CN112536580B - Xz轴高速高精度平台 - Google Patents

Abstract

本发明适用于自动化设备技术改进领域，提供了XZ轴高速高精度平台,所述XZ轴高速高精度平台包括平台机架、X轴双动子运动机构、Z轴运动机构及控制器，所述X轴双动子运动机构的一端设于所述平台机架上，所述Z轴运动机构设于所述X轴双动子运动机构上，所述Z轴运动机构随着所述X轴双动子运动机构水平运动而垂直运动，所述控制器的输出端连接所述X轴双动子运动机构的控制端。通过直线电机双动子的高精度配合来实现机构的X位置及相应Z轴移动位置，定位精度很高，速度快，非常适合小负载、高速高精度的应用场合，可明显提高生产效率。

Description

XZ轴高速高精度平台

技术领域

本发明属于自动化设备技术改进领域，尤其涉及XZ轴高速高精度平台。

背景技术

目前在自动化行业，尤其是3C自动化装配产线上，很多生产工位需要实现物料的取放等动作，则需要相关机械机构能实现X轴左右移动、加上Z轴实现上下移动来实现相应动作；目前行业行里里面应用最普通的组合有：电机加丝杠作为X轴、Z轴使用电机加丝杠（Z轴方向可以实现多点运动精确控制）；或Z轴使用气缸实现两点运动。如对X轴只有两点位置要求，也可以使用气缸代替电机加丝杠的组合。

上面所有组合有一个较为突出的矛盾，仅适用于中低速使用场景，如需要实现较高速度X轴移动和Z轴上下运动，则较为困难。而且要实现较高精度（≤0.01mm）的定位也较为困难或者价格较高。大量应用着X轴加Z轴的应用场景，X轴与Z轴可以分别是丝杠模组或气缸等组合；这些XZ轴运动机构普通存在的问题是运行速度较低，运行精度一般，严重制约着产线的生产效率的提升。

随着技术的发展，工业生产线越来越追求高速高精度，以便提高产线的生产效率。但是传统的电机配丝杠或气缸的XZ轴传动模组已经难于满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供XZ轴高速高精度平台，旨在解决传统XZ轴机构运行速度慢，精度不太高的问题。

本发明是这样实现的，XZ轴高速高精度平台，所述XZ轴高速高精度平台包括平台机架、X轴双动子运动机构、Z轴运动机构及控制器，所述X轴双动子运动机构的一端设于所述平台机架上，所述Z轴运动机构设于所述X轴双动子运动机构上，所述Z轴运动机构随着所述X轴双动子运动机构水平运动而垂直运动，所述控制器的输出端连接所述X轴双动子运动机构的控制端。

本发明的进一步技术方案是：所述X轴双动子移动机构包括直线电机、第一动子、第二动子及滑动座，所述第一动子及第二动子分别设于所述滑动座上，所述直线电机分别驱动所述第一动子机第二动子在所述滑动座上运动。

本发明的进一步技术方案是：所述Z轴运动机构包括固定板、滑动板、第一固定座、第二固定座、滑轮组件、导向机构、连接绳索及工装安装板，所述固定板的背面设于所述第一动子上，所述滑动板设于固定板的正面一侧，所述滑轮组件设于所述固定板的正面另一侧，所述第一固定座及第二固定座分别设于所述滑动板的两端位于所述滑轮组件侧， 所述连接绳索的一端设于所述第一固定座上，所述连接绳索的另一端环绕经过滑轮机构设于所述第二固定座上，所述固定板上设有滑轮组件的侧面设有张力调节机构，所述工装安装板设于所述滑动板上，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索上，所述导向机构一端连接所述固定板，所述导向机构的另一端连接所述滑动板。

本发明的进一步技术方案是：所述滑轮机构包括三个滑轮，三个所述滑轮呈三角形设于所述固定板上；所述连接绳索为单股连接绳索。

本发明的进一步技术方案是：所述Z轴运动机构包括固定板、滑动板、导向机构、第一张力调节机构、第二张力调节机构、滑轮组件、工装安装板及连接绳索，所述固定板的背面与所述第一动子连接，所述滑动板设于所述的正面一侧，所述滑轮组件设于所述滑动板的正面另一侧，所述第一张力调节机构及第二张力调节机构分别设于所述滑动板的两端，所述连接绳索的一端连接所述第一张力调节机构，所述连接绳索的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构，所述导向机构的一端连接所述滑动板，所述导向机构设于所述固定板上，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索，所述工装安装板设于所述滑动板上。

本发明的进一步技术方案是：所述滑轮组件包括三个相同的滑轮，三个所述滑轮呈三角形分布设于所述固定板上，所述滑轮的圆面上设有多条并排的环槽。

本发明的进一步技术方案是：所述连接绳为双股并联连接绳或四股并联连接绳。

本发明的进一步技术方案是：所述Z轴运动机构包括定位板、滑动板、滑轮底板、滑轮组件、第一张力调节机构、第二张力调节机构、导向机构、连接绳索及工装安装板，所述定位板的背面连接所述第一动子，所述滑动板设于所述定位板的正面，所述导向机构一端连接所述滑动板，所述导向机构的另一端设于所述定位板上，所述滑轮组件设于所述滑轮底板上，所述滑轮底板的一端背面连接所述定位板，所述第一张力调节机构及第二张力调节机构分别设于所述滑动板的两端，所述工装安装板设于所述滑动板的正面下方，所述连接绳索的一端连接所述第一张力调节机构，所述连接绳索的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索。

本发明的进一步技术方案是：所述滑轮组件包括两个滑轮，两个所述滑轮分别设于所述滑轮底板的正面下方的两端，所述滑轮的圆面上设有平行的环槽；所述连接绳索为单股或多股并联。

本发明的进一步技术方案是：所述平台机架包括底板、竖板、横板、第一加强竖板、第二加强竖板、第三加强竖板及第四加强竖板，所述竖板的底端设于所述底板上，所述第一加强竖板及第二加强竖板置于所述竖板的一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述第三加强竖板及第四加强竖板置于所述竖板的另一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述横板置于所述第三加强竖板的顶面及第四加强竖板的顶面分别连接所述第三加强竖板、竖板及第四加强竖板。

本发明的有益效果是：通过直线电机双动子电磁直接驱动，效率高、速度快，很好地克服了以上缺陷；300mm行程往复周期可以达0.54s，综合精度在0.02mm以内。通过直线电机双动子的高精度配合来实现机构的X位置及相应Z轴移动位置，定位精度很高，速度快，非常适合小负载、高速高精度的应用场合，可明显提高生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的XZ轴高速高精度平台的正面结构示意图。

图2是本发明实施例提供的XZ轴高速高精度平台的背面结构示意图。

图3是本发明实施例提供的Z轴运动机构的正面结构示意图。

图4是本发明实施例提供的多股连接绳的Z轴运动机构的正面结构示意图。

图5是本发明实施例提供的双股连接绳的Z轴运动机构的正面结构示意图。

图6是本发明实施例提供的双滑轮的Z轴运动机构的正面结构示意图。

附图标记：10-平台机架 20-X轴双动子运动机构 30-Z轴运动机构 201-驱动座 301-固定板 302-滑动板 303第一固定座 304-第二固定座 305-滑轮 306-张力调节机构 307-连接绳索 308-工装安装板 309-第一张力调节机构 310-第二张力调节机构 311-环槽 312-定位板 313-滑轮底板 314-导向机构。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明提供的XZ轴高速高精度平台，包括平台机架10、X轴双动子运动机构20、Z轴运动机构30及控制器，将X轴双动子运动机构20安装在平台机架10的竖板上，Z轴运动机构30安装在X轴双动子运动机构20的第一动子上，将X轴双动子运动机构20的第二动子通过驱动座201与Z轴运动机构30的连接绳索307连接，使得Z轴运动机构30随着X轴双动子运动机构20水平运动而垂直运动，通过控制器生产指令，通过输出端将指令输出给X轴双动子运动机构20的直线电机的控制端，在接收到控制指令并执行动作，完成对应的动作。

所述X轴双动子移动机构20包括直线电机、第一动子、第二动子及滑动座，所述第一动子及第二动子分别设于所述滑动座上，所述直线电机分别驱动所述第一动子机第二动子在所述滑动座上运动。第一动子带动Z轴运动机构运动，利用第二动子带动连接绳索运动，使得滑动板能够做垂直的运动。

所述Z轴运动机构30包括固定板301、滑动板302、第一固定座303、第二固定座304、滑轮组件、导向机构314、连接绳索307及工装安装板302，所述固定板301的背面设于所述第一动子上，所述滑动板302设于固定板301的正面一侧，所述滑轮组件设于所述固定板301的正面另一侧，所述第一固定座303及第二固定座304分别设于所述滑动板302的两端位于所述滑轮组件侧， 所述连接绳索307的一端设于所述第一固定座303上，所述连接绳索307的另一端环绕经过滑轮机构设于所述第二固定座304上，所述固定板301上设有滑轮组件的侧面设有张力调节机构306，所述工装安装板307设于所述滑动板302上，所述第二动子的驱动座201连接所述连接绳索307上，所述导向机构314一端连接所述固定板301，所述导向机构314的另一端连接所述滑动板302。利用滑轮组的摩擦系数低，使得滑动板在做上下运动过程中能够可控，利用导向机构进行导向，使得滑动板更加的稳定，不会出现偏移。

所述滑轮机构包括三个滑轮305，三个所述滑轮305呈三角形设于所述固定板301上；所述连接绳索307为单股连接绳索。

所述Z轴运动机构包括固定板301、滑动板302、导向机构314、第一张力调节机构309、第二张力调节机构310、滑轮组件、工装安装板308及连接绳索307，所述固定板301的背面与所述第一动子连接，所述滑动板302设于所述固定板301的正面一侧，所述滑轮组件设于所述滑动板302的正面另一侧，所述第一张力调节机构309及第二张力调节机构310分别设于所述滑动板302的两端，所述连接绳索307的一端连接所述第一张力调节机构309，所述连接绳索307的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构310，所述导向机构314的一端连接所述滑动板302，所述导向机构314设于所述固定板301上，所述第二动子的驱动座201连接所述连接绳索307，所述工装安装板308设于所述滑动板302上。通过张力调节机构进行连接绳索的松紧进行调整，使得连接绳索能够一直保证在最佳状态中工作，使得该平台的精度更高。

所述滑轮组件包括三个相同的滑轮305，三个所述滑轮305呈三角形分布设于所述固定板301上，所述滑轮305的圆面上设有多条并排的环槽311。

所述连接绳索307为双股并联连接绳或四股并联连接绳。

所述Z轴运动机构包括定位板312、滑动板302、滑轮底板313、滑轮组件、第一张力调节机构309、第二张力调节机构310、导向机构308、连接绳索307及工装安装板，所述定位板312的背面连接所述第一动子，所述滑动板302设于所述定位板312的正面，所述导向机构314一端连接所述滑动板302，所述导向机构314的另一端设于所述定位板312上，所述滑轮组件设于所述滑轮底板313上，所述滑轮底板313的一端背面连接所述定位板312，所述第一张力调节机构309及第二张力调节机构310分别设于所述滑动板302的两端，所述工装安装板308设于所述滑动板302的正面下方，所述连接绳索307的一端连接所述第一张力调节机构309，所述连接绳索307的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构310，所述第二动子的驱动座201连接所述连接绳索307。

所述滑轮组件包括两个滑轮305，两个所述滑轮305分别设于所述滑轮底板313的正面下方的两端，所述滑轮305的圆面上设有平行的环槽311；所述连接绳索307为单股或多股并联。

固定板有两种方式，一种是一体结构的截面类似T字的板体结构，在其上设有多个减重口，另一种机构是由定位板和滑轮底板搭接一起组成的机构，将滑轮底板通过螺栓安装在定位板上，使得定位板和滑轮底板也组成一个像T形结构，这样的结构能够很好的安装滑动板和滑轮组件，通过设置在固定板上的开口，能够使得第二动子的驱动座更好的与连接绳索连接，其中连接绳索分为很多种，其分别为单股、双股并联及多股并联；连接绳索可以是钢丝绳，也可以是软性连接锁。

所述平台机架10包括底板、竖板、横板、第一加强竖板、第二加强竖板、第三加强竖板及第四加强竖板，所述竖板的底端设于所述底板上，所述第一加强竖板及第二加强竖板置于所述竖板的一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述第三加强竖板及第四加强竖板置于所述竖板的另一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述横板置于所述第三加强竖板的顶面及第四加强竖板的顶面分别连接所述第三加强竖板、竖板及第四加强竖板。

采用直线电机双动子并联结构，直线电机走位精度高，可以定位微米级，且加速快；机构X轴定位通过直线电机双动子同步X轴移动定位，机构Z轴上下移动通过双动子的X轴走位配合钢丝滑轮组实现。模组实现了XZ轴的高速高精度设计要求。

3)主要技术指标：

长x宽x高：914mm x 287.5mm x 728mm

水平移动行程：Max 300mm

垂直移动行程：Max 100mm

往复周期：0.54s

载重：3kg

Z轴末端走位精度：0.02mm

应用双动子并联直线电机，通过钢丝绳滑轮组将高精度直线电机双动子X轴的移动位移直接转化为Z轴的垂直位移，实现了XZ轴同步的高速高精度控制。

直线电机双动子通过滑轮将水平运动转化为垂直运动的；Z轴通过双动子协调配合X轴运动，其中直线电机动子驱动钢丝绳（钢丝绳可以是牛筋绳、碳纤维绳等其他所有类型的绳索或链条、单根或多根并联、串联布置均受本专利保护）组成的滑轮机构或链轮机构等，将X轴水平运动转为机构的Z轴上下运动的原理进行保护，所有以此类似的方案机构均与本专利冲突；与以上钢丝绳滑轮机构一样或类似的钢丝绳滑轮机构均与本专利冲突；整个装置的悬臂梁布局方式受本专利保护。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述XZ轴高速高精度平台包括平台机架、X轴双动子运动机构、Z轴运动机构及控制器，所述X轴双动子运动机构的一端设于所述平台机架上，所述Z轴运动机构设于所述X轴双动子运动机构上，所述Z轴运动机构随着所述X轴双动子运动机构水平运动而垂直运动，所述控制器的输出端连接所述X轴双动子运动机构的控制端；

所述X轴双动子运动机构包括直线电机、第一动子、第二动子及滑动座，所述第一动子及第二动子分别设于所述滑动座上，所述直线电机分别驱动所述第一动子及第二动子在所述滑动座上运动；

所述Z轴运动机构包括固定板、滑动板、第一固定座、第二固定座、滑轮组件、导向机构、连接绳索及工装安装板，所述固定板的背面设于所述第一动子上，所述滑动板设于固定板的正面一侧，所述滑轮组件设于所述固定板的正面另一侧，所述第一固定座及第二固定座分别设于所述滑动板的两端位于所述滑轮组件侧， 所述连接绳索的一端设于所述第一固定座上，所述连接绳索的另一端环绕经过滑轮机构设于所述第二固定座上，所述固定板上设有滑轮组件的侧面设有张力调节机构，所述工装安装板设于所述滑动板上，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索上，所述导向机构一端连接所述固定板，所述导向机构的另一端连接所述滑动板。

2.根据权利要求1所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述滑轮机构包括三个滑轮，三个所述滑轮呈三角形设于所述固定板上；所述连接绳索为单股连接绳索。

3.根据权利要求2所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述平台机架包括底板、竖板、横板、第一加强竖板、第二加强竖板、第三加强竖板及第四加强竖板，所述竖板的底端设于所述底板上，所述第一加强竖板及第二加强竖板置于所述竖板的一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述第三加强竖板及第四加强竖板置于所述竖板的另一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述横板置于所述第三加强竖板的顶面及第四加强竖板的顶面分别连接所述第三加强竖板、竖板及第四加强竖板。

4.XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述XZ轴高速高精度平台包括平台机架、X轴双动子运动机构、Z轴运动机构及控制器，所述X轴双动子运动机构的一端设于所述平台机架上，所述Z轴运动机构设于所述X轴双动子运动机构上，所述Z轴运动机构随着所述X轴双动子运动机构水平运动而垂直运动，所述控制器的输出端连接所述X轴双动子运动机构的控制端；

所述X轴双动子运动机构包括直线电机、第一动子、第二动子及滑动座，所述第一动子及第二动子分别设于所述滑动座上，所述直线电机分别驱动所述第一动子及第二动子在所述滑动座上运动;

所述Z轴运动机构包括固定板、滑动板、导向机构、第一张力调节机构、第二张力调节机构、滑轮组件、工装安装板及连接绳索，所述固定板的背面与所述第一动子连接，所述滑动板设于所述固定板的正面一侧，所述滑轮组件设于所述滑动板的正面另一侧，所述第一张力调节机构及第二张力调节机构分别设于所述滑动板的两端，所述连接绳索的一端连接所述第一张力调节机构，所述连接绳索的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构，所述导向机构的一端连接所述滑动板，所述导向机构设于所述固定板上，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索，所述工装安装板设于所述滑动板上。

5.根据权利要求4所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述滑轮组件包括三个相同的滑轮，三个所述滑轮呈三角形分布设于所述固定板上，所述滑轮的圆面上设有多条并排的环槽。

6.根据权利要求4或5所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述连接绳为双股并联连接绳或四股并联连接绳。

7.根据权利要求6所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述平台机架包括底板、竖板、横板、第一加强竖板、第二加强竖板、第三加强竖板及第四加强竖板，所述竖板的底端设于所述底板上，所述第一加强竖板及第二加强竖板置于所述竖板的一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述第三加强竖板及第四加强竖板置于所述竖板的另一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述横板置于所述第三加强竖板的顶面及第四加强竖板的顶面分别连接所述第三加强竖板、竖板及第四加强竖板。

8.XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述XZ轴高速高精度平台包括平台机架、X轴双动子运动机构、Z轴运动机构及控制器，所述X轴双动子运动机构的一端设于所述平台机架上，所述Z轴运动机构设于所述X轴双动子运动机构上，所述Z轴运动机构随着所述X轴双动子运动机构水平运动而垂直运动，所述控制器的输出端连接所述X轴双动子运动机构的控制端；

所述X轴双动子运动机构包括直线电机、第一动子、第二动子及滑动座，所述第一动子及第二动子分别设于所述滑动座上，所述直线电机分别驱动所述第一动子及第二动子在所述滑动座上运动；

所述Z轴运动机构包括定位板、滑动板、滑轮底板、滑轮组件、第一张力调节机构、第二张力调节机构、导向机构、连接绳索及工装安装板，所述定位板的背面连接所述第一动子，所述滑动板设于所述定位板的正面，所述导向机构一端连接所述滑动板，所述导向机构的另一端设于所述定位板上，所述滑轮组件设于所述滑轮底板上，所述滑轮底板的一端背面连接所述定位板，所述第一张力调节机构及第二张力调节机构分别设于所述滑动板的两端，所述工装安装板设于所述滑动板的正面下方，所述连接绳索的一端连接所述第一张力调节机构，所述连接绳索的另一端环绕过所述滑轮组件连接所述第二张力调节机构，所述第二动子的驱动座连接所述连接绳索。

9.根据权利要求8所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述滑轮组件包括两个滑轮，两个所述滑轮分别设于所述滑轮底板的正面下方的两端，所述滑轮的圆面上设有平行的环槽；所述连接绳索为单股或多股并联。

10.根据权利要求9所述的XZ轴高速高精度平台，其特征在于，所述平台机架包括底板、竖板、横板、第一加强竖板、第二加强竖板、第三加强竖板及第四加强竖板，所述竖板的底端设于所述底板上，所述第一加强竖板及第二加强竖板置于所述竖板的一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述第三加强竖板及第四加强竖板置于所述竖板的另一侧分别连接所述底板及所述竖板，所述横板置于所述第三加强竖板的顶面及第四加强竖板的顶面分别连接所述第三加强竖板、竖板及第四加强竖板。

Images