CN111082596A - 一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，包括底座、液压杆和微动台面，所述底座的内部从外到内依次开设有导向腔和定位腔，所述第一音圈电机定子的内部活动安装有第一音圈电机输出轴，且第一音圈电机定子的内壁上固定安装有第一环形气浮垫，所述定位杆的下端活动安装于导向腔的内部，所述导杆之间固定有第二音圈电机定子，且第二音圈电机定子的中部固定连接有第二音圈电机输出轴的一端，所述底座设置于微动台面的顶部。该电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，减少自由度使用调节时的摩擦导致动能消耗，提高定位精度和使用减震效果，并且方便微动台的使用多方位定位安装。

Description

一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台

技术领域

本发明涉及直线电机技术领域，具体为一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台。

背景技术

在定位精度使用要求高的工业机器人、数控机床以及半导体制造领域的场合，为了提高定位的使用精度和自由度的稳定调节改变，通过电机的执行机构进行电机的使用定位安装，方便自由度的应用调整，并在微动台的作用下，进行多工位的小行程微调和定位，使得半导体的制造和光学图像对准更加快捷与稳定。

然而现有的电机自由度执行机构及微动台在使用时存在以下问题：

1、在进行自由度执行机构调节改变时，自由度的调节过程中，动力能在传动时因摩擦力作用，外力消耗大，造成动能的使用浪费，且摩擦力的大幅度存在，使得自由度的调节和定位精度不够，影响定位使用，同时自由度的调节定位减震性不强，存在使用缺陷；

2、微动台的安装使用，不方便对电机自由度执行机构进行安装定位，在使用时自由度的方位调节改变不易，不易进行多方位的使用调节和数量改变，存在使用局限性较大的问题。

针对上述问题，急需在原有电机自由度执行机构及微动台的基础上进行创新设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，以解决上述背景技术提出现有的电机自由度执行机构及微动台在进行自由度执行机构调节改变时，自由度的调节过程中，动力能在传动时因摩擦力作用，外力消耗大，造成动能的使用浪费，且摩擦力的大幅度存在，使得自由度的调节和定位精度不够，影响定位使用，同时自由度的调节定位减震性不强，存在使用缺陷，微动台的安装使用，不方便对电机自由度执行机构进行安装定位，在使用时自由度的方位调节改变不易，不易进行多方位的使用调节和数量改变，存在使用局限性较大的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，包括底座、液压杆和微动台面，所述底座的内部从外到内依次开设有导向腔和定位腔，且底座的底部固定安装有齿轮座，并且定位腔的内部固定有第一音圈电机定子，所述第一音圈电机定子的内部活动安装有第一音圈电机输出轴，且第一音圈电机定子的内壁上固定安装有第一环形气浮垫，并且第一音圈电机输出轴的端部螺栓连接有液压杆，所述底座的顶部卡合安装有橡胶盖，且橡胶盖的上方边缘处设置有定位件，并且定位件的底部固定连接有定位杆，所述定位杆的下端活动安装于导向腔的内部，且定位杆的端部外壁和导向腔的内壁上均固定有第二环形气浮垫，所述定位件的内部活动安装有导杆，且导杆的端部和定位件的内部均固定有第一永磁体，而且定位件的端部嵌入固定有条形气浮垫，所述导杆之间固定有第二音圈电机定子，且第二音圈电机定子的中部固定连接有第二音圈电机输出轴的一端，并且第二音圈电机定子的底部中心处和液压杆的端部均固定安装有陶瓷座，所述陶瓷座的中部嵌入式安装有第二永磁体，且上下陶瓷座的边缘处之间转动连接有连接件，所述底座设置于微动台面的顶部，且微动台面的底部螺栓固定有固定杆，并且微动台面的底部活动安装有齿轮环，而且微动台面底部的齿轮环边侧转动安装有电机齿轮轴。

优选的，所述第一环形气浮垫在第一音圈电机定子的内壁上等间距固定，且第一环形气浮垫的内壁与第一音圈电机输出轴的外壁之间留有间隙。

优选的，所述定位件设置为钩状结构，且定位件关于底座的竖向中心轴线对称设置有2个，并且定位件和定位杆一一对应分布，而且定位杆和导向腔构成相对伸缩结构。

优选的，所述导杆设置为“L”字型结构，且导杆的外壁与定位件的内壁间留有间距，并且导杆和定位件构成滑动安装结构。

优选的，所述第一永磁体嵌入式固定于导杆和定位件上，且导杆和定位件上的第一永磁体朝向相对面磁性相同、第一永磁体之间相吸设置。

优选的，所述第二音圈电机定子和液压杆上固定的陶瓷座大小相同，且2个陶瓷座竖向同轴分布，并且上下2个陶瓷座上的第二永磁体朝向相对面磁性相反、第二永磁体之间相斥设置。

优选的，所述连接件与陶瓷座之间设置为铰接的转动结构，且连接件由连接管、连接杆和第三永磁体三部分设置，并且连接管和连接杆之间贯穿设置，而且连接管的端部内壁和连接杆的杆端均固定有第三永磁体。

优选的，所述连接管和连接杆均为等间距均匀分布，且连接管和连接杆之间构成贯穿的相对伸缩结构，并且连接管和连接杆之间的第三永磁体磁性相斥设置。

优选的，所述微动台面上的底座等角度均匀分布有3个，且底座底部的齿轮座与齿轮环相互啮合连接，并且齿轮环与微动台面之间设置为同轴的相对转动结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：该电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，减少自由度使用调节时的摩擦导致动能消耗，提高定位精度和使用减震效果，并且方便微动台的使用多方位定位安装：

1、只需要通过气浮垫的安装定位使用，在构件进行自由度调节时，减少自由度竖向调节和水平方向上调节时的定位连接处的摩擦，同时利用第一永磁体之间的相吸和第二永磁体之间的相斥和第三永磁体之间的相斥作用，使得导杆和定位件及陶瓷座之间等构件的连接悬浮使用，在应用时能够极大的避免连接处因自由度调节时出现的摩擦能消耗，并且具有良好的使用减震效果，从而提高自由度调节改变时的定位精度，并且连接件和第三永磁体的同步作用下，在进行自由度调节改变后，能够快速复位，使用调节；

2、微动台整体的分部安装设置，方便不同个数的自由度执行机构的定位安装使用，同时利用齿轮环和电机齿轮轴及齿轮环和齿轮座之间的相对啮合作用，使得定位完成后的自由度执行机构进行角度的偏位调整改变，在自由度执行机构的整体朝向改变后，方便进行不同方位上的微动台整体定位应用，操作方便，有效的提高其使用效果。

附图说明

图1为本发明正面结构示意图；

图2为本发明剖面结构示意图；

图3为本发明定位件和导杆连接结构示意图；

图4为本发明连接件安装结构示意图；

图5为本发明连接件结构示意图；

图6为本发明微动台面的底部结构示意图。

图中：1、底座；2、导向腔；3、定位腔；4、齿轮座；5、第一音圈电机定子；6、第一音圈电机输出轴；7、第一环形气浮垫；8、液压杆；9、橡胶盖；10、定位件；11、定位杆；12、第二环形气浮垫；13、导杆；14、第一永磁体；15、条形气浮垫；16、第二音圈电机定子；17、第二音圈电机输出轴；18、陶瓷座；19、第二永磁体；20、连接件；2001、连接管；2002、连接杆；2003、第三永磁体；21、微动台面；22、固定杆；23、齿轮环；24、电机齿轮轴。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，包括底座1、导向腔2、定位腔3、齿轮座4、第一音圈电机定子5、第一音圈电机输出轴6、第一环形气浮垫7、液压杆8、橡胶盖9、定位件10、定位杆11、第二环形气浮垫12、导杆13、第一永磁体14、条形气浮垫15、第二音圈电机定子16、第二音圈电机输出轴17、陶瓷座18、第二永磁体19、连接件20、连接管2001、连接杆2002、第三永磁体2003、微动台面21、固定杆22、齿轮环23和电机齿轮轴24，底座1的内部从外到内依次开设有导向腔2和定位腔3，且底座1的底部固定安装有齿轮座4，并且定位腔3的内部固定有第一音圈电机定子5，第一音圈电机定子5的内部活动安装有第一音圈电机输出轴6，且第一音圈电机定子5的内壁上固定安装有第一环形气浮垫7，并且第一音圈电机输出轴6的端部螺栓连接有液压杆8，底座1的顶部卡合安装有橡胶盖9，且橡胶盖9的上方边缘处设置有定位件10，并且定位件10的底部固定连接有定位杆11，定位杆11的下端活动安装于导向腔2的内部，且定位杆11的端部外壁和导向腔2的内壁上均固定有第二环形气浮垫12，定位件10的内部活动安装有导杆13，且导杆13的端部和定位件10的内部均固定有第一永磁体14，而且定位件10的端部嵌入固定有条形气浮垫15，导杆13之间固定有第二音圈电机定子16，且第二音圈电机定子16的中部固定连接有第二音圈电机输出轴17的一端，并且第二音圈电机定子16的底部中心处和液压杆8的端部均固定安装有陶瓷座18，陶瓷座18的中部嵌入式安装有第二永磁体19，且上下陶瓷座18的边缘处之间转动连接有连接件20，底座1设置于微动台面21的顶部，且微动台面21的底部螺栓固定有固定杆22，并且微动台面21的底部活动安装有齿轮环23，而且微动台面21底部的齿轮环23边侧转动安装有电机齿轮轴24。

第一环形气浮垫7在第一音圈电机定子5的内壁上等间距固定，且第一环形气浮垫7的内壁与第一音圈电机输出轴6的外壁之间留有间隙，便于第一音圈电机输出轴6的竖向升降运动，在运动时降低接触摩擦力。

定位件10设置为钩状结构，且定位件10关于底座1的竖向中心轴线对称设置有2个，并且定位件10和定位杆11一一对应分布，而且定位杆11和导向腔2构成相对伸缩结构，方便进行底座1上方结构垂直竖向自由度调节改变时的稳定调控，使得竖向自由度调节更加稳定。

导杆13设置为“L”字型结构，且导杆13的外壁与定位件10的内壁间留有间距，并且导杆13和定位件10构成滑动安装结构，第一永磁体14嵌入式固定于导杆13和定位件10上，且导杆13和定位件10上的第一永磁体14朝向相对面磁性相同、第一永磁体14之间相吸设置，便于电机的水平方向上自由度的调节控制，减少自由度调节时的接触摩擦力，降低摩擦导致的耗能。

第二音圈电机定子16和液压杆8上固定的陶瓷座18大小相同，且2个陶瓷座18竖向同轴分布，并且上下2个陶瓷座18上的第二永磁体19朝向相对面磁性相反、第二永磁体19之间相斥设置，使得电机在进行自由度的调节改变时，具有良好的定位和使用减震效果，避免对物件进行定位时的振动撞击损坏。

连接件20与陶瓷座18之间设置为铰接的转动结构，且连接件20由连接管2001、连接杆2002和第三永磁体2003三部分设置，并且连接管2001和连接杆2002之间贯穿设置，而且连接管2001的端部内壁和连接杆2002的杆端均固定有第三永磁体2003，连接管2001和连接杆2002均为等间距均匀分布，且连接管2001和连接杆2002之间构成贯穿的相对伸缩结构，并且连接管2001和连接杆2002之间的第三永磁体2003磁性相斥设置，对减震和水平方向上自由度调节改变后的构件进行移动复位，使得自由度的调节改变更加稳定有效。

微动台面21上的底座1等角度均匀分布有3个，且底座1底部的齿轮座4与齿轮环23相互啮合连接，并且齿轮环23与微动台面21之间设置为同轴的相对转动结构，便于微动台进行多方位的自由度调节以及数量的改变定位，使得物件的定位和调节使用精度提高。

工作原理：在使用该电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台时，首先根据图1-2所示，橡胶盖9的卡合安装使用，对底座1内部结构进行使用防尘，同时在需要进行竖向自由度的调节改变时，如图1所示，第一音圈电机输出轴6的升降运动使得液压杆8和其上结构向上运动进行竖向自由度改变，此时定位杆11和定位腔3相对同步升降，第一环形气浮垫7和第二环形气浮垫12的作用下，在第一音圈电机定子5和第一音圈电机输出轴6及定位杆11和定位腔3的接触位置形成环形的气圈，减少接触的使用摩擦力，液压杆8的使用能够在自由升降时，为机构的整体进行重力补偿，提高使用稳定性，同时如图3-4所示，在第一永磁体14之间的相吸和第二永磁体19之间的相斥作用，使得定位件10、第二音圈电机定子16和导杆13等构件在竖向上维持整体，同时能够在磁性的作用下能够极大的机构使用承重的减震效果，便于其整体的使用保护；

根据图1和图3-5所示，在需要进行水平方向上的自由度调节改变时，同理在第一永磁体14之间的相吸和第二永磁体19之间的相斥作用，第二音圈电机输出轴17的运动进行水平方向上自由度的调节，此时在外力作用下导杆13和定位件10之间相互滑动，且陶瓷座18之间水平方向上错位滑动，在磁性作用下，进行自由度调节，同时如图4-5所示，铰接安装的连接件20发生转动，使得此为错位滑动的陶瓷座18保持整体，同时连接管2001和连接杆2002在拉力和第三永磁体2003的磁性作用下，发生相对伸缩和复位，进行使用的外力减震和自由度调节使用后的复位，操作便捷，稳定性好，减少使用的摩擦耗能，如图6所示，在电机齿轮轴24和齿轮环23及齿轮座4的作用下，方便底座1的使用安装和朝向改变，使得微动台能够进行多方位的使用自我调节，提高使用的精度。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，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 (9)

1.一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，包括底座（1）、液压杆（8）和微动台面（21），其特征在于：所述底座（1）的内部从外到内依次开设有导向腔（2）和定位腔（3），且底座（1）的底部固定安装有齿轮座（4），并且定位腔（3）的内部固定有第一音圈电机定子（5），所述第一音圈电机定子（5）的内部活动安装有第一音圈电机输出轴（6），且第一音圈电机定子（5）的内壁上固定安装有第一环形气浮垫（7），并且第一音圈电机输出轴（6）的端部螺栓连接有液压杆（8），所述底座（1）的顶部卡合安装有橡胶盖（9），且橡胶盖（9）的上方边缘处设置有定位件（10），并且定位件（10）的底部固定连接有定位杆（11），所述定位杆（11）的下端活动安装于导向腔（2）的内部，且定位杆（11）的端部外壁和导向腔（2）的内壁上均固定有第二环形气浮垫（12），所述定位件（10）的内部活动安装有导杆（13），且导杆（13）的端部和定位件（10）的内部均固定有第一永磁体（14），而且定位件（10）的端部嵌入固定有条形气浮垫（15），所述导杆（13）之间固定有第二音圈电机定子（16），且第二音圈电机定子（16）的中部固定连接有第二音圈电机输出轴（17）的一端，并且第二音圈电机定子（16）的底部中心处和液压杆（8）的端部均固定安装有陶瓷座（18），所述陶瓷座（18）的中部嵌入式安装有第二永磁体（19），且上下陶瓷座（18）的边缘处之间转动连接有连接件（20），所述底座（1）设置于微动台面（21）的顶部，且微动台面（21）的底部螺栓固定有固定杆（22），并且微动台面（21）的底部活动安装有齿轮环（23），而且微动台面（21）底部的齿轮环（23）边侧转动安装有电机齿轮轴（24）。

2.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述第一环形气浮垫（7）在第一音圈电机定子（5）的内壁上等间距固定，且第一环形气浮垫（7）的内壁与第一音圈电机输出轴（6）的外壁之间留有间隙。

3.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述定位件（10）设置为钩状结构，且定位件（10）关于底座（1）的竖向中心轴线对称设置有2个，并且定位件（10）和定位杆（11）一一对应分布，而且定位杆（11）和导向腔（2）构成相对伸缩结构。

4.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述导杆（13）设置为“L”字型结构，且导杆（13）的外壁与定位件（10）的内壁间留有间距，并且导杆（13）和定位件（10）构成滑动安装结构。

5.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述第一永磁体（14）嵌入式固定于导杆（13）和定位件（10）上，且导杆（13）和定位件（10）上的第一永磁体（14）朝向相对面磁性相同、第一永磁体（14）之间相吸设置。

6.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述第二音圈电机定子（16）和液压杆（8）上固定的陶瓷座（18）大小相同，且2个陶瓷座（18）竖向同轴分布，并且上下2个陶瓷座（18）上的第二永磁体（19）朝向相对面磁性相反、第二永磁体（19）之间相斥设置。

7.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述连接件（20）与陶瓷座（18）之间设置为铰接的转动结构，且连接件（20）由连接管（2001）、连接杆（2002）和第三永磁体（2003）三部分设置，并且连接管（2001）和连接杆（2002）之间贯穿设置，而且连接管（2001）的端部内壁和连接杆（2002）的杆端均固定有第三永磁体（2003）。

8.根据权利要求7所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述连接管（2001）和连接杆（2002）均为等间距均匀分布，且连接管（2001）和连接杆（2002）之间构成贯穿的相对伸缩结构，并且连接管（2001）和连接杆（2002）之间的第三永磁体（2003）磁性相斥设置。

9.根据权利要求1所述的一种电机的二自由度执行机构及其自由度多方位微动台，其特征在于：所述微动台面（21）上的底座（1）等角度均匀分布有3个，且底座（1）底部的齿轮座（4）与齿轮环（23）相互啮合连接，并且齿轮环（23）与微动台面（21）之间设置为同轴的相对转动结构。

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