CN202964020U - 一种xyz空间定位装置 - Google Patents

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徐敏
富巍
周承仙
周中伟
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Abstract

本实用新型公开了一种XYZ空间定位装置，包括XYZ三维运动平台及用以控制运动平台动作的运动控制系统；所述的XYZ三维运动平台包括底座、固定于底座上的X轴运动机构、安装于X轴运动机构之上的Y轴运动机构及安装于Y轴运动机构之上的Z轴运动机构，而XYZ三轴运动机构分别包括轴移动组件及轴滑动组件，且三者呈笛卡尔空间坐标结构设置。这种笛卡尔空间坐标结构，不但结构简单、空间运动轨迹清晰，且增加了定位装置的可操作性，可以使装置结构满足运动学要求。

Description

一种XYZ空间定位装置
技术领域
本实用新型属于精密定位的技术领域，尤其涉及一种XYZ空间定位装置。 
背景技术
随着机械技术的发展，控制水平的提高，空间定位技术已成为不少领域的需求。一个定位装置在定位过程中有两个重要指标，即可控性指标、定位空间尺度指标。 
目前，大部分的定位装置只具有XY轴两个自由度，Z轴的定位是另外一个独立的装置，因此只能实现平面内的定位，而无法实现三维空间内的定位。这种定位装置在机械加工等领域中比较适用，但是在对于跟踪等领域则无法满足要求。 
现在，国内外也已经研发了多款三自由度的定位装置，但是这些定位装置在各具特点的同时都存在一些不足，例如，部分定位装置可定位空间小，影响其工作范围，控制的实时性和稳定性低，影响机构的动态性能，装置机构设计不够合理，短时间运行后出现磨损，影响定位的精度。 
于2008年9月10日授权公告的CN201111957Y中国实用新型专利就公开了一种“三轴运动平台”，该专利前案虽然可以实现三轴定位，但是X轴运动系统是横跨在两个Y轴运动系统之间的，这样要令两个Y轴运动系统同步移动很难保证，因此很难保证精确的定位。 
实用新型内容
针对现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种具有较大定位空间，结构设计简单，动态性能良好的XYZ三维空间定位装置。 
为解决上述技术问题，本实用新型的技术解决方案是： 
一种XYZ空间定位装置，包括XYZ三维运动平台及用以控制运动平台动作的运动控制系统；所述的XYZ三维运动平台包括底座、固定于底座上的X轴运动机构、安装于X轴运动机构之上的Y轴运动机构及安装于Y轴运动机构之上的Z轴运动机构，而XYZ三轴运动机构分别包括轴移动组件及轴滑动组件，且三者呈笛卡尔空间坐标结构设置。
所述的轴移动组件包括基座、安装在基座上的丝杠、与丝杠配合的内嵌滚珠组件以及可带动丝杠转动的伺服电机。 
所述的丝杠两端各设置有一个限位开关。 
所述的伺服电机为带编码器和减速器的直流伺服电机或者为单独带编码器的直流伺服电机，并采用闭环控制。 
所述的轴滑动组件包括安装在所述基座上的两根导轨及与导轨配合的导轨滑动组件，该导轨滑动组件与所述内嵌滚珠组件固定连接。 
所述的导轨滑动组件上固定有一支撑组件。 
所述的基座为中空设计，其包括底板及前后两侧板，所述的丝杠连同内嵌滚珠组件置于两侧板内中间，所述的两根导轨平行置于该丝杠的两侧。 
所述的两个侧板之上设置有一防尘盖。 
所述XYZ三轴运动机构还包括设置在所述轴移动组件一侧的光栅尺及设置在所述轴滑动组件上的光栅尺探头，该光栅尺探头置于光栅尺上。 
所述的Z轴滑动组件上设有可实现空间位置指示的指针。 
采用上述方案后，本实用新型具有下述优点： 
1．由于XYZ三轴运动机构采取笛卡尔空间坐标结构，不但结构简单、空间运动轨迹清晰，且增加了定位装置的可操作性，可以使装置结构满足运动学要求；
2．由于丝杠和内嵌滚珠组件采用了内嵌滚珠设计，满足了运动时的高精度和急停时的高稳定性；
3．由于采用带增量编码器和减速器的直流伺服电机闭环控制，控制实时性好，控制精度高，可通过程序实现电机实时调速，从而调节各个轴的运动速度和加速度，定位效果更佳逼真。
本实用新型不仅定位精度高，而且整个装置可操作度、静态稳定性和动态稳定性都得到很大改善，使运动趋于连续、平滑、无冲击、无阻滞，从而实现高精度实时定位。 
附图说明
图1是本实用新型的立体结构总体视图； 
图2是本实用新型轴移动组件结构示意图；
图3是本实用新型轴滑动组件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详述。 
本实用新型所揭示的是一种XYZ空间定位装置，如图1所示，为本实用新型的较佳实施例。所述的XYZ空间定位装置包括XYZ三维运动平台及用以控制运动平台动作的运动控制系统。其中： 
所述的XYZ三维运动平台包括底座1、固定于底座1上的X轴运动机构2、安装于X轴运动机构2之上的Y轴运动机构3及安装于Y轴运动机构3之上的Z轴运动机构4，而X、Y、Z三轴运动机构2、3、4分别包括轴移动组件及轴滑动组件，且XYZ三轴运动机构呈笛卡尔空间坐标结构。即：X轴移动组件固定于底座1上，X轴移动组件通过X轴滑动组件与Y轴移动组件垂直相接触，X轴滑动组件连同Y轴移动组件可以在X轴移动组件上做矢量滑动，X轴滑动组件初始位置置于X轴移动组件的中点处。Z轴运动机构4垂直于XY轴运动机构的平面，并通过Y轴滑动组件与Y轴移动组件垂直连接，Z轴运动机构4连同Y轴滑动组件的初始位置置于Y轴移动组件的中心。Z轴移动组件上安装有Z轴滑动组件，该Z轴滑动组件上可以设置一用以空间位置指示的指针5或者其他需要定位或移动的物件，该指针5可以通过永久磁铁垂直置于Z轴滑动组件上。
上述X、Y、Z三轴运动机构2、3、4的结构相同，都包括轴移动组件及轴滑动组件。以下对各轴结构统一说明。 
所述的轴移动组件6如图2所示，其包括基座61、安装在基座61上的丝杠62、与丝杠62配合的内嵌滚珠组件63以及可带动丝杠62转动的伺服电机64。另外，所述的丝杠62两端可以各设置一限位开关65，用以限制内嵌滚珠组件63的极限移动位置。所述的基座61可以采用中空设计，即包括底板611及前后两侧板612，两个侧板612之上可再设置一防尘盖613；所述的丝杠62连同内嵌滚珠组件63置于两侧板612内中间。所述的伺服电机64可以为带编码器66和减速器的直流伺服电机，或者为单独带编码器66的直流伺服电机，并采用闭环控制。 
所述的轴滑动组件7如图3所示，其包括安装在上述基座61上的两根导轨71及与导轨71配合的导轨滑动组件72，该导轨滑动组件72与所述内嵌滚珠组件63固定连接，并同时可与安装在其上的另一轴移动组件6的基座61相连，或者用于固定所述的指针5。为了方便另一基座或者所述指针5的固定，可以在所述的导轨滑动组件72上再固定一支撑组件73，通过该支撑组件73固定所述的指针5及另一个基座61。另外，所述的两根导轨71可以平行置于所述丝杠62的两侧，以增加移动的平稳性。 
为了提高运动机构的定位精度，还可以在所述的X、Y、Z三轴运动机构2、3、4上设置测量装置，该测量装置包括设置在所述轴移动组件6一侧的光栅尺81及设置在所述轴滑动组件7上的光栅尺探头82，该光栅尺探头82置于光栅尺81上，而该光栅尺81可以为微米极光栅尺。本实施例，所述的光栅尺81位于所述基座61的外侧，所述光栅尺探头82设置在所述导轨滑动组件72上。 
运动控制系统（图中未示出）用以控制各轴运动机构的伺服电机64动作，进而带动所述丝杠62转动，从而实现对XYZ三维运动平台的定位控制，并通过该运动控制系统控制X、Y、Z三轴协调运动可实现空间定位，使所述指针5可以准确指示定位位置。由于每一轴运动均是矢量运动，三轴联合运动即准确实现空间矢量定位。 
以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用来限定本实用新型实施的范围。故但凡依本实用新型的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本实用新型专利涵盖的范围之内。 

Claims (10)

1.一种XYZ空间定位装置，包括XYZ三维运动平台及用以控制运动平台动作的运动控制系统；其特征在于：所述的XYZ三维运动平台包括底座、固定于底座上的X轴运动机构、安装于X轴运动机构之上的Y轴运动机构及安装于Y轴运动机构之上的Z轴运动机构，而XYZ三轴运动机构分别包括轴移动组件及轴滑动组件，且三者呈笛卡尔空间坐标结构设置。
2.根据权利要求1所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的轴移动组件包括基座、安装在基座上的丝杠、与丝杠配合的内嵌滚珠组件以及可带动丝杠转动的伺服电机。
3.根据权利要求2所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的丝杠两端各设置有一个限位开关。
4.根据权利要求2所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的伺服电机为带编码器和减速器的直流伺服电机或者为单独带编码器的直流伺服电机，并采用闭环控制。
5.根据权利要求2-4之一所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的轴滑动组件包括安装在所述基座上的两根导轨及与导轨配合的导轨滑动组件，该导轨滑动组件与所述内嵌滚珠组件固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的导轨滑动组件上固定有一支撑组件。
7.根据权利要求5所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的基座为中空设计，其包括底板及前后两侧板，所述的丝杠连同内嵌滚珠组件置于两侧板内中间，所述的两根导轨平行置于该丝杠的两侧。
8.根据权利要求7所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的两个侧板之上设置有一防尘盖。
9.根据权利要求1所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述XYZ三轴运动机构还包括设置在所述轴移动组件一侧的光栅尺及设置在所述轴滑动组件上的光栅尺探头，该光栅尺探头置于光栅尺上。
10.根据权利要求1所述的一种XYZ空间定位装置，其特征在于：所述的Z轴滑动组件上设有可实现空间位置指示的指针。
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