确，满足不同行业中，对不同运动参数的螺旋运动装置的需求。

Description

一种空间螺旋运动装置

技术领域

本发明涉及螺旋运动装置技术领域，具体涉及一种空间螺旋运动装置。

背景技术

在机械制造及检测领域中，经常需要用到同时进行旋转运动与直线运动复合的运动装置，比如加工螺纹，螺纹参数检测以及其他的一些工作中，均使用到旋转运动与直线运动复合的运动装置，目前，实现复合运动的机构装置，都是靠机械传动的方式实现的，从电机到执行机构中间大都采用中间传动件(如皮带，齿轮，丝杠等)，各传动件之间在装配时会带来一定的传动误差，不但存在结构复杂，成本较高，故障率较高的缺陷，同时，这种复合运动装置，运动参数一般是固定不变的，只能够实现一种或少数几种的运动参数的运动，其柔性化程度较低，一旦运动参数改变，则必须重新设计制造新的传动件，所以，不但使用麻烦，同时也影响到生产及检测的周期。

发明内容

本发明是针对现有技术中螺旋运动装置运动参数固定不变、柔性化程度低，驱动结构复杂的问题，提供一种空间螺旋运动装置，通过该装置能实现任意旋转运动与直线运动相复合，通过设定不同的程序精确控制直线运动和旋转运动的速度比，实现不同运动参数的螺旋运动，柔性化程度高，同时采用电机直接驱动技术，避免了传动误差，可实现不同速度的一维直线运动或者旋转运动，也可同时实现不同速度的直线运动和旋转运动的复合，即空间螺旋运动。

本发明解决技术问题所采用的技术方案为：

一种空间螺旋运动装置，包括基台和设置于基台一侧的控制机箱，还包括固定安装在基台上的直线位移模组，所述直线位移模组的一侧设置有与控制机箱对应接口连接的第一电源控制线，直线位移模组通过控制机箱设定的程序实现装置的直线往复运动；

置于直线位移模组上方的旋转机构，所述旋转机构随直线位移模组直线往复运动，旋转机构上设置有与控制机箱对应接口连接的第二电源控制线，所述旋转机构通过控制机箱设定的程序实现装置的旋转运动；

所述直线位移模组的运动方向与所述旋转机构的轴向平行，当旋转机构随直线位移模组直线往复运动时，所述旋转机构通过控制机箱驱动实现装置的旋转运动，二者同时运动实现空间螺旋运动。

优选的，所述直线位移模组包括设置于侧边的滑轨和滑块，直线位移模组内还设置有直线电机，所述滑块置于滑轨上并通过直线电机驱动沿滑轨做往复直线运动。通过滑块在滑轨上的运动实现装置的直线往复运动。

优选的，所述旋转机构包括沿直线位移模组运动方向依次设置的旋转电机安装座、固定安装在旋转电机安装座上的直接驱动旋转电机、安装在直接驱动旋转电机上的法兰盘和安装在法兰盘上的三爪卡盘，所述旋转机构通过旋转电机安装座与所述直线位移模组的滑块固定连接，通过滑块实现旋转机构的直线运动。通过直接驱动旋转电机实现装置的旋转运动，又将旋转机构安装在直线位移模组的滑块上，二者同时运动即可实现空间螺旋运动。

优选的，所述控制机箱内设置有旋转电机驱动器、直线电机驱动器和测量控制器，用于操控直接驱动旋转电机和直线位移模组的旋转和直线运动，完成空间螺旋运动。通过在控制机箱内设定不同的程序，能精确控制直线位移模组或直接驱动旋转电机的速度，可实现一维的直线运动或旋转运动，也可精确控制直线位移模组和直接驱动旋转电机的速度比，实现固定参数或不同参数的螺旋运动。

优选的，所述直接驱动旋转电机内设置有旋转编码器，用于输出旋转脉冲和旋转角度。可随时采集旋转信息。

优选的，所述法兰盘的锥面上还设置有圆光栅，所述圆光栅介于法兰盘和三爪卡盘之间。设置圆光栅能更精确的反应旋转机构的旋转脉冲和角度。

优选的，所述旋转电机安装座上还固定连接有支撑板，支撑板上设置光栅读数头，用于读取圆光栅的旋转脉冲和旋转角度。

优选的，所述直线位移模组的滑轨相对于直线运动方向对称设置。对称设置滑轨确保旋转机构在直线位移模组上平稳运动。

优选的，所述直线位移模组的两端还设置有用于限制最高和最低行程的行程限位开关。限制直线运动的位移量，防止旋转机构沿直线位移模组直线运动时碰撞防尘外壳，损坏装置。

优选的，所述基台上还固定安装有防尘外壳，防尘外壳的上部设置有缺口，所述旋转机构在该缺口内往复直线运动。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

(1)运动参数变化，柔性化程度高，该装置的旋转运动与直线运动的运动参数通过控制机箱设定不同的程序进行控制，实现不同速度比的空间螺旋运动，可满足机械制造行业，检测行业以及其他行业中，对不同运动参数的螺旋运动装置的需求；

(2)驱动结构简单，直线位移模组和直接驱动旋转电机均采用直接驱动技术，取消了从电机到工作台之间的机械传动环节，如皮带，齿轮，丝杆，变速箱等，把传动链缩短为零，在避免传动误差的同时，减小了噪声，提升了系统传动刚度和系统的响应性能；

(3)采集数据精确，通过设置在法兰盘上的圆光栅，能更精确的反应旋转机构的旋转脉冲和旋转角度，满足了该装置在机械制造和检测领域中对高精度多自由度运动的需求。

(4)本发明与其他多维运动平台相比，具有结构简单，精度高，制造加工成本低廉，易装配等优点。

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的控制系统图；

图3是本发明中直线位移模组的滑块与滑轨的安装示意图；

图4是本发明中直线位移模组的滑块与旋转电机安装座的安装示意图；附图标记

1、基台；2、防尘外壳；3、直线位移模组；4、工件；5、旋转电机安装座；6、旋转电机；7、光栅读数头；8、圆光栅；9、法兰盘；10、三爪卡盘；11、第二电源控制线；12、第一电源控制线；13、控制机箱；14、滑轨；15滑块；16、直线电机；17、直线轴承；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

如附图1所示，一种空间螺旋运动装置，包括基台1和设置于基台1一侧的控制机箱13，还包括固定安装在基台1上的直线位移模组3，直线位移模组3的一侧连接有与控制机箱13对应接口连接的第一电源控制线12，直线位移模组3通过控制机箱13设定的程序实现装置的直线往复运动；

置于直线位移模组3上方的旋转机构，旋转机构随直线位移模组3直线往复运动，旋转机构上连接有与控制机箱13对应接口连接的第二电源控制线11，所述旋转机构通过控制机箱13设定的程序实现装置的旋转运动；

所述直线位移模组3的运动方向与所述旋转机构的轴向平行，当旋转机构随直线位移模组3直线往复运动时，旋转机构通过控制机箱13驱动实现装置的旋转运动，二者同时运动实现空间螺旋运动。

在本实施例中，直线位移模组3通过螺钉固定安装在基台1上，基台采用花岗岩材料制成。直线位移模组3包括滑轨14和滑块15，所述滑轨14相对于直线运动方向对称设置，保证旋转机构在直线位移模组3上平稳运动；在滑轨14与滑块15之间还设置有直线轴承17，用于承受滑块15上的重力，保证滑块15沿滑轨14形成直线运动。直线位移模组3内还设置有直线电机16，所述滑块15与直线电机16连接，滑块15置于滑轨14上并通过直线电机16驱动沿滑轨14做往复直线运动。

在本实施例中，所述旋转机构包括沿直线位移模组3运动方向依次设置的旋转电机安装座5、固定安装在旋转电机安装座5侧壁上的直接驱动旋转电机6、安装在直接驱动旋转电机6上的法兰盘9和安装在法兰盘9上的三爪卡盘10，三爪卡盘10用于夹持工件4，将上述各件依次组装固定后，通过旋转电机安装座5与直线位移模组的滑块15用螺栓紧固连接，通过滑块15带动旋转机构做直线运动，即把旋转运动复合在直线运动上，二者同时运动即可实现空间螺旋运动；

在将法兰盘9安装在直接驱动旋转电机6上时、需使用千分表测量其径向跳动，使其跳动量达到最小，同理在将三爪卡盘10安装在法兰盘9上时，也需要使用千分表测量其径向跳动，使其跳动量达到最小，保证整个装置的运动精度。

为采集旋转信息，在所述直接驱动旋转电机6内还设置有旋转编码器，用于输出旋转脉冲和旋转角度；也可以采用在法兰盘9的锥面上安装圆光栅8的方式采集旋转信息，圆光栅8位于法兰盘9和三爪卡盘10之间，采用圆光栅能更精确的反应旋转机构的旋转脉冲和角度。

为便于读取圆光栅的旋转脉冲和旋转角度，在旋转电机安装座5上还固定连接有支撑板，支撑板上设置光栅读数头7。

如图2所示，所述控制机箱13内设置有旋转电机驱动器、直线电机驱动器和测量控制器，分别通过第一电源控制线12和第二电源控制线11操控直线位移模组3和直接驱动旋转电机6的直线和旋转运动，完成空间螺旋运动。通过在控制机箱内设定不同的程序，能精确控制直线位移模组或直接驱动旋转电机的速度，可实现一维的直线运动或旋转运动，也可精确控制直线位移模组和直接驱动旋转电机的速度比，实现固定参数或不同参数的螺旋运动。

如图1所示，为防止旋转机构沿直线位移模组直线运动时碰撞防尘外壳，损坏装置，在所述直线位移模组3的两端还设置有用于限制最高和最低行程的行程限位开关，限制直线运动的位移量。

为防止灰尘落入直线位移模组内，影响直线运动的精度，在所述基台1上用螺钉固定安装有防尘外壳2，防尘外壳采用钣金件制作，当然也可采用其他材料制作，防尘外壳2的上部设置有缺口，旋转机构在该缺口内往复直线运动。

本发明通过控制程序精确控制装置的直线运动和旋转运动，即能够实现固定参数的螺旋运动，也可实现不同参数的螺旋运动，柔性化程度高，采用直接驱动方式取消了机械传动环节，避免了传动误差，满足机械制造行业，检测行业以及其他行业中，对不同运动参数的螺旋运动装置的需求。

Claims (9)

1.一种空间螺旋运动装置，包括基台和设置于基台一侧的控制机箱，其特征在于：还包括

直线位移模组，所述直线位移模组固定安装在基台上，直线位移模组的一侧设置有与控制机箱对应接口连接的第一电源控制线，所述直线位移模组通过控制机箱设定的程序实现装置的直线往复运动；

旋转机构，所述旋转机构置于直线位移模组的上方，并随直线位移模组直线往复运动，所述旋转机构上设置有与控制机箱对应接口连接的第二电源控制线，所述旋转机构通过控制机箱设定的程序实现装置的旋转运动；所述旋转机构包括沿直线位移模组运动方向依次设置的旋转电机安装座、固定安装在旋转电机安装座上的直接驱动旋转电机、安装在直接驱动旋转电机上的法兰盘和安装在法兰盘上的三爪卡盘，所述旋转机构通过旋转电机安装座与所述直线位移模组的滑块固定连接，通过滑块实现旋转机构的直线运动；

所述直线位移模组的运动方向与所述旋转机构的轴向平行，当旋转机构随直线位移模组直线往复运动时，所述旋转机构通过控制机箱驱动实现装置的旋转运动，二者同时运动实现空间螺旋运动。

2.根据权利要求1所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述直线位移模组包括设置于侧边的滑轨和滑块，直线位移模组内还设置有直线电机，所述滑块置于滑轨上并通过直线电机驱动沿滑轨做往复直线运动。

3.根据权利要求1所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述控制机箱内设置有旋转电机驱动器、直线电机驱动器和测量控制器，用于操控直接驱动旋转电机和直线位移模组的旋转和直线运动，完成空间螺旋运动。

4.根据权利要求1所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述直接驱动旋转电机内设置有旋转编码器，用于输出旋转脉冲和旋转角度。

5.根据权利要求1所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述法兰盘的锥面上还设置有圆光栅，所述圆光栅介于法兰盘和三爪卡盘之间。

6.根据权利要求1所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述旋转电机安装座上还固定连接有支撑板，支撑板上设置光栅读数头，用于读取圆光栅的旋转脉冲和旋转角度。

7.根据权利要求2所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述直线位移模组的滑轨相对于直线运动方向对称设置。

8.根据权利要求1-7任一所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述直线位移模组的两端还设置有用于限制最高和最低行程的行程限位开关。

9.根据权利要求8所述的一种空间螺旋运动装置，其特征在于：所述基台上还固定安装有防尘外壳，防尘外壳的上部设置有缺口，所述旋转机构在该缺口内往复直线运动。