CN109194024A - 一种高精度马达实现装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高精度马达实现装置及方法，通过在导轨上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件，并控制所述第一驱动部件先行启动，当滑块停止运动时设为起始位置，同时第二驱动部件开始启动，但转速扭矩低于第一驱动，使得第一驱动始终保持与滑块的接触状态，第一驱动和第二驱动同向不同力。返程时，第二驱动先行启动，滑块遇阻停止运动时设为返程起始点，由于第一驱动始终与滑块保持接触，且作为返程时的阻抗，因此返程起始位置和第一方向终点位置重合，在运动过程中，利用当前运动轨道的驱动及另一运动轨道的驱动部件阻抗消除本次运动轨道上的空回，从而克服了运动过程中出现的空回，从而实现马达的高精度控制。

Description

一种高精度马达实现装置及方法

技术领域

本发明涉及精密仪器制造技术领域，尤其涉及的是一种高精度马达实现装置及方法。

背景技术

高精度马达的价格昂贵，且其实现较为困难，如显微镜的载玻片的精度控制，一方面需要精密适配，例如马达驱动丝杆，丝杆带动滑块，滑块与丝杆之间的间隙需要精确适配，然而两者的配合存在余度，尤其是在高精度驱动的要求之下，滑块与丝杆适配余度要小，而另一方面，余度过小时又会造成驱动的紧张度过大，磨损容易严重，导致使用寿命受限，更增加了成本。

现有的丝杆与滑块的适配总存在40-50个丝（一个丝等于10微米）的配合宽裕度，因此，在对滑块的高精度控制中，理想的配合无间隙是很难达到的，这样在滑块向一侧驱动时，马达驱动的控制可以很精确，但在向相反方向控制时，就会发现滑块与丝杆的配合宽裕度是影响精度的严重问题：由于配合宽裕度的存在，导致滑块存在一定的空回现象，导致在对马达的精确控制中很难实现对滑块的位置精确控制。

在现有技术的去侧隙装置中，存在一种采用一侧或者采用双螺母上增加弹性件予以顶持滑块的做法（在运动时由弹簧压紧适配螺母与丝杆或其它传动件，保证滑块一直贴近一侧驱动，而消除空回现象），以实现高精度驱动马达的实现，但这种方式存在严重缺陷：由于马达驱动滑块的同时需要克服弹簧的顶持摩擦力工作，导致对马达的驱动力的选择要求要高，往往是未加弹簧时的3-5倍，前者在运动的过程中，载荷会变化，而且，运动的行程受到极大的限制。两者在日常工作中，马达的驱动能量损耗和机械损耗都比较严重，使用的时间越久，精度越差，特别容易损坏。马达对滑块的驱动过程中，滑块载荷不均衡，弹簧弹力容易损坏马达，因此无法满足长时间精准的需求。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于为用户提供一种高精度马达实现装置及方法，克服现有技术中马达在驱动滑块运动时由于存在空回现象导致滑块位置无法精确控制的缺陷。

本发明所公开的技术方案如下：

一种高精度马达实现装置，包括底座和导轨，其中，还包括：滑块；

设置在导轨上方的第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动滑块运动与第二驱动部件驱动滑块运动同向不同力，且所述第一驱动部件在驱动滑块运动到导轨的终点后，采用第一驱动部件提供阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块运动。

进一步的，所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上的第一丝杆和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨上的第二丝杆和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动所述第一丝杆运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动所述第二丝杆运动；

所述第一驱动电机带动第一丝杆运动与第二驱动电机驱动第二丝杆运动同向不同力。

可选的，所述第一丝杆与第二丝杆并排设置。

可选的，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别设置在第一丝杆和第二丝杆的两端；或者所述第一驱动电机和第二驱动电机均设置在第一丝杆和第二丝杆的同侧端。

可选的，还包括：设置在导轨上的齿条；

所述第一驱动部件包括：与所述滑块相连接的第一齿轮和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：与所述滑块相连接的第二齿轮和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条相啮合的第一齿轮运动，带动滑块运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮运动，带动滑块运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮运动与第二驱动电机驱动第二齿轮运动同向不同力。

可选的，所述装置还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨和右滑轨；所述左滑轨对应第一齿轮转动时滑块的运动轨道，所述右滑轨对应第二齿轮转动时滑块的运动轨道。

可选的，所述装置还包括：设置在滑块下方的齿条；

所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上方的第一齿轮和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨上方的第二齿轮和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条相啮合的第一齿轮运动，带动滑块运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮运动，带动滑块运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮运动与第二驱动电机驱动第二齿轮运动同向不同力。

可选的，所述装置还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨和右滑轨；所述左滑轨对应第一齿轮转动时滑块的运动轨道，所述右滑轨对应第二齿轮转动时滑块的运动轨道。

可选的，所述齿条、第一驱动电机和第二驱动电机均设置位于滑块的同一侧。

在上述马达实现装置的基础上，本发明还公开了一种高精度马达实现方法，其中，包括：

在导轨的上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件，并控制当马达处于第一工位时所述第一驱动部件驱动滑块运动与当马达处于第二工位时第二驱动部件驱动滑块运动同向不同力，以及所述第一驱动部件在驱动滑块运动到第一方向的终点后，采用第一驱动部件提供阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块在与第一方向相反的方向运动。

有益效果，本发明提供了一种高精度马达实现装置及方法，通过在导轨上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件，并控制所述第一驱动部件先行启动，当滑块停止运动时设为起始位置，同时第二驱动部件开始启动，但转速扭矩低于第一驱动，使得第一驱动始终保持与滑块的接触状态，第一驱动和第二驱动同向不同力。返程时，第二驱动先行启动，滑块遇阻停止运动时设为返程起始点，由于第一驱动始终与滑块保持接触，且作为返程时的阻抗，因此返程起始位置和第一方向终点位置重合，在运动过程中，利用当前运动轨道的驱动及另一运动轨道的驱动部件阻抗消除本次运动轨道上的空回，从而克服了运动过程中出现的空回，从而实现马达的高精度控制。

附图说明

图1是本发明所提供的第一实施例的高精度马达实现装置结构示意图；

图2是本发明所提供的第一实施例的装置爆炸图；

图3是本发明所提供的第二实施例的高精度马达实现装置的示意图；

图4是本发明所提供的第二实施例的装置爆炸图；

图5是本发明所提供的第三实施例的高精度马达实现装置的示意图；

图6是本发明所提供的第三实施例的装置爆炸图；

图7是本发明所述实现方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

由于现有技术中通常使用一个马达实现滑块来回位置的高精度控制，而由于驱动部件与滑块之间不可能完全的贴合，需要一定的配合度，因此导致来回的驱动过程中存在空回现象，通过精密适配提高位置控制的精确性，会导致非常高的费用，因此本发明为了实现提高控制精度又避免高费用，提供了一种高精度马达实现装置及方法。

本发明所公开的一种高精度马达实现装置，包括：底座和导轨，还包括：滑块；

设置在导轨上方的第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动滑块运动的方向与第二驱动部件驱动滑块运动的方向相同，且所述第一驱动部件在驱动滑块运动到第一方向的终点后，采用先由第一驱动部件提供阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块在与第一方向相反的方向运动。

由于滑块在一个方向的运动由特定的一个驱动部件实现，马达在控制滑块运动过程中，并不会发生来回运动的现象，而且通过本发明所公开的上述装置进行滑块的来回运动控制时，当第一驱动部件在驱动滑块运动到第一方向的终点后，先由第一驱动部件的阻抗及第二驱动部件驱动消除第一驱动部件驱动运动中产生的空回，然后再由第二驱动部件驱动滑块在与第一方向相反的方向运动，避免了滑块控制过程的产生的空回现象，而且上述方法实现方法简单，费用低。

具体的，所述第一驱动部件或者第二驱动可以是丝杆，也可以是其他的马达驱动方式，例如齿轮，链轮，皮带等，都可以实现这种高精度的马达驱动方式，当然更好的是采用超声波步进马达实现高精度控制，但是可以想到的是，为了实现对同一部件的来回驱动控制，第一驱动部件和第二驱动部件较佳的方式为选择使用同一种驱动方式，且两种驱动部件对称设置。

下面第一具体实施例以直线模组，也即当驱动部件中使用丝杆时的实现装置及其实现方法。

如图1所示，第一实施例所公开的马达实现装置包括：底座150和导轨140，还包括：滑块110；以及设置在导轨140上方的第一驱动部件和第二驱动部件；所述底座150为铝型材，导轨140为常用直线导轨，所述滑块110安装在丝杆螺母上，所述丝杆螺母设置在导轨上。

所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上的第一丝杆120和第一驱动电机60；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨上的第二丝杆130和第二驱动电机170；

所述第一驱动电机160，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动所述第一丝杆120运动；

所述第二驱动电机170，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动所述第二丝杆130运动；

所述第一驱动电机160带动第一丝杆运动120与第二驱动电机170驱动第二丝杆运动130同向不同力。

较佳的，为了实现等同的前后驱动效果，所述第一丝杆120与第二丝杆130并排设置。

可以想到的是，所述第一驱动电机160和第二驱动电机170分别设置在第一丝杆120和第二丝杆130的两端；或者所述第一驱动电机160和第二驱动电机170均设置在第一丝杆120和第二丝杆130的同侧端。也即是，第一驱动电机160和第二驱动电机170可以设置在丝杆的一个侧边也可以分别设置在第一丝杆120和第二丝杆的两端，只要满足控制第一丝杆运动的方向与第二丝杆运动的方向同向但不同力即可。

具体的，所述第一丝杆运动的方向与第二丝杆运动的方向同向但不同力的意思为：第一丝杆运动的方向与第二丝杆运动的方向是相同的，也即是在驱动滑块运动的过程中，两个驱动力的方向相同，但是驱动力的大小不同，当第一驱动部件驱动滑块在第一方向运动时，此时第一驱动部件的驱动力为主驱动力，第二驱动部件的驱动力为副驱动力，主驱动力大于副驱动，副驱动可以理解为可调负载。在实际工作负载较大时，亦可作为驱动使用。

具体的，如图2所示，为上述直线模组的爆炸图，其中第一丝杆和第二丝杆为并排设置，滑块包括：顶板、分别套设在第一丝杆和第二丝杆上的第一定位块和第二定位块，和分别套设在左滑轨和右滑轨上的第一固定块和第二固定块。从图2可以得到，其中第一定位块和第二定位块对称设置，第一固定块和第二固定块也对称设置，且顶板、第一定位块、第二定位块固定、第一固定块和第二固定块固定连接。第一驱动电机和第二驱动电机分别与第一丝杆和第二丝杆相连接。当需要将滑块向一个特定方向驱动时，可以设置使用两个驱动部件的其中一个，则滑块在第一丝杆或者第二丝杆的带动下运动，当需要将滑块向与所述特定方向相反的方向驱动时，则可以使用与另一个丝杆进行相反方向的驱动，从而两个方向的运动在不同的驱动部件下实现，且在第一滑动轨道转换到第二个滑动轨道运动之前，首先利用第一个驱动部件的阻抗及第二个驱动部件驱动消除第一驱动部件驱动运动中产生的空回，在第二个滑动轨道开启运动之前，在第二个滑动轨道精确定位后，再开始第二驱动部件的驱动运动，避免了使用同一个驱动部件驱动滑块来回运动时导致的空回。

如图3所示，本发明第二具体应用实施例中所公开的马达实现装置还包括：设置在导轨上的齿条22。

结合图4所示，所述第一驱动部件包括：与所述滑块21相连接的第一齿轮219和第一驱动电机212；

所述第二驱动部件包括：与所述滑块21相连接的第二齿轮217和第二驱动电机215；

所述第一驱动电机212，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条22相啮合的第一齿轮219运动，带动滑块21运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮217运动，带动滑块21运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮219运动与第二驱动电机215驱动第二齿轮217运动同向不同力。

可选的，所述装置还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨214和右滑轨218；所述左滑轨214对应第一齿轮219转动时滑块21的运动轨道，所述右滑轨218对应第二齿轮217转动时滑块21的运动轨道。

与上述第一实施例中的直线模组类似的，本第二实施例中采用齿轮的形式实现第一驱动部件和第二驱动部件对滑块的驱动控制。第一齿轮和第二齿轮分别对应一个驱动电机和一个滑轨，分别利用两个驱动部件实现控制滑块同向不同力，避免了同一个驱动部件需要来回运动引起的空回。

进一步的，本实施例中，将第一驱动电机和第二驱动电机设置在滑块21内，因此滑块还设置有外罩213和顶板211，第一驱动电机和第二驱动电机随着滑块的运动进行相应的运动。

结合图5和图6所示，本发明第三具体应用实施例中所公开的马达实现装置包括：底座360、导轨和滑块310；还包括：设置在滑块310下方的齿条370；

所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上方的第一齿轮350和第一驱动电机340；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨360上方的第二齿轮320和第二驱动电机330；

所述第一驱动电机340，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条370相啮合的第一齿轮350运动，带动滑块310运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮320运动，带动滑块310运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮350运动与第二驱动电机330驱动第二齿轮320运动同向不同力。所述装置还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨390和右滑轨380；所述左滑轨390对应第一齿轮350转动时滑块的运动轨道，所述右滑轨380对应第二齿轮320转动时滑块310的运动轨道。

具体的，所述第一驱动电机驱动第一齿轮运动的方向与第二驱动电机驱动第二齿轮运动的方向同向但不同力的意思为：第一驱动电机驱动第一齿轮运动带动滑块的方向与第二驱动电机驱动第二齿轮运动带动滑块运动的方向是相同的，也即是在驱动滑块运动的过程中，两个驱动力的方向相同，但是驱动力的大小不同，当第一驱动部件驱动滑块在第一方向运动时，此时第一驱动部件的驱动力为主驱动力，第二驱动部件的驱动力为副驱动力，主驱动力大于副驱动，副驱动可以理解为可调负载。在实际工作负载较大时，亦可作为驱动使用。

可选的，所述齿条370、第一驱动电机340和第二驱动电机330均设置位于滑块的同一侧。便于进行控制连接，可以想到的是，在驱动电机与齿轮之间还设置有安装板等配件。

在上述马达实现装置的基础上，本发明还公开了一种高精度马达装置的实现方法，如图7所示，包括：

步骤S1、在导轨的上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件；

步骤S2、控制当马达处于第一工位时所述第一驱动部件驱动滑块运动的方向与当马达处于第二工位时第二驱动部件驱动滑块运动的方向相反，以及所述第一驱动部件在驱动滑块运动到导轨的终点后，采用先第一驱动部件的阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块运动。

上述方法马达在进行滑块驱动控制时，由于锁止力矩（阻抗）大约是驱动力矩的3倍，同时，两个驱动电机的载荷采用并联，速度由两个电机来调配，力的调整可以动态调整，因此，充分利用锁止力矩（即停止状态阻止另一个马达的驱动动作状态），可以实现将马达空回消除，提高了马达控制驱动的精度。

本发明提供了一种高精度马达实现装置及方法，通过在导轨上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件，并控制所述第一驱动部件先行启动，当滑块停止运动时设为起始位置，同时第二驱动部件开始启动，但转速扭矩低于第一驱动，使得第一驱动始终保持与滑块的接触状态，第一驱动和第二驱动同向不同力。当所述第一驱动部件在驱动滑块运动到第一方向的终点后返程时，采用第一驱动部件作为阻抗并由第二驱动部件先行驱动消除空回后设为起始位置（因第一驱动始终与滑块保持接触，且作为返程时的阻抗，因此此位置和第一方向终点位置重合），然后再由第二驱动部件驱动所述滑块在与第一方向相反的方向运动。由于第一驱动部件或第二驱动部件始终控制滑块沿着同一方向运动，且在切换运动方向之前，利用当前运动轨道的驱动部件阻抗及另一运动轨道的驱动消除本次运动轨道上的空回，从而克服了运动过程中出现的空回，从而实现马达的高精度控制。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度马达实现装置，包括底座和导轨，其特征在于，还包括：滑块，以及设置在所述导轨上方的第一驱动部件和第二驱动部件；

所述第一驱动部件驱动滑块运动与第二驱动部件驱动滑块运动同向不同力；

且所述第一驱动部件在驱动滑块运动到导轨的终点后，采用第一驱动部件提供阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块运动。

2.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上的第一丝杆和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨上的第二丝杆和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动所述第一丝杆运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动所述第二丝杆运动；

所述第一驱动电机带动第一丝杆运动与第二驱动电机驱动第二丝杆运动同向不同力。

3.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，所述第一丝杆与第二丝杆并排设置。

4.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机分别设置在第一丝杆和第二丝杆的两端。

5.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，还包括：设置在导轨上的齿条；

所述第一驱动部件包括：与所述滑块相连接的第一齿轮和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：与所述滑块相连接的第二齿轮和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条相啮合的第一齿轮运动，带动滑块运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮运动，带动滑块运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮运动与第二驱动电机驱动第二齿轮运动同向不同力。

6.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨和右滑轨；所述左滑轨对应第一齿轮转动时滑块的运动轨道，所述右滑轨对应第二齿轮转动时滑块的运动轨道。

7.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，还包括：设置在滑块下方的齿条；

所述第一驱动部件包括：设置在所述导轨上方的第一齿轮和第一驱动电机；

所述第二驱动部件包括：设置在所述导轨上方的第二齿轮和第二驱动电机；

所述第一驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第一工位时，驱动与所述齿条相啮合的第一齿轮运动，带动滑块运动；

所述第二驱动电机，用于当所述马达实现装置处于第二工位时，驱动与所述齿条相啮合的第二齿轮运动，带动滑块运动；

所述第一驱动电机带动第一齿轮运动与第二驱动电机驱动第二齿轮运动同向不同力。

8.根据权利要求1所述的高精度马达实现装置，其特征在于，还包括：分别设置在导轨上方两侧的左滑轨和右滑轨；所述左滑轨对应第一齿轮转动时滑块的运动轨道，所述右滑轨对应第二齿轮转动时滑块的运动轨道。

9.根据权利要求8所述的所述的高精度马达实现装置，其特征在于，所述齿条、第一驱动电机和第二驱动电机均设置位于滑块的同一侧。

10.一种如权利要求1所述高精度马达装置的实现方法，其特征在于，包括：

在导轨的上方分别设置第一驱动部件和第二驱动部件，并控制当马达处于第一工位时所述第一驱动部件驱动滑块运动与当马达处于第二工位时第二驱动部件驱动滑块运动同向不同力；

以及，所述第一驱动部件在驱动滑块运动到导轨的终点后，采用第一驱动部件提供阻抗并由第二驱动部件驱动消除空回，然后再由第二驱动部件驱动所述滑块运动。