CN111853196B - 一种紧凑型三维运动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种紧凑型三维运动机构，包括Z轴运动机构、连接于Z轴运动机构的输出端上的连接固定板、设置于连接固定板上的X轴运动机构、连接于X轴运动机构的输出端上的水平活动板、可Y向运动地连接于水平活动板底面上的同步随动板，以及设置于同步随动板表面上且输出端与水平活动板相连的Y轴运动机构，同步随动板的表面用于安装负载。如此，通过Z轴运动机构对连接固定板的驱动、X轴运动机构对水平活动板的驱动以及Y轴运动机构对同步随动板的驱动，可使负载顺利实现三维空间运动，同时形成非层叠安装结构(水平分布结构)。因此，相比于现有技术中的层叠安装结构，本发明能够大幅降低机构整体高度，减小空间占用。

Description

一种紧凑型三维运动机构
技术领域
本发明涉及运动机构技术领域，特别涉及一种紧凑型三维运动机构。
背景技术
三维运动机构是常用的运动机构或驱动机构，可驱动负载或工件在空间内进行三维运动。一般的，三维运动机构主要包括X-Y-Z三轴运动自由度，即包括水平面内的两个方向的平面运动和垂直方向的升降运动。
目前，三维运动机构往往通过三个单轴运动机构的层叠安装实现装配，比如底部安装Z轴运动机构，中部叠装X轴运动机构，顶部再叠装Y轴运动机构等。现有技术中的三维运动机构的结构，虽然能够方便地实现对负载的三维运动驱动，但是此种三维运动机构的整体结构呈垂向层叠形状，三层层叠结构导致机构的高度较大，空间占用较大，且两两运动机构之间的连接件较多，导致体积和重量较大。
因此，如何在实现驱动负载进行三维空间运动的基础上，降低机构整体高度，减小空间占用，是本领域技术人员面临的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种紧凑型三维运动机构，能够在实现驱动负载进行三维空间运动的基础上，降低机构整体高度，减小空间占用。
为解决上述技术问题，本发明提供一种紧凑型三维运动机构，包括Z轴运动机构、连接于所述Z轴运动机构的输出端上的连接固定板、设置于所述连接固定板上的X轴运动机构、连接于所述X轴运动机构的输出端上的水平活动板、可Y向运动地连接于所述水平活动板底面上的同步随动板，以及设置于所述同步随动板表面上且输出端与所述水平活动板相连的Y轴运动机构，所述同步随动板的表面用于安装负载。
优选地，所述水平活动板呈矩形框架结构，且所述水平活动板的内部空间用于容纳所述负载。
优选地，所述Z轴运动机构包括Z轴驱动电机、连接于所述Z轴驱动电机的输出端的Z向蜗轮蜗杆组件，所述连接固定板的一端与所述Z向蜗轮蜗杆组件的输出端配合传动。
优选地，所述Z轴运动机构还包括立设于所述Z轴驱动电机的机壳上的Z向导轨、可滑动地设置于所述Z向导轨内并与所述Z向蜗轮蜗杆组件的输出端配合传动的Z向滑块，且所述Z向滑块的末端与所述连接固定板相连。
优选地，所述Z向导轨具体为燕尾槽导轨，且所述Z向滑块具体为梯形滑块。
优选地，所述X轴运动机构包括连接于所述连接固定板的底面一侧的X轴驱动电机，以及连接于所述X轴驱动电机的输出端的X向蜗轮蜗杆组件，所述水平活动板的一侧侧壁与所述X向蜗轮蜗杆组件的输出端配合传动。
优选地，所述X轴运动机构还包括连接于所述连接固定板的底面另一侧的X向导向块，所述X向导向块的表面上开设有若干个X向通孔，且所述水平活动板的另一侧侧壁上插设有与各所述X向通孔配合滑动的X向导向柱。
优选地，所述水平活动板的底面上设置有Y向导轨，所述同步随动板的表面上设置有与所述Y向导轨配合的Y向滑轨。
优选地，所述Y轴运动机构包括设置于所述同步随动板的表面一端的Y轴驱动电机，以及连接于所述Y轴驱动电机的输出端的Y向蜗轮蜗杆组件，所述水平活动板的一端侧壁与所述Y向蜗轮蜗杆组件的输出端配合传动。
优选地，所述Y轴运动机构还包括设置于所述同步随动板的表面另一端的Y向导向块，所述Y向导向块的表面上开设有若干个Y向通孔，且所述水平活动板的另一端侧壁上插设有与各所述Y向通孔配合滑动的Y向导向柱。
本发明所提供的紧凑型三维运动机构，主要包括Z轴运动机构、连接固定板、X轴运动机构、水平活动板、同步随动板和Y轴运动机构。其中，Z轴运动机构主要用于输出Z轴方向的动力。连接固定板连接在Z轴运动的机构的输出端上，可在其驱动下沿Z轴运动。X轴运动机构设置在连接固定板上，主要用于输出X轴方向的动力。水平活动板连接在X轴运动机构的输出端上，可在其驱动下沿X轴运动。同步随动板连接在水平活动板的底面上，在水平活动板沿X轴运动时与其同步运动，并且可独自沿Y轴方向进行运动，负载安装在同步随动板的表面上。Y轴运动机构设置在同步随动板的表面上，并且输出端与水平活动板相连，可驱动同步随动板相对于水平活动板沿Y轴运动。如此，通过Z轴运动机构对连接固定板的驱动、X轴运动机构对水平活动板的驱动以及Y轴运动机构对同步随动板的驱动，可使负载顺利实现三维空间运动，同时，由于X轴运动机构与Y轴运动机构分别安装在连接固定板和同步随动板上，两者几乎处于同一高度水平面内，并且Z轴运动机构与连接固定板相连，同时与X轴运动机构和Y轴运动机构形成非层叠安装结构(水平分布结构)。因此，本发明所提供的紧凑型三维运动机构，相比于现有技术中的层叠安装结构，能够大幅降低机构整体高度，减小空间占用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示俯视图。
图2为图1的前视半剖视图。
图3为图1的仰视图。
图4为图1中所示的水平活动板的具体结构示意图。
其中，图1—图4中：
负载—a；
Z轴运动机构—1，连接固定板—2，X轴运动机构—3，水平活动板—4，同步随动板—5，Y轴运动机构—6；
Z轴驱动电机—101，Z向蜗轮蜗杆组件—102，Z向导轨—103，Z向滑块—104，X轴驱动电机—301，X向蜗轮蜗杆组件—302，X向导向块—303，X向通孔—304，X向导向柱—401，Y向导向柱—402，螺纹孔—403，Y轴驱动电机—601，Y向蜗轮蜗杆组件—602，Y向导向块—603，Y向通孔—604。
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。
请参考图1、图2、图3，图1为本发明所提供的一种具体实施方式的整体结构示意图，图2为图1的前视半剖视图，图3为图1的仰视图。
在本发明所提供的一种具体实施方式中，紧凑型三维运动机构主要包括Z轴运动机构1、连接固定板2、X轴运动机构3、水平活动板4、同步随动板5和Y轴运动机构6。
其中，Z轴运动机构1主要用于输出Z轴方向的动力。连接固定板2连接在Z轴运动的机构的输出端上，可在其驱动下沿Z轴运动。
X轴运动机构3设置在连接固定板2上，主要用于输出X轴方向的动力。水平活动板4连接在X轴运动机构3的输出端上，可在其驱动下沿X轴运动。
同步随动板5连接在水平活动板4的底面上，在水平活动板4沿X轴运动时与其同步运动，并且可独自沿Y轴方向进行运动，负载a安装在同步随动板5的表面上。
Y轴运动机构6设置在同步随动板5的表面上，并且输出端与水平活动板4相连，可驱动同步随动板5相对于水平活动板4沿Y轴运动。
如此，通过Z轴运动机构1对连接固定板2的驱动、X轴运动机构3对水平活动板4的驱动以及Y轴运动机构6对同步随动板5的驱动，可使负载a顺利实现三维空间运动，同时，由于X轴运动机构3与Y轴运动机构6分别安装在连接固定板2和同步随动板5上，两者几乎处于同一高度水平面内，并且Z轴运动机构1与连接固定板2相连，同时与X轴运动机构3和Y轴运动机构6形成非层叠安装结构(水平分布结构)。
因此，本实施例所提供的紧凑型三维运动机构，相比于现有技术中的层叠安装结构，能够大幅降低机构整体高度，减小空间占用。
如图4所示，图4为图1中所示的水平活动板4的具体结构示意图。
在关于水平活动板4的一种优选实施例中，该水平活动板4具体可呈矩形框架结构，同时考虑到同步随动板5设置在水平活动板4的底面，且同步随动板5的表面上用于安装负载a，为避免对负载a的安装形成干涉，水平活动板4的内部空间可用于容纳负载a。如此设置，负载a可安装在同步随动板5的表面中心位置，并且同步随动板5可与水平活动板4正对设置。
在关于Z轴运动机构1的一种优选实施例中，该Z轴运动机构1主要包括Z轴驱动电机101和Z向蜗轮蜗杆组件102。其中，Z向蜗轮蜗杆组件102连接在Z轴驱动电机101的输出端上，并且连接固定板2的一端与该Z向蜗轮蜗杆组件102的输出端配合传动。如此设置，当Z轴驱动电机101输出动力时，将驱动Z向蜗轮蜗杆组件102转动，进而驱动连接固定板2沿垂向进行升降运动。同时，由于连接固定板2又与X轴运动机构3、Y轴运动机构6、水平活动板4、同步随动板5相连，因此，通过连接固定板2的垂向升降运动即可带动负载a进行同步垂向升降运动。
为提高连接固定板2沿垂向升降运动时的稳定性和平顺性，本实施例中，在Z轴驱动电机101的即壳上设置有Z向导轨103，同时通过Z向滑块104与Z向导轨103形成装配。并且，Z向滑块104的底端与Z向蜗轮蜗杆组件102的输出端配合传动，而Z向滑块104的顶端与连接固定板2相连。如此设置，当Z轴驱动电机101输出动力时，将通过Z向蜗轮蜗杆组件102与Z向滑块104之间的传动配合，驱动Z向滑块104沿着Z向导轨103滑动，进而带动连接固定板2沿垂向升降运动。
进一步的，Z向导轨103具体可为燕尾槽导轨，而Z向滑块104具体可为与燕尾槽导轨配合的等腰梯形滑块。如此设置，可防止Z向滑块104在Z向导轨103内滑动时意外脱出。当然，Z向导轨103还可以为矩形槽导轨，而Z向滑块104也可以为矩形滑块。
在关于X轴运动机构3的一种优选实施例中，该X轴运动机构3主要包括X轴驱动电机301和X向蜗轮蜗杆组件302。其中，X轴驱动电机301连接在连接固定板2的底面一侧位置，沿垂向向下分布。X向蜗轮蜗杆组件302连接在X轴驱动电机301的输出端上，并且水平活动板4的一侧侧壁与该X向蜗轮蜗杆组件302的输出端形成配合传动。如此设置，当X轴驱动电机301输出动力时，即可通过X向蜗轮蜗杆组件302驱动水平活动板4沿水平X向进行移动。具体的，在水平运动板的一侧侧壁(图示右侧壁)上可开设螺纹孔403，并通过该螺纹孔403与X向蜗轮蜗杆组件302的输出端螺纹连接，并形成螺纹传动(或丝杠传动)。
为提高水平运动板沿水平X向运动时的稳定性和平顺性，本实施例中，在连接固定板2的底面另一侧位置处设置有X向导向块303，同时在该X向导向块303的表面上开设有若干个X向通孔304。相应的，在水平活动板4的另一侧侧壁(图示左侧壁)上插设有若干根X向导向柱401，并使各根X向导向柱401与对应的X向通孔304形成轴孔配合。如此设置，当水平运动板沿水平X向移动时，将在X向导向柱401的导向作用下保证移动方向准确无偏差。
为方便实现同步随动板5与水平活动板4之间的活动连接，本实施例在水平活动板4的底面上设置有Y向导轨，同时在同步随动板5的表面上设置有与该Y向导轨配合滑动的Y向滑轨。具体的，考虑到水平活动板4主要呈矩形框架结构，因此，各个Y向导轨可设置在水平活动板4的底面Y向两侧位置，相应的，各个Y向滑轨设置在同步随动板5的表面上对应位置处。
在关于Y轴运动机构6的一种优选实施例中，该Y轴运动机构6主要包括Y轴驱动电机601和Y向蜗轮蜗杆组件602。其中，Y轴驱动电机601设置在同步随动板5的表面一端，沿垂向向下分布。Y向蜗轮蜗杆组件602连接在Y轴驱动电机601的输出端上，并且水平活动板4的一端侧壁(图示上端侧壁)与该Y向蜗轮蜗杆组件602的输出端配合传动。如此设置，当Y轴驱动电机601输出用力时，即可通过Y向蜗轮蜗杆组件602驱动水平活动板4沿水平Y向进行移动。具体的，在水平运动板的一端侧壁(图示上端侧壁)上可开设螺纹孔403，并通过该螺纹孔403与Y向蜗轮蜗杆组件602的输出端螺纹连接，并形成螺纹传动(或丝杠传动)。
需要说明的是，由于X轴运动机构3的输出端直接用于驱动水平运动板进行水平X向运动，而Y轴运动机构6的输出端却是通过同步随动板5驱动水平运动板进行水平Y向相对运动，因此，当Y轴驱动电机601输出动力时，由于水平运动板已经与X轴驱动电机301的输出端相连，且无法进行Y向运动，因此，Y轴驱动电机601的动力将反向驱动同步随动板5相对于水平运动板进行Y向运动，进而带动负载a进行Y向运动。
进一步的，为提高同步随动板5沿水平Y向的稳定性和平顺性，本实施例中，在同步随动板5的表面另一端位置处设置了Y向导向块603，同时在该Y向导向块603的表面上开设有若干个Y向通孔604。相应的，在水平活动板4的另一端侧壁(图示下端侧壁)上插设有若干根Y向导向柱402，并使各根Y向导向柱402与对应的Y向通孔604形成轴孔配合。如此设置，当同步随动板5沿水平Y向移动时，将在Y向导向柱402的导向作用下保证移动方向准确无偏差。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种紧凑型三维运动机构，其特征在于，包括Z轴运动机构(1)、连接于所述Z轴运动机构(1)的输出端上的连接固定板(2)、设置于所述连接固定板(2)上的X轴运动机构(3)、连接于所述X轴运动机构(3)的输出端上的水平活动板(4)、可Y向运动地连接于所述水平活动板(4)底面上的同步随动板(5)，以及设置于所述同步随动板(5)表面上且输出端与所述水平活动板(4)相连的Y轴运动机构(6)，所述同步随动板(5)的表面用于安装负载(a)；
所述水平活动板(4)呈矩形框架结构，且所述水平活动板(4)的内部空间用于容纳所述负载(a)，所述X轴运动机构(3)及所述Y轴运动机构(6)均连接于所述水平活动板(4)的外部空间；
所述X轴运动机构(3)包括连接于所述连接固定板(2)的底面一侧的X轴驱动电机(301)，以及连接于所述X轴驱动电机(301)的输出端的X向蜗轮蜗杆组件(302)，所述水平活动板(4)的一侧侧壁与所述X向蜗轮蜗杆组件(302)的输出端配合传动；
所述水平活动板(4)的底面上设置有Y向导轨，所述同步随动板(5)的表面上设置有与所述Y向导轨配合的Y向滑轨；
所述Y轴运动机构(6)包括设置于所述同步随动板(5)的表面一端的Y轴驱动电机(601)，以及连接于所述Y轴驱动电机(601)的输出端的Y向蜗轮蜗杆组件(602)，所述水平活动板(4)的一端侧壁与所述Y向蜗轮蜗杆组件(602)的输出端配合传动。
2.根据权利要求1所述的紧凑型三维运动机构，其特征在于，所述Z轴运动机构(1)包括Z轴驱动电机(101)、连接于所述Z轴驱动电机(101)的输出端的Z向蜗轮蜗杆组件(102)，所述连接固定板(2)的一端与所述Z向蜗轮蜗杆组件(102)的输出端配合传动。
3.根据权利要求2所述的紧凑型三维运动机构，其特征在于，所述Z轴运动机构(1)还包括立设于所述Z轴驱动电机(101)的机壳上的Z向导轨(103)、可滑动地设置于所述Z向导轨(103)内并与所述Z向蜗轮蜗杆组件(102)的输出端配合传动的Z向滑块(104)，且所述Z向滑块(104)的末端与所述连接固定板(2)相连。
4.根据权利要求3所述的紧凑型三维运动机构，其特征在于，所述Z向导轨(103)具体为燕尾槽导轨，且所述Z向滑块(104)具体为梯形滑块。
5.根据权利要求1所述的紧凑型三维运动机构，其特征在于，所述X轴运动机构(3)还包括连接于所述连接固定板(2)的底面另一侧的X向导向块(303)，所述X向导向块(303)的表面上开设有若干个X向通孔(304)，且所述水平活动板(4)的另一侧侧壁上插设有与各所述X向通孔(304)配合滑动的X向导向柱(401)。
6.根据权利要求1所述的紧凑型三维运动机构，其特征在于，所述Y轴运动机构(6)还包括设置于所述同步随动板(5)的表面另一端的Y向导向块(603)，所述Y向导向块(603)的表面上开设有若干个Y向通孔(604)，且所述水平活动板(4)的另一端侧壁上插设有与各所述Y向通孔(604)配合滑动的Y向导向柱(402)。
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