CN109936252B - 线性运动模块及多轴串联、并联运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性运动模块及多轴串联、并联运动装置，其中线性运动模块包括：端盖、电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、光杆、滑块和直线轴承；滚珠丝杠的一端通过联轴器与电机的主轴相连接，滚珠丝杠的两端固定有端盖，电机固定于端盖上，滚珠丝杠上套设有丝杠螺母；滚珠丝杠两端的端盖之间设置有至少两根与滚珠丝杠相平行的光杆，滑块通过直线轴承套设于该至少两根的光杆上，滑块与丝杠螺母相固定。本发明的线性运动模块结构简单，拆装便捷，节省了整体尺寸空间，增大了有效行程，增强了线性运动模块的场景适用性。

Description

线性运动模块及多轴串联、并联运动装置

技术领域

本发明涉及线性模块技术领域，尤其涉及一种线性运动模块、一种多轴串联运动装置和一种多轴并联运动装置。

背景技术

随着现代工业的快速发展，工业机器人的应用越来越广泛。传统工业机器人的结构造型一经设计就不可改变，在工作环境和给定任务发生改变的情况下，传统的工业机器人的固定构型显现出很大的局限性，模块化工业机器人成为解决这一问题的新型机器人。模块化机器人是由一些结构和功能相似的机械模块组合装配而成的，根据工作任务和环境的不同来选择不同的模块组合方式构建相应的工业机器人。

线性运动装置是广泛应用于工业自动化领域的机构，其常常作为工业机器人的一部分在生产中使用，但其本身就可以实现一个自由度的运动，对其模块化设计具有现实意义。目前现有的线性模块中，一种结构示意图如图1所示，包含了螺杆，滑块，导轨，及电机接口。使用时，需要先连接外置电机，通过马达驱动螺杆转动，从而带动机构产生线性运动。然而，此种装置在使用时必须有外接马达连接线性装置，电机尺寸会使得整体的线性运动模块尺寸较大，且在电机接口端有较长的传动转换接口，使得电机的有效行程大大降低，在工业应用空间需求较高的场景下不适用。突出的电机部分也会使得电机结构臃肿，影响产品外观，又其传动部分为了增大刚度，大面积使用钢板设计，使得机械部分体积大，重量大，且当需要更改导程，更换零件时，拆装不方便，只能整体更换线性模组，增加使用者的成本。线性模块结构接口少，只能在滑块或底板上连接其他模块，无法实现便捷的拆装转换及组合搭配，当需要多个线性模块组合使用时，组装方式单一。

发明内容

针对上述问题中的至少之一，本发明提供了一种线性运动模块以及一种多轴串联运动装置和一种多轴并联运动装置，利用电机带动通过联轴器固定的滚珠丝杠转动，丝杠螺母将滚珠丝杠的转动转换为轴向上的直线运动，并带动套嵌于光杆上的滑块随之产生直线运动，该运动模块结构简单，拆装便捷，且不需外接电机，节省了整体尺寸空间，在线性模块相同的总体尺寸下有效行程更长。

为实现上述目的，本发明提供了一种线性运动模块，包括：端盖、电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、光杆、滑块和直线轴承；所述滚珠丝杠的一端通过所述联轴器与所述电机的主轴相连接，所述滚珠丝杠的两端固定有所述端盖，所述电机固定于所述端盖上，所述滚珠丝杠上套设有所述丝杠螺母；所述滚珠丝杠两端的所述端盖之间设置有至少两根与所述滚珠丝杠相平行的所述光杆，所述滑块通过所述直线轴承套设于该至少两根的所述光杆上，所述滑块与所述丝杠螺母相固定。

在上述技术方案中，优选地，所述滚珠丝杠的两端均设置有一所述电机，两端的所述电机均固定于所述端盖上，所述滚珠丝杠的两端均通过所述联轴器与所述电机的主轴相连接。

在上述技术方案中，优选地，所述电机的所述主轴反向设置，使得所述电机的法兰盘连接面与所述主轴处于相反端面。

在上述技术方案中，优选地，所述滚珠丝杠两端的端面设置有与所述主轴直径相同的固定孔，所述固定孔的边缘设置有沿轴向的槽口，所述主轴插入所述固定孔后所述联轴器通过所述槽口将所述主轴与所述滚珠丝杠相固定。

在上述技术方案中，优选地，所述光杆的两端设置有螺孔，所述光杆通过所述螺孔与所述端盖相固定。

在上述技术方案中，优选地，两侧所述端盖之间设置4根所述光杆，所述滑块内嵌设两个所述直线轴承，所述滑块通过所述直线轴承对应套设于其中两根所述光杆上。

在上述技术方案中，优选地，所述端盖上相对于所述电机的另一端面设置有螺孔，所述滑块上相对于所述丝杠螺母的另一面设置有螺孔。

本发明还提出一种多轴串联线性运动装置，包括至少两个如上述技术方案所述的线性运动模块，一线性运动模块的滑块通过螺孔与其他任一线性运动模块的端盖或滑块相固定，构成至少两个自由度的线性运动模块。

本发明还提出一种多轴并联线性运动模块，包括至少两个如上述技术方案所述的线性运动模块，该至少两个所述线性运动模块以其滚珠丝杠相平行的方向设置，每一所述线性运动模块的滑块上固定一两端分别设置球铰链的连杆结构，该至少两个所述线性运动模块上的滑块配合运动带动所述连杆机构的另一端实现至少两个自由度的线性运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：利用电机带动通过联轴器固定的滚珠丝杠转动，丝杠螺母将滚珠丝杠的转动转换为轴向上的直线运动，并带动套嵌于光杆上的滑块随之产生直线运动，该运动模块结构简单，拆装便捷，且不需外接电机，节省了整体尺寸空间，在线性模块相同的总体尺寸下有效行程更长。通过选用相同型号下长度最短的步进电机，并将主轴倒置，进一步增大了有效行程。此外，通过将线性运动模块两端均设置电机，为滑块的运动输出更强的动力，通过在滑块和端盖上设置螺孔，从而能够将线性运动模块组合搭配为多轴串联运动装置或多轴并联运动装置，增强了线性运动模块的场景适用性。

附图说明

图1为现有技术公开的线性运动模块的结构示意图；

图2为本发明一种实施例公开的线性运动模块的结构示意图；

图3为本发明一种实施例公开的主轴与滚珠丝杠的固定方式示意图；

图4为本发明一种实施例公开的多轴串联运动装置的组合方式示意图；

图5为本发明又一种实施例公开的多轴串联运动装置的组合方式示意图；

图6为本发明一种实施例公开的多轴并联运动装置的组合方式示意图。

图中，各组件与附图标记之间的对应关系为：

1.端盖，2.电机，3.光杆，4.滚珠丝杠，5.丝杠螺母，6.滑块，7.联轴器，8.直线轴承，9.主轴。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

如图2和图3所示，根据本发明提供的一种线性运动模块，包括：端盖1、电机2、联轴器7、滚珠丝杠4、丝杠螺母5、光杆3、滑块6和直线轴承8；滚珠丝杠4的一端通过联轴器7与电机2的主轴9相连接，滚珠丝杠4的两端固定有端盖1，电机2固定于端盖1上，滚珠丝杠4上套设有丝杠螺母5；滚珠丝杠4两端的端盖1之间设置有至少两根与滚珠丝杠4相平行的光杆3，滑块6通过直线轴承8套设于该至少两根的光杆3上，滑块6与丝杠螺母5相固定。

在该实施例中，利用电机2带动通过联轴器7固定的滚珠丝杠4转动，丝杠螺母5与滑块6螺接或卡接固定，丝杠螺母5将滚珠丝杠4的转动转换为轴向上的直线运动，并带动套嵌于光杆3上的滑块6随之产生直线运动，该运动模块结构简单，拆装便捷，且不需外接电机，节省了整体尺寸空间，在线性模块相同的总体尺寸下有效行程更长。进一步的，电机2优选为相同型号下长度最短的步进电机，能够进一步增大有效行程。而对于一个线性机构来说，有效行程是其最重要部分，有效行程是指线性机构滑块的运动范围，它决定了整个机构的运动空间的大小。

在上述实施例中，优选地，滚珠丝杠4的两端均设置有一电机2，两端的电机2均固定于端盖1上，滚珠丝杠4的两端均通过联轴器7与电机2的主轴9相连接，从而使得整个线性运动模块呈对称分布，并且两端的电机2能够为滑块6的运动输出更强的动力。

在上述实施例中，优选地，电机2的主轴9反向设置，使得电机2的法兰盘连接面与主轴9处于相反端面，使得步进电机2占用空间更小，线性运动模块的有效行程更大。

在上述实施例中，优选地，滚珠丝杠4两端的端面设置有与主轴9直径相同的固定孔，固定孔的边缘设置有沿轴向的槽口，主轴9插入固定孔后联轴器7通过槽口将主轴9与滚珠丝杠4相固定，使得滚珠丝杠4随电机2的主轴9转动。

在上述实施例中，优选地，光杆3的两端设置有螺孔，光杆3通过螺孔与端盖1相固定，也便于对光杆3或端盖1进行更换。

在上述实施例中，优选地，两侧端盖1之间设置4根光杆3，滑块6内嵌设两个直线轴承8，滑块6通过直线轴承8对应套设于其中两根光杆3上，使得滑块6在丝杠螺母5的带动下作直线运动时，由于直线轴承8的作用更加顺畅，进一步的，还可以通过卡簧控制直线轴承8的轴向运动。至于卡簧与直线轴承8之间的固定方式，为本领域技术人员所熟知的公知常识，在此不再详述。

在上述实施例中，优选地，端盖1上相对于电机2的另一端面设置有螺孔，滑块6上相对于丝杠螺母5的另一面设置有螺孔，通过将线性运动模块的滑块6通过螺孔与其他线性运动模块的端盖1或滑块6相固定，能够将线性运动模块组合搭配为多轴串联运动装置或多轴并联运动装置，增强了线性运动模块的场景适用性。

本发明还提出一种多轴串联线性运动装置，包括至少两个如上述实施例的线性运动模块，一线性运动模块的滑块6通过螺孔与其他任一线性运动模块的端盖1或滑块6相固定，构成至少两个自由度的线性运动模块。

如图4和图5所示为多轴串联线性运动装置的三种组合方式。

其中，如图4所示，选取4个同规格的线性运动模块及3个直角连接件，通过组合实现XYZ三轴运动，其中，线性运动模块之间通过螺孔将滑块6与端盖1或滑块6螺接固定起来，若线性运动模块的端盖1的端面与滑块6的运动方向相垂直，且滑块6的固定面与滑块6的运动方向相平行，则线性运动模块的构成的XYZ三轴分别相互垂直，固定时利用直角连接件能够加固滑块6与端盖1或滑块6之间的紧固程度。

如图5所示，两个同规格的线性运动模块，其两个滑块6通过螺孔固定，构成两个自由度的线性运动装置。

如图6所示，本发明还提出一种多轴并联线性运动模块，包括至少两个如上述实施例的线性运动模块，该至少两个线性运动模块以其滚珠丝杠4相平行的方向设置，每一线性运动模块的滑块6上固定一两端分别设置球铰链的连杆结构，该至少两个线性运动模块上的滑块6配合运动带动连杆机构的另一端实现至少两个自由度的线性运动。

具体地，在搭接时，选取三个同规格的线性运动模块及三个两端带球角链的连杆机构，直立三个线性结构，其位置分别位于一个等边三角形的三个顶点上，然后每个线性机构的滑块6上都连接一个两端带球铰链的杆件，三个线性机构配合运动，即可以实现末端的多自由度运动。

以上所述为本发明的实施方式，根据本发明提出的线性运动模块以及多轴串联运动装置和多轴并联运动装置，利用电机带动通过联轴器固定的滚珠丝杠转动，丝杠螺母将滚珠丝杠的转动转换为轴向上的直线运动，并带动套嵌于光杆上的滑块随之产生直线运动，该运动模块结构简单，拆装便捷，且不需外接电机，节省了整体尺寸空间，在线性模块相同的总体尺寸下有效行程更长。通过选用相同型号下长度最短的步进电机，并将主轴倒置，进一步增大了有效行程。此外，通过将线性运动模块两端均设置电机，为滑块的运动输出更强的动力，通过在滑块和端盖上设置螺孔，从而能够将线性运动模块组合搭配为多轴串联运动装置或多轴并联运动装置，增强了线性运动模块的场景适用性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种线性运动模块，其特征在于，包括：端盖、电机、联轴器、滚珠丝杠、丝杠螺母、光杆、滑块和直线轴承；

所述滚珠丝杠的一端通过所述联轴器与所述电机的主轴相连接，所述滚珠丝杠的两端固定有所述端盖，所述电机固定于所述端盖上，所述滚珠丝杠上套设有所述丝杠螺母；

所述滚珠丝杠两端的所述端盖之间设置有4根与所述滚珠丝杠相平行的所述光杆，所述滑块内嵌设两个所述直线轴承，所述滑块通过所述直线轴承套设于其中两根的所述光杆上，所述滑块与所述丝杠螺母相固定；

所述滚珠丝杠的两端均设置有一所述电机，两端的所述电机均固定于所述端盖上，所述滚珠丝杠的两端均通过所述联轴器与所述电机的主轴相连接；

所述电机的所述主轴反向设置，使得所述电机的法兰盘连接面与所述主轴处于相反端面。

2.根据权利要求1所述的线性运动模块，其特征在于，所述滚珠丝杠两端的端面设置有与所述主轴直径相同的固定孔，所述固定孔的边缘设置有沿轴向的槽口，所述主轴插入所述固定孔后所述联轴器通过所述槽口将所述主轴与所述滚珠丝杠相固定。

3.根据权利要求1所述的线性运动模块，其特征在于，所述光杆的两端设置有螺孔，所述光杆通过所述螺孔与所述端盖相固定。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的线性运动模块，其特征在于，所述端盖上相对于所述电机的另一端面设置有螺孔，所述滑块上相对于所述丝杠螺母的另一面设置有螺孔。

5.一种多轴串联线性运动装置，其特征在于，包括至少两个如权利要求1所述的线性运动模块，

一线性运动模块的滑块通过螺孔与其他任一线性运动模块的端盖或滑块相固定，构成至少两个自由度的线性运动模块。

6.一种多轴并联线性运动模块，其特征在于，包括至少两个如权利要求1所述的线性运动模块，

该至少两个所述线性运动模块以其滚珠丝杠相平行的方向设置，每一所述线性运动模块的滑块上固定一两端分别设置球铰链的连杆机构，该至少两个所述线性运动模块上的滑块配合运动带动所述连杆机构的另一端实现至少两个自由度的线性运动。

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