CN116488423A - 一种大中空直驱微动对位平台 - Google Patents

一种大中空直驱微动对位平台 Download PDF

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荣伟明
杨小军
王书华
王建云
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • HELECTRICITY
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    • H02K5/00Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
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    • H02K5/173Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings
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Abstract

本发明属于微动平台技术领域,涉及一种大中空直驱微动对位平台,包括:底座,表面设有十字交叉滑轨组件;运动平台,通过十字交叉滑轨组件与底座连接,所述运动平台可相对底座沿X轴方向和Y轴方向滑动;电机模组,固定在底座上,两个所述电机模组分别用于驱动十字交叉滑轨组件的滑块沿X轴方向或Y轴方向滑动;旋转平台,通过轴承安装在运动平台上;旋转电机,固定在运动平台上用于驱动所述旋转平台旋转。

Description

一种大中空直驱微动对位平台
技术领域
本发明属于微动平台技术领域,涉及一种大中空直驱微动对位平台。
背景技术
在制造业中,微动平台相比普通的运动平台,微动平台的载荷和行程较小,但是具有体积尺寸更小,响应更快、精度和稳定性更高的特点。微动平台适用于需要高精度、小型、精致运动的场景,而运动平台则更适合需要承载大载荷、控制较大运动范围的场景。故微动平台通常用于纳米精度的成像、精密加工、精密测量和医疗设备等领域。
现有的微动平台多采用步进电机驱动,对于6自由度的微动平台,这种驱动方式及机构往往需要三层平台结构组成,即X轴方向、Y轴方向、Z轴旋转方向各对应一个平台结构,体积和质量较大,惯性高响应速度较底。且对于极高精度需求的生产环境,这种结构及方式存在较大的机械虚位,精度无法满足。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足,提供一种大中空直驱微动对位平台,通过十字交叉滑轨组件和直驱电机配合,减少微动平台的体积,提高响应速度和精度。
为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:
一种大中空直驱微动对位平台,包括:
底座,表面设有十字交叉滑轨组件;
运动平台,通过十字交叉滑轨组件与底座连接,所述运动平台可相对底座沿X轴方向和Y轴方向滑动;
电机模组,固定在底座上,两个所述电机模组分别用于驱动十字交叉滑轨组件的滑块沿X轴方向或Y轴方向滑动;
旋转平台,通过轴承安装在运动平台上;
旋转电机,固定在运动平台上用于驱动所述旋转平台旋转。
进一步的,所述十字交叉滑轨组件包括第一滑轨、第一滑块、第二滑轨和第二滑块;
所述第一滑轨与底座固定连接,所述第一滑块滑动安装在第一滑轨上;
所述第二滑轨与第一滑块连接并与第一滑轨垂直,所述第二滑块滑动安装在第二滑轨上,所述运动平台与第二滑轨固定连接。
进一步的,所述交叉滑轨组件数量为四个,所述交叉滑轨组件均匀地分布在底座的四周。
进一步的,所述底座上相邻的十字交叉滑轨组件安装方向互相垂直,两个所述电机模组互相垂直且位于同一平面。
进一步的,所述电机模组为直线直驱电机,两个所述直线直驱电机的动子分别连接相邻的十字交叉滑轨组件的第一滑块。
进一步的,所述第一滑轨的两侧设有限位柱。
进一步的,所述旋转电机为弧形直驱电机,所述弧形直驱电机的定子与运动平台固定连接,所述弧形直驱电机的动子连接旋转平台。
进一步的,所述直线直驱电机的定子的两端设有限位柱。
进一步的,所述底座、运动平台和旋转平台的中间处均设有用于供线材穿过的通孔。
进一步的,所述轴承为交叉滚子轴承。
应运本发明的技术方案,相对于现有技术具有以下优点:
1.体积更小,厚度更薄,通过十字交叉滑轨组件代替传统X轴平台和Y轴平台叠加的结构,极大的减少了微动对位平台的体积和厚度;
2.通过直驱电机代替步进电机进行驱动,省去了中间的传动机构,一方面减小了微动对位平台的体积,另一方面提高了运动精度;
3.通过相邻的十字交叉滑轨组件互相垂直安装,对应的X轴和Y轴方向的直线直驱电机可以安装在同一平面,没有高度差,极大的减少了微动对位平台的厚度和体积,提高空间利用率;
4.更小的设备体积和质量,可以有效提高运动及转向的响应速度,提高效率及运动精度。
发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
下面结合附图对本发明进行详细的描述,以使得本发明的上述优点更加明确。
图1是本发明一种大中空直驱微动对位平台的示意图;
图2是本发明一种大中空直驱微动对位平台的爆炸图;
图3是本发明一种大中空直驱微动对位平台的十字交叉滑轨组件示意图;
图4是本发明一种大中空直驱微动对位平台的十字交叉滑轨组件安装示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参考附图1-3所示,一种大中空直驱微动对位平台,包括:
底座100,表面设有十字交叉滑轨组件200;
运动平台300,通过十字交叉滑轨组件200与底座100连接,所述运动平台300可相对底座100沿X轴方向和Y轴方向滑动;
电机模组,固定在底座100上,两个所述电机模组分别用于驱动十字交叉滑轨组件200的滑块沿X轴方向或Y轴方向滑动;
旋转平台500,通过轴承安装在运动平台300上;
旋转电机,固定在运动平台300上用于驱动所述旋转平台500旋转。
微动平台和普通运动平台300的主要区别在于其运动范围的大小,微动平台的运动范围相对较小,一般为微米级别,而运动平台300的运动范围可以为数十厘米到数米甚至更大。设计微动平台的难点在以下几个方面:
1.精度要求高:由于微动平台的运动范围极小,因此其精度要求非常高。设计者需要考虑到微小的误差可能会对系统产生巨大的影响,因此需要采用高精度的传感器、驱动器等元件;
2.动力学效应影响大:微动平台中的运动系统非常轻巧,因此动力学效应对系统性能的影响很大。
运动平台300与底座100之间通过十字交叉滑轨组件200连接,十字交叉滑轨组件200是由两条互相垂直的直线滑轨组成,通过在底座100的平面上均匀的设置十字交叉滑轨组件200,再保证承托旋转电机的运动平台300均有X轴和Y轴自由度的前提下,减少一个平台结构,体积更小,厚度更薄。且因相对于现有技术的三平台结构,少了一个平台结构,其自重减少,惯性降低,有助于提高微动对位平台的响应速度和运行精度。
外界的机械手安装在旋转平台500上,两个所述电机模组分别用于驱动十字交叉滑轨组件200的滑块沿X轴方向或Y轴方向滑动,从而带动运动平台300和运动平台300上装置水平位移。运动平台300上的旋转电机用浓郁驱动旋转平台500旋转。十字交叉滑轨组件200、运动平台300与旋转平台500可以实现6自由度快速微动。
本实施案例中,所述十字交叉滑轨组件200包括第一滑轨210、第一滑块220、第二滑轨230和第二滑块240;
所述第一滑轨210与底座100固定连接,所述第一滑块220滑动安装在第一滑轨210上;
所述第二滑轨230与第一滑块220连接并与第一滑轨210垂直,所述第二滑块240滑动安装在第二滑轨230上,所述运动平台300与第二滑轨230固定连接。第一滑轨210与第一滑块220配合,满足运动平台300X轴方向的滑动。因微动对位平台的行程较小,故第二滑轨230直接安装在第一滑块220上,省去了一层平台结构,减少体积及厚度,第二滑轨230与第二滑块240配合满足运动平台300Y轴方向的滑动。
本实施案例中,所述交叉滑轨组件数量为四个,所述交叉滑轨组件均匀地分布在底座100的四周。为了保证运动平台300的受力均匀,均匀布置交叉滑轨组件避免运动平台300出现倾斜影响微动对位的精度。安装时一方面需要保证运动平台300的受力均匀,均匀布置交叉滑轨组件。另一方面,在安装交叉滑轨组件需要保证交叉滑轨组件之间的同方向的滑轨互相平行,确保运动平台300运动的平滑。
参考附4所示,本实施案例中,所述底座100上相邻的十字交叉滑轨组件200安装方向互相垂直,两个所述电机模组互相垂直且位于同一平面。因十字交叉滑轨组件200是由两条互相垂直的滑轨组成,安装时只要确保交叉滑轨组件之间的同方向的滑轨互相平行,就不会影响运动平台300的运动。
但是底座100上相邻的十字交叉滑轨组件200安装方向互相垂直,在安装电机模组时,可以确保两个所述电机模组位于同一平面,不存在高低差,极大的减少微动对位平台的体积和厚度。
本实施案例中,所述电机模组为直线直驱电机400,两个所述直线直驱电机400的动子分别连接相邻的十字交叉滑轨组件200的第一滑块220。
设两个所述直线直驱电机400的一个为X轴直驱电机410另一个为Y轴直驱电机420,与X轴直驱电机410连接十字交叉滑轨组件200为X轴十字交叉滑轨组件250,与Y轴直驱电机420连接的十字交叉滑轨组件200为Y轴十字交叉滑轨组件260。
安装时,X轴直驱电机410紧贴底座100固定,与X轴直驱电机410的连接X轴十字交叉滑轨组件250的第一滑轨210方向与X轴直驱电机410的行程方向平行。
在安装Y轴直驱电机420时,若与Y轴十字交叉滑轨组件260安装方向与X轴十字交叉滑轨组件250的方向相同,则Y轴十字交叉滑轨组件260的第一滑轨210方向与Y轴直驱电机420垂直,Y轴十字交叉滑轨组件260的第二滑轨230方向才与Y轴直驱电机420的方向相同,此时若要连接Y轴十字交叉滑轨组件260和Y轴直驱电机420,就需要垫高Y轴直驱电机420,这会使微动对位平台的厚度增加,体积增大。
故需要是Y轴十字交叉滑轨组件260的安装方向与X轴的安装方向垂直,那么Y轴十字交叉滑轨组件260的第一滑轨210方向与Y轴直驱电机420的电机方向保持一致。
这样可以使X轴直驱电机410与Y轴直驱电机420位于同一平面。提高空间利用率,同时,X轴直驱电机410与Y轴直驱电机420与十字交叉滑轨组件200的连接方式和结构可以保持一致,在生产制造时可以减少开模成本,也减少装备时零件的方向辨认难度。
本实施案例中,X轴直驱电机410和Y轴直驱电机420都设有读数头,直驱电机中的读取头是用于检测动子位置的重要部件。从而保证运动精度。
本实施案例中,所述第一滑轨210的两侧设有限位柱800。通过限位柱800对微动对位平台进行保护,避免因读数头的传感故障导致运动平台300的脱轨。
本实施案例中,所述旋转电机为弧形直驱电机600,所述弧形直驱电机600的定子与运动平台300固定连接,所述弧形直驱电机600的动子连接旋转平台500。首先针对微动对位平台微动的实际运动场景,采用弧形直驱电机600,相比于环形的直驱电机,减少了不必要的体积、重量及成本。同时弧形直驱电机600相比于传统的旋转结构,直接将电能转换为机械能,减少了能量转化的损耗,因此效率更高。且直接驱动电机的结构更加紧凑,减少了传统马达需要的齿轮、减速器等部件,因此体积和重量更轻。由于直接驱动电机的结构更加简单,减少了机械结构的转动惯量,响应速度更快。
本实施案例中,所述直线直驱电机400的定子的两端设有限位柱800。通过限位柱800对微动对位平台进行保护,避免因读数头的传感故障导致旋转平台500的脱轨。
本实施案例中,所述底座100、运动平台300和旋转平台500的中间处均设有用于供线材穿过的通孔。
一方面中空的结构方便走线,避免控制和供电线材干涉微动对位平台的运动和工作,另一方面,中空的结构在不影响结构刚度的情况下减少了运动平台300和旋转平台500的质量,更小的设备体积和质量,可以有效提高运动及转向的响应速度,提高效率及运动精度。
本实施案例中,所述轴承为交叉滚子轴承700。交叉滚子轴承700,又称为十字滚子轴承,是一种高负载、高刚度和高精度的轴承。它的内、外圈为V字形的滚道,滚子则是十字型的,这样设计使得该轴承既可以承受径向载荷,也可以承受轴向载荷和组合载荷,对刚度和精度的要求都非常高。由于十字滚子均布于滚道上,所以使得该轴承承受载荷时分布均匀,摩擦系数小,噪音低,寿命长,经济性高等优点。因此,交叉滚子轴承700广泛应用于机床、工业机器人、冶金、电力、航空、航天等领域,尤其在高速、精密及重载等工况下表现更加突出。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,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 (10)

1.一种大中空直驱微动对位平台,其特征在于,包括:
底座(100),表面设有十字交叉滑轨组件(200);
运动平台(300),通过十字交叉滑轨组件(200)与底座(100)连接,所述运动平台(300)可相对底座(100)沿X轴方向和Y轴方向滑动;
电机模组,固定在底座(100)上,两个所述电机模组分别用于驱动十字交叉滑轨组件(200)的滑块沿X轴方向或Y轴方向滑动;
旋转平台(500),通过轴承安装在运动平台(300)上;
旋转电机,固定在运动平台(300)上用于驱动所述旋转平台(500)旋转。
2.根据权利要求1所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述十字交叉滑轨组件(200)包括第一滑轨(210)、第一滑块(220)、第二滑轨(230)和第二滑块(240);
所述第一滑轨(210)与底座(100)固定连接,所述第一滑块(220)滑动安装在第一滑轨(210)上;
所述第二滑轨(230)与第一滑块(220)连接并与第一滑轨(210)垂直,所述第二滑块(240)滑动安装在第二滑轨(230)上,所述运动平台(300)与第二滑轨(230)固定连接。
3.根据权利要求2所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述交叉滑轨组件数量为四个,所述交叉滑轨组件均匀地分布在底座(100)的四周。
4.根据权利要求3所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述底座(100)上相邻的十字交叉滑轨组件(200)安装方向互相垂直,两个所述电机模组互相垂直且位于同一平面。
5.根据权利要求4所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述电机模组为直线直驱电机(400),两个所述直线直驱电机(400)的动子分别连接相邻的十字交叉滑轨组件(200)的第一滑块(220)。
6.根据权利要求5所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述第一滑轨(210)的两侧设有限位柱(800)。
7.根据权利要求1所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述旋转电机为弧形直驱电机(600),所述弧形直驱电机(600)的定子与运动平台(300)固定连接,所述弧形直驱电机(600)的动子连接旋转平台(500)。
8.根据权利要求1所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述直线直驱电机(400)的定子的两端设有限位柱(800)。
9.根据权利要求1所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述底座(100)、运动平台(300)和旋转平台(500)的中间处均设有用于供线材穿过的通孔。
10.根据权利要求1所述大中空直驱微动对位平台,其特征在于,所述轴承为交叉滚子轴承(700)。
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