CN114499034A - 一种双向线性执行器 - Google Patents

Abstract

一种双向线性执行器，包括设置在外壳内的伺服电机、减速模块和执行模块，所述伺服电机通过所述减速模块将动力传递给所述执行模块，其特征在于：所述执行模块包括螺杆、第一推杆和第二推杆，所述螺杆的两端表面设有螺纹，两端的螺纹螺旋方向相反，所述第一推杆和第二推杆为空心结构，其中一端设有开口，内表面设有与所述螺杆螺纹相配合的螺纹，螺杆两端分别与第一推杆和第二推杆螺纹连接，螺杆的中部固定连接有螺杆齿轮，伺服电机的驱动轴通过所述减速模块与所述螺杆齿轮相连接并带动螺杆旋转。通过电机与齿轮结构带动螺杆旋转，再借助螺杆两侧相反的螺纹结构，实现两侧推杆同时进出的目的。

Description

一种双向线性执行器

技术领域

本发明涉及机电技术领域，尤其涉及一种双向线性执行器。

背景技术

执行器是自动控制系统中必不可少的一个重要组成部分。它的作用是接受控制器送来的控制信号，改变被控介质的大小，从而将被控变量维持在所要求的数值上或一定的范围内。在机床和工业机械、计算机外围设备等领域广泛应用。根据驱动方式不同，线性执行器通常分为机械线性执行器、气动线性执行器、液压线性执行器及机电机械执行器。其中机电线性执行器通过微型电机将旋转运动转换为线性运动，广泛应用于各个行业。

传统的线性执行器均是一侧推出，因此在需要进行双向运动时，缺乏有效的线性执行器。尤其在一些需要小型化精准控制的领域中，比如仿生手指的驱动结构中，现有的线性执行器控制精度较低，难以在双向驱动的过程中精确控制推杆的伸缩，影响手指的动作。而且现有的线性执行器，由于加工装配等原因会造成推杆的旋转偏移，其实际的推动距离和理论推动距离之间会存在偏差，造成控制精度的降低。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种可以精确定位、自动校正的双向线性执行器。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种双向线性执行器，包括设置在外壳内的伺服电机、减速模块和执行模块，所述伺服电机通过所述减速模块将动力传递给所述执行模块，其特征在于：所述执行模块包括螺杆、第一推杆和第二推杆，所述螺杆的两端表面设有螺纹，两端的螺纹螺旋方向相反，所述第一推杆和第二推杆为空心结构，其中一端设有开口，内表面设有与所述螺杆螺纹相配合的螺纹，螺杆两端分别与第一推杆和第二推杆螺纹连接，螺杆的中部固定连接有螺杆齿轮，伺服电机的驱动轴通过所述减速模块与所述螺杆齿轮相连接并带动螺杆旋转。

进一步的，所述第一推杆和第二推杆上设置有限位板，所述限位板活动连接在所述外壳的限位槽内，从而限制第一推杆和第二推杆只能沿着所述限位槽轴向移动。

进一步的，所述执行模块还包括滚珠轴承，所述滚珠轴承的外侧固定连接在所述外壳内，所述螺杆穿设在滚珠轴承的内侧。

进一步的，所述螺杆、第一推杆和第二推杆上的螺纹螺距大小可调节。

进一步的，所述减速模块采用四级减速机构，包括连接在第一齿轮轴上的第一齿轮和第二齿轮，连接在第二齿轮轴上的第三齿轮和第四齿轮，连接在第三齿轮轴上的第五齿轮和第六齿轮，连接在第四齿轮轴上的第七齿轮和第八齿轮，所述驱动轴上连接的驱动齿轮与所述第一齿轮相互啮合，所述第二齿轮与第三齿轮相互啮合，所述第四齿轮和第五齿轮相互啮合，所述第六齿轮和第七齿轮相互啮合，所述第八齿轮和螺杆齿轮相互啮合。

进一步的，还包括设置在所述外壳内的校正模块，所述校正模块采用双滑动电阻校正回路，包括第一电阻条、第二电阻条、金属条、电刷和驱动电路，所述电刷固定连接在所述第一推杆上，电刷的下端设置有第一刷头、第二刷头和第三刷头，所述第一电阻条、第二电阻条和金属条均和所述驱动电路电连接，所述第一刷头抵靠在第一电阻条上，所述第二刷头抵靠在金属条上，所述第三刷头抵靠在第二电阻条上，第一电阻条、金属条和驱动电路之间形成第一校正回路，第二电阻条、金属条和驱动电路之间形成第二校正回路。

进一步的，所述第一电阻条、第二电阻条、金属条平行设置在所述伺服电机外表面靠近所述电刷的一侧。

进一步的，所述外壳的底部设置有外壳固定孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、通过电机与齿轮结构带动螺杆旋转，再借助螺杆两侧相反的螺纹结构，实现两侧推杆同时进出的目的。2、通过调整螺纹的螺距可以实现两侧推杆以不同的速度比例伸缩。3、采用双电阻条和一个金属条形成两个滑动电阻回路，以此计算推杆实际推动距离与理论推动距离之间的校正系数，避免因加工装配等原因造成左右方向偏移带来的误差，实现推杆的精确定位。

附图说明

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例伺服电机、减速模块及部分校正模块结构示意图；

图3为本发明实施例减速模块结构示意图；

图4为本发明实施例螺杆结构示意图；

图5为本发明实施例第一推杆结构示意图；

图6为本发明实施例第一推杆剖面图；

图7为本发明实施例电刷结构示意图；

图8为本发明实施例双滑动电阻校正回路原理图一；

图9为本发明实施例双滑动电阻校正回路原理图二；

图10为本发明实施例工作运行原理图。

其中：1-外壳，2-伺服电机，3-减速模块，4-螺杆，5-第一推杆，6-第二推杆，7-限位板，8-滚珠轴承，9-校正模块，11-限位槽，12-外壳固定孔，21-驱动轴，22-驱动齿轮，41-螺杆齿轮，91-第一电阻条，92-第二电阻条，93-金属条，94-电刷，95-驱动电路，96-引线，301-第一齿轮轴，302-第一齿轮，303-第二齿轮，304-第二齿轮轴，305-第三齿轮，306-第四齿轮，307-第三齿轮轴，308-第五齿轮，309-第六齿轮，310-第四齿轮轴，311-第七齿轮，312-第八齿轮，313-第一固定板，314-第二固定板，315-第三固定板，316-支撑柱，941-第一刷头，942-第二刷头，943-第三刷头，卡扣-944，945-位置一，946-位置二。

具体实施方式

为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

图1-10示出了一种双向线性执行器的具体实施例，包括设置在外壳1内的伺服电机2、减速模块3、执行模块和校正模块9，执行模块包括螺杆4、第一推杆5和第二推杆6，螺杆4的两端表面设有螺纹，两端的螺纹螺旋方向相反，第一推杆5和第二推杆6为空心结构，其中一端设有开口，内表面设有与螺杆4螺纹相配合的螺纹，螺杆4两端分别与第一推杆5和第二推杆6螺纹连接，螺杆4的中部固定连接有螺杆齿轮41，伺服电机2的驱动轴21通过减速模块3与螺杆齿轮41相连接并带动螺杆4旋转。

优选的，如图1-3所示，校正模块9中的第一电阻条91、第二电阻条92、金属条93平行设置在伺服电机1外表面靠近电刷94的一侧，伺服电机2的驱动轴21既能顺时针旋转，也能逆时针旋转，它的旋转经由减速模块3减速，同时将驱动力增大，最后带动螺杆齿轮41旋转。

如图1-3所示，第一固定板313与第二固定板314镶嵌在外壳1内部，可用于固定减速模块3，伺服电机2的外壳固定连接在第一固定板313上。减速模块3位于第一固定板313与第二固定板314之间，第三固定板315设置在第一固定板313和第二固定板314之间。第一固定板313、第二固定板314和第三固定板315靠两个支承柱316连接。支承柱316与第一固定板313、第三固定板315之间靠螺纹连接，支承柱316与第二固定板314之间靠螺钉锁住。减速模块3包含四级减速机构，先是由伺服电机2的驱动轴21上连接的驱动齿轮22与第一齿轮轴301上的第一齿轮302啮合，形成第一级减速结构；再由第一齿轮轴301上的第二齿轮303与第二齿轮轴304上的第三齿轮305啮合，形成第二级减速结构；接着第二齿轮轴304上的第四齿轮306与第三齿轮轴307上的第五齿轮308啮合，形成第三级减速结构；最后由第三齿轮轴307上的第六齿轮309与第四齿轮轴310上的第七齿轮311啮合，形成第四级减速结构。第一齿轮轴301安装在第一固定板313与第二固定板314之间；第二齿轮轴304安装在第二固定板314与第三固定板315之间，其中一端安装在第四齿轮轴310的中间孔内。第三齿轮轴307安装在第二固定板314与第三固定板315之间。第四齿轮轴310安装在第三固定板315上，其上的第八齿轮312和第七齿轮311分别位于第三固定板315的两侧。第八齿轮312与螺杆齿轮41相互啮合，从而带动螺杆4旋转。

螺杆齿轮41安装在螺杆4中间，随着第八齿轮312的旋转而运动，然后带动螺杆4跟着旋转。

螺杆4的结构如图4所示，它的螺纹设置在螺杆4的两头，且两侧螺纹的方向相反，从而实现第一推杆5与第二推杆6在其上同时进或同时出；两侧螺纹的螺距也可以根据需要进行调节，从而实现第一推杆5与第二推杆6在两侧以不同的速度进出，且行程不一样。最终实现第一推杆5与第二推杆6在其上来回运动，并且速度不同。螺杆4中间无螺纹，以便于安装螺杆齿轮41。

本实施例的工作原理如图10所示，伺服电机2作为输入装置，它带动减速模块3运动。减速模块3与螺杆齿轮41啮合，带动螺杆齿轮41旋转，进而带动螺杆4跟着旋转。螺杆4两侧带有相反的螺纹，与两侧的第一推杆5和第二推杆6内的螺纹连接。随着螺杆4的旋转，第一推杆5和第二推杆6可以实现同步进出。

如图1，外壳1能辅助固定减速模块3、第一推杆5、第二推杆6和滚珠轴承8。外壳1上有两个圆孔，供第一推杆5与第二推杆6进出。外壳1上有一个扁孔，驱动电路95所连的引线96从此穿出外壳1。外壳1两侧的底部设置有两个外壳固定孔12，可用于将外壳1连同装置整体固定在例如仿生手指的驱动装置中，从而保证推杆在伸缩的过程中，装置整体的相对位置不发生移动。滚珠轴承8的外侧固定连接在外壳1内，内侧则穿设在螺杆4上，在螺杆4旋转的时候，起到支撑作用，同时降低在旋转过程的摩擦，保证螺杆4的回转精度。

第一推杆5的结构如图5、6所示，它的内侧带有与螺杆4的螺纹相配合的螺纹，与螺杆4之间相互螺纹连接，该螺纹部分较短。而螺纹部分再往里的部分，第一推杆5的内径变大，没有螺纹，不与螺杆4相互接触，可让第一推杆5在进出过程中，减少螺杆4与第一推杆5之间啮合的磨损。第一推杆5的外侧设置有两个类似矩形的限位板7，可让第一推杆5安装在外壳1内的限位槽11上，并可沿着限位槽11滑动。从而在螺杆4旋转过程中，实现第一推杆5的直线滑动运动，而不产生周向的旋转，让第一推杆5滑动的更加平稳。同时两个限位板7之间可以安装电刷94。而为了实现双向驱动，在第一推杆5的相反方向设置有第二推杆6，第二推杆6与第一推杆5结构相似，仅内部螺纹旋向相反，螺距不同，其上也设置有限位板7。

电刷94结构如图7所示，包括上端的卡扣944和下端的刷头结构，卡扣944固定连接在第一推杆5上，下端的刷头结构包括第一刷头941、第二刷头942和第三刷头943。

如图8所示，第一电阻条91、金属条93、第一刷头941、第二刷头942和驱动电路95之间构成闭合的第一校正回路，在第一推杆5向外推动的过程中，电刷94下端的第一刷头941和第二刷头942可以分别沿着第一电阻条91和金属条93移动，当第一刷头941停留在第一电阻条91的不同位置时，第一校正回路的有效电阻也随之变化。同理，第二电阻条92、金属条93、第二刷头942、第三刷头943和驱动电路95之间构成闭合的第二校正回路，在第一推杆5向外推动的过程中，电刷94下端的第三刷头943和第二刷头942可以分别沿着第二电阻条92和金属条93移动，当第三刷头943停留在第二电阻条92的不同位置时，第二校正回路的有效电阻也随之变化。驱动电路95通过引线96与外部电源相连接，可以用于驱动和控制伺服电机2和校正模块9。第一电阻条91和第二电阻条92分别在金属条93的两侧，随着电刷94停留的位置的变化，第一校正回路和第二校正回路中有效电阻的大小呈线性变化。

如图8、9所示，上述校正模块的原理为：根据测得的第一电阻条91和第二电阻条92分别在第一校正回路和第二校正回路中的有效电阻值，通过计算出它们的有效电阻之差，再根据电阻条的电阻系数，可以算出刷头的实际偏移量△d。将该偏移量△d同电刷上的第一刷头941和第三刷头943之间的距离x作商，再通过反三角函数即可确定因加工装配等原因造成左右方向旋转偏移的转角θ。之后根据转角θ，当电刷94随着第一推杆5从位置一945移动到位置二946时，可以算得第一推杆5的实际推动距离l与理论推动距离l’的比值，将该比值作为校正系数。此时，在控制伺服电机模块时提供该校正系数，增加伺服电机2的推出距离，弥补因加工装配等原因造成的旋转偏移影响，从而让推杆推至准确的位置。

上述具体实施方式，仅为说明本发明的技术构思和结构特征，目的在于让熟悉此项技术的相关人士能够据以实施，但以上内容并不限制本发明的保护范围，凡是依据本发明的精神实质所作的任何等效变化或修饰，均应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种双向线性执行器，包括设置在外壳(1)内的伺服电机(2)、减速模块(3)和执行模块，所述伺服电机(2)通过所述减速模块(3)将动力传递给所述执行模块，其特征在于：所述执行模块包括螺杆(4)、第一推杆(5)和第二推杆(6)，所述螺杆(4)的两端表面设有螺纹，两端的螺纹螺旋方向相反，所述第一推杆(5)和第二推杆(6)为空心结构，其中一端设有开口，内表面设有与所述螺杆(4)螺纹相配合的螺纹，螺杆(4)两端分别与第一推杆(5)和第二推杆(6)螺纹连接，螺杆(4)的中部固定连接有螺杆齿轮(41)，伺服电机(2)的驱动轴(21)通过所述减速模块(3)与所述螺杆齿轮(41)相连接并带动螺杆(4)旋转。

2.根据权利要求1所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述第一推杆(5)和第二推杆(6)上设置有限位板(7)，所述限位板(7)活动连接在所述外壳(1)的限位槽(11)内，从而限制第一推杆(5)和第二推杆(6)只能沿着所述限位槽(11)轴向移动。

3.根据权利要求2所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述执行模块还包括滚珠轴承(8)，所述滚珠轴承(8)的外侧固定连接在所述外壳(1)内，所述螺杆(4)穿设在滚珠轴承(8)的内侧。

4.根据权利要求3所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述螺杆(4)、第一推杆(5)和第二推杆(6)上的螺纹螺距大小可调节。

5.根据权利要求1所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述减速模块(3)采用四级减速机构，包括连接在第一齿轮轴(301)上的第一齿轮(302)和第二齿轮(303)，连接在第二齿轮轴(304)上的第三齿轮(305)和第四齿轮(306)，连接在第三齿轮轴(307)上的第五齿轮(308)和第六齿轮(309)，连接在第四齿轮轴(310)上的第七齿轮(311)和第八齿轮(312)，所述驱动轴(21)上连接的驱动齿轮(22)与所述第一齿轮(302)相互啮合，所述第二齿轮(303)与第三齿轮(305)相互啮合，所述第四齿轮(306)和第五齿轮(308)相互啮合，所述第六齿轮(309)和第七齿轮(311)相互啮合，所述第八齿轮(312)和螺杆齿轮(41)相互啮合。

6.根据权利要求5所述一种双向线性执行器，其特征在于：还包括设置在所述外壳(1)内的校正模块(9)，所述校正模块(9)采用双滑动电阻校正回路，包括第一电阻条(91)、第二电阻条(92)、金属条(93)、电刷(94)和驱动电路(95)，所述电刷(94)固定连接在所述第一推杆(5)上，电刷(94)的下端设置有第一刷头(941)、第二刷头(942)和第三刷头(943)，所述第一电阻条(91)、第二电阻条(92)和金属条(93)均和所述驱动电路(95)电连接，所述第一刷头(941)抵靠在第一电阻条(91)上，所述第二刷头(942)抵靠在金属条(93)上，所述第三刷头(943)抵靠在第二电阻条(92)上，第一电阻条(91)、金属条(93)和驱动电路(95)之间形成第一校正回路，第二电阻条(92)、金属条(93)和驱动电路(95)之间形成第二校正回路。

7.根据权利要求6所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述第一电阻条(91)、第二电阻条(92)、金属条(93)平行设置在所述伺服电机(2)外表面靠近所述电刷(94)的一侧。

8.根据权利要求1所述一种双向线性执行器，其特征在于：所述外壳的底部设置有外壳固定孔。

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