CN209083717U - 一种气-电复合驱动执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种气‑电复合驱动执行器，包括伺服电机驱动组件、控制组件、伺服气缸组件、耦合机构，伺服气缸组件包括气缸，活塞导杆上设有油道B和油道C，气缸活塞上沿径向设有方形孔，耦合机构包括导柱、小柱塞、弹簧和楔形块，导柱的一端伸入活塞导杆内，导柱上设有矩形沟槽D，小柱塞和楔形块均位于方形孔内，弹簧的两端分别与小柱塞的顶部以及楔形块连接，楔形块固定于气缸活塞上，楔形块与小柱塞、气缸活塞和活塞导杆之间形成密闭空间，油道B和油道C均与密闭空间连通，伺服电机驱动组件通过滚珠丝杠结构驱动导柱直线运动，控制组件与伺服气缸组件、耦合机构以及伺服电机驱动组件连接，本实用新型具备电机驱动与气压驱动的优点。

Description

一种气-电复合驱动执行器

技术领域

本实用新型涉及执行器的技术领域，尤其涉及一种气-电复合驱动执行器。

背景技术

随着工业自动化发展，气压驱动执行器与电机驱动执行器在不同场合应用越来越广泛。

气压驱动执行器通过使气体压力发生变化的方式完成信号与动力的传送工作，具有承载能力强、输出力大的优点，常被用于所需功率质量比大的场合。但是由于气缸的输出力主要是由气缸两腔的气体提供，气体的压缩性较强，同时气动系统存在非线性的因素，特别是当气缸内部摩擦力无法准确确定的时候,导致气缸定位精度较低。因此，气动执行器不适合所需定位精度高的场合。

电机驱动执行器通过利用滚珠丝杠、滚珠螺母将电机的旋转运动变成直线运动，具有定位准确、可靠性好、抗干扰能力强等优点，常被应用于对定位精度要求较高的场合。但是，电动执行器的电机所需要的功率比较大，不仅损耗的电能较多，相应的电机所占用的空间也大。因此，电动执行器不适用功率质量比大的场合。

综上所述，现有技术中的驱动执行器存在大质量功率比与高定位精度之间难以协调的矛盾，因此，现有技术中的单一驱动装置已经难以满足负载的要求。

实用新型内容

针对现有技术中存在不足，本实用新型提供了一种气-电复合驱动执行器，能够结合气压驱动和电机驱动的优点，在所需质量功率比较大的场合仍能实现高精度定位。

本实用新型是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种气-电复合驱动执行器，包括：伺服电机驱动组件、控制组件、伺服气缸组件和耦合机构；

其中，所述伺服气缸组件包括气缸前端盖、气缸缸体、气缸活塞、活塞导杆、气缸导向套和气缸后端盖，所述活塞导杆上设有油道B和油道C，所述气缸活塞上沿径向设有两个方形孔，两个所述方形孔关于所述气缸活塞的轴线对称；

所述耦合机构包括导柱、小柱塞、弹簧和楔形块，所述导柱的一端沿所述活塞导杆的轴向伸入活塞导杆内，所述导柱上沿轴向设有两个矩形沟槽D，所述矩形沟槽D与所述方形孔一一对应，每个所述方形孔内均设有小柱塞、弹簧和楔形块，所述弹簧的两端分别与所述小柱塞的顶部以及楔形块连接，所述楔形块与所述气缸活塞固定连接，所述楔形块与小柱塞、气缸活塞和活塞导杆之间形成密闭空间，所述油道B和油道C均与所述密闭空间连通，所述密闭空间内通入高压油后，所述小柱塞能够压紧底部所述矩形沟槽D，实现所述导柱与所述气缸活塞的锁紧固定；

所述伺服电机驱动组件与所述导柱连接，用于驱动导柱直线运动；

所述控制组件与所述伺服气缸组件、所述耦合机构以及所述伺服电机驱动组件连接，所述控制组件首先控制所述伺服气缸组件完成大部分行程，然后控制耦合机构动作，使得所述伺服电机驱动组件与所述伺服气缸组件耦合连接，最后，控制所述伺服电机驱动组件驱动所述伺服气缸组件完成剩余行程。

优选的，所述控制组件包括：气液增压缸、控制器、液压软管、第一气管、比例控制阀、开关控制阀和第二气管；

所述气缸活塞将所述气缸缸体的内腔分为左腔室和右腔室，所述第一气管连通气源与所述左腔室，所述第二气管连通气源与所述右腔室，所述第一气管和第二气管均与所述比例控制阀连接；

所述气液增压缸通过液压软管与所述油道B和油道C连通，所述开关控制阀与所述液压软管连接；

所述比例控制阀和开关控制阀均与所述控制器连接。

优选的，所述伺服电机驱动组件包括伺服电机、凸缘联轴器、滚珠丝杠和滚珠螺母；

所述伺服电机的电机轴通过所述凸缘联轴器与所述滚珠丝杠连接，所述滚珠螺母与所述滚珠丝杠螺纹连接，所述滚珠螺母与所述导柱的另一端固定连接，所述伺服电机与所述控制器连接。

优选的，所述伺服气缸组件还包括磁致式伸缩位移传感器，所述磁致式伸缩位移传感器的一端与所述气缸前端盖相连，另一端的活动磁铁固定在所述气缸活塞上，所述磁致式伸缩位移传感器与所述控制器连接。

优选的，所述伺服气缸组件还包括用于测量所述左腔室内气压的第一压力传感器以及用于测量所述右腔室内气压的第二压力传感器，所述第一压力传感器和所述第二压力传感器均与所述控制器连接。

优选的，所述耦合机构还包括用于测量所述密闭空间内油压的第三压力传感器，所述第三压力传感器与所述控制器连接。

优选的，所述楔形块与所述气缸活塞之间设有密封圈。

优选的，所述小柱塞的底部采用无石棉摩擦材料。

本实用新型的有益效果：

相对于现有技术中单一驱动的执行器，本实用新型通过耦合机构实现了电机驱动与气压驱动混合的驱动方式，并通过控制组件控制各个组件的动作，从而能实现自动化控制，因此，本实用新型具备电机驱动与气压驱动的优点，具有功率质量比大、驱动精度高、清洁等优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种气-电复合驱动执行器的结构简图。

图2为本实用新型实施例的伺服电机驱动组件的结构简图。

图3为本实用新型实施例的控制组件的结构简图。

图4为本实用新型实施例的伺服气缸组件的结构示意图。

图5为图4中A-A的剖视图。

图6为本实用新型实施例的耦合机构的剖面图。

图7为本实用新型实施例的气缸活塞的结构示意图。

图8为本实用新型实施例的楔形块的结构示意图。

图9为本实用新型实施例的小柱塞的结构示意图。

图10为本实用新型实施例的导柱的结构示意图。

附图标记：

1、伺服电机驱动组件；11、伺服电机；12、凸缘联轴器；13、驱动部箱体；14、滚珠丝杠；15、滚珠螺母；

2、控制组件；21、气液增压缸；22、控制器；23、快插接头；24、控制部箱体；25、液压软管；26、第一气管；27、比例控制阀；28、开关控制阀；29、第二气管；

3、伺服气缸组件；31、气缸前端盖；32、第一压力传感器；33、气缸缸体；34、气缸活塞；35、活塞导杆；36、磁致式伸缩位移传感器；361、磁致式伸缩位移传感器的活动磁铁；37、第二压力传感器；38、气缸导向套；39、气缸后端盖；

4、耦合机构；41、导柱；42、第三压力传感器；43、密闭空间；44、小柱塞；45、弹簧；46、楔形块；47、密封圈。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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，或一体地连接；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。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实用新型中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本实用新型实施例的一种气-电复合驱动执行器。

请参阅图1至图10，根据本实用新型实施例的气-电复合驱动执行器，包括伺服电机驱动组件1、控制组件2、伺服气缸组件3和耦合机构4。

具体而言，请参阅图4和图5，伺服气缸组件3包括气缸前端盖31、第一压力传感器32、气缸缸体33、气缸活塞34、活塞导杆35、磁致式伸缩位移传感器36、第二压力传感器37、气缸导向套38、气缸后端盖39；气缸前端盖31和气缸后端盖39分别位于气缸缸体33的两端，气缸活塞34与活塞导杆35固连，气缸导向套38起到导向作用。活塞导杆35上设有油道B和油道C，如图7所示，气缸活塞34上沿径向设有两个方形孔，两个方形孔关于气缸活塞34的轴线对称。如图4所示，气缸活塞34将气缸缸体33的内腔分为左腔室和右腔室，第一压力传感器32用于测量左腔室内气压，第二压力传感器37用于测量右腔室内气压。磁致式伸缩位移传感器36的一端固定在气缸前端盖31上，另一端的活动磁体361固定在气缸活塞34上，其作用是测量气缸活塞34的工作行程。

请参阅图3，控制组件2，包括气液增压缸21、控制器22、快插接头23、控制部箱体24、液压软管25、第一气管26、比例控制阀27、开关控制阀28、第二气管29；第一气管26连通气源与左腔室，第二气管29连通气源与右腔室，第一气管26和第二气管29均与比例控制阀27连接；气液增压缸21通过液压软管25与油道B和油道C连通，开关控制阀28安装于控制部箱体24上，并与液压软管25连接；第一压力传感器32、第二压力传感器37、磁致式伸缩位移传感器36、比例控制阀27和开关控制阀28均与控制器22连接。控制器22固定安装在控制部箱体24上，通过接收各个传感器的检测信号，并输出控制信号给伺服电机11、比例控制阀27和开关控制阀28，控制伺服电机驱动组件1、耦合机构4以及伺服气缸组件3相应动作。

请参阅图6，耦合机构4包括导柱41、压力传感器42、密闭空间43、小柱塞44、弹簧45、楔形块46、密封圈47；导柱41的一端沿活塞导杆35的轴向伸入活塞导杆35内，请参阅图10，导柱41上沿轴向设有两个矩形沟槽D，矩形沟槽D与方形孔一一对应，如图6至图9所示，方形孔内均设有小柱塞44、弹簧45和楔形块46，小柱塞44的底部采用无石棉摩擦材料。弹簧45的两端分别与小柱塞44的顶部以及楔形块46连接，弹簧45为圆柱螺旋拉伸弹簧，楔形块46与气缸活塞34固定连接，密封圈47设置于楔形块46与气缸活塞34之间，楔形块46与小柱塞44、气缸活塞34以及活塞导杆35之间形成密闭空间43，油道B和油道C均与密闭空间43连通，向密闭空间43内通入高压油后，小柱塞44在油压的作用下压紧导柱41内的矩形沟槽D，实现导柱41与气缸活塞34的锁紧固定。第三压力传感器42用于测量密闭空间43内油压，第三压力传感器42与控制器22连接，当第三压力传感器42检测到密闭空间43达到预定值时，将所产生的模拟信号反馈给控制器22。

请参阅图2，伺服电机驱动组件1包括伺服电机11、凸缘联轴器12、驱动部箱体13、滚珠丝杠14、滚珠螺母15，伺服电机11的一端固连在驱动部箱体13上，伺服电机11的电机轴通过凸缘联轴器12与滚珠丝杠14连接，滚珠螺母15与滚珠丝杠14螺纹连接，滚珠螺母15通过内六角螺钉与导柱41的另一端固定连接，将伺服电机11的旋转运动转换成导柱41的直线运动，伺服电机11与控制器22连接，控制器根据磁致式伸缩位移传感器36的信号控制伺服电机11的动作。

本实用新型的工作原理：

气-电复合驱动执行器的控制器22收到系统驱动命令后，控制比例控制阀27由气源向气缸缸体33中输入高压气体，推动气缸活塞34移动，完成大部分的行程。

当磁致式伸缩位移传感器36检测到气缸活塞34运动到目标行程前的预定位置时，将产生的模拟信号反馈给控制器22。控制器22通过开关控制阀28控制气液增压缸21，由液压软管25和活塞导杆35内部的油道B以及油道C，向密闭空间43提供高压油。小柱塞44在高压油的驱动下，克服圆柱螺旋拉伸弹簧45的弹力，压向导柱41上的矩形沟槽D，两者由于摩擦作用，不再发生相对移动，实现导柱41与气缸活塞34的锁紧固定。同时，第一压力传感器32和第二压力传感器37检测气缸缸体33内的气压，并将产生的模拟信号反馈给控制器22，控制器22控制比例控制阀27，平衡气缸缸体33内的气压负载。

当密闭空间43内的压力传感器42检测到密闭空间43达到预定值时，将所产生的模拟信号反馈给控制器22。控制器22控制伺服电机11转动，通过滚珠丝杠14的作用，将伺服电机11的旋转运动转化成导柱41的直线运动，导柱41由于与气缸活塞34的摩擦作用而带动气缸活塞34运动，实现准确定位的目的。

当磁致式伸缩位移传感器36检测到气缸活塞34到达目标行程时，将产生的模拟信号反馈给控制器22。控制器22通过开关控制阀28控制气液增压缸21将密闭空间43内的高压油排出，小柱塞44由于圆柱螺旋拉伸弹簧45的弹力作用，远离导柱41上的矩形沟槽D，耦合状态结束。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种气-电复合驱动执行器，其特征在于，包括：伺服电机驱动组件(1)、控制组件(2)、伺服气缸组件(3)和耦合机构(4)；

其中，所述伺服气缸组件(3)包括气缸前端盖(31)、气缸缸体(33)、气缸活塞(34)、活塞导杆(35)、气缸导向套(38)和气缸后端盖(39)，所述活塞导杆(35)上设有油道B和油道C，所述气缸活塞(34)上沿径向设有两个方形孔，两个所述方形孔关于所述气缸活塞(34)的轴线对称；

所述耦合机构(4)包括导柱(41)、小柱塞(44)、弹簧(45)和楔形块(46)，所述导柱(41)的一端沿所述活塞导杆(35)的轴向伸入活塞导杆(35)内，所述导柱(41)上沿轴向设有两个矩形沟槽D，所述矩形沟槽D与所述方形孔一一对应，每个所述方形孔内均设有小柱塞(44)、弹簧(45)和楔形块(46)，所述弹簧(45)的两端分别与所述小柱塞(44)的顶部以及楔形块(46)连接，所述楔形块(46)与所述气缸活塞(34)固定连接，所述楔形块(46)与小柱塞(44)、气缸活塞(34)和活塞导杆(35)之间形成密闭空间(43)，所述油道B和油道C均与所述密闭空间(43)连通，所述密闭空间(43)内通入高压油后，所述小柱塞(44)底部能够压紧所述矩形沟槽D，实现所述导柱(41)与所述气缸活塞(34)的锁紧固定；

所述伺服电机驱动组件(1)与所述导柱(41)连接，用于驱动导柱(41)直线运动；

所述控制组件(2)与所述伺服气缸组件(3)、所述耦合机构(4)以及所述伺服电机驱动组件(1)连接，所述控制组件(2)首先控制所述伺服气缸组件(3)完成大部分行程，然后控制耦合机构(4)动作，使得所述伺服电机驱动组件(1)与所述伺服气缸组件(3)耦合连接，最后，控制所述伺服电机驱动组件(1)驱动所述伺服气缸组件(3)完成剩余行程。

2.根据权利要求1所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述控制组件(2)包括气液增压缸(21)、控制器(22)、液压软管(25)、第一气管(26)、比例控制阀(27)、开关控制阀(28)和第二气管(29)；

所述气缸活塞(34)将所述气缸缸体(33)的内腔分为左腔室和右腔室，所述第一气管(26)连通气源与所述左腔室，所述第二气管(29)连通气源与所述右腔室，所述第一气管(26)和第二气管(29)均与所述比例控制阀(27)连接；

所述气液增压缸(21)通过液压软管(25)与所述油道B和油道C连通，所述开关控制阀(28)与所述液压软管(25)连接；

所述比例控制阀(27)和开关控制阀(28)均与控制器(22)连接。

3.根据权利要求2所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述伺服电机驱动组件(1)包括伺服电机(11)、凸缘联轴器(12)、滚珠丝杠(14)和滚珠螺母(15)；

所述伺服电机(11)的电机轴通过所述凸缘联轴器(12)与所述滚珠丝杠(14)连接，所述滚珠螺母(15)与所述滚珠丝杠(14)螺纹连接，所述滚珠螺母(15)与所述导柱(41)的另一端固定连接，所述伺服电机(11)与控制器(22)连接。

4.根据权利要求2所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述伺服气缸组件(3)还包括磁致式伸缩位移传感器(36)，所述磁致式伸缩位移传感器(36)的一端与所述气缸前端盖(31)相连，另一端的活动磁铁(361)固定在所述气缸活塞(34)上，所述磁致式伸缩位移传感器(36)与所述控制器(22)连接。

5.根据权利要求2所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述伺服气缸组件(3)还包括用于测量所述左腔室内气压的第一压力传感器(32)以及用于测量所述右腔室内气压的第二压力传感器(37)，所述第一压力传感器(32)和所述第二压力传感器(37)均与所述控制器(22)连接。

6.根据权利要求2所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述耦合机构(4)还包括用于测量所述密闭空间(43)内油压的第三压力传感器(42)，所述第三压力传感器(42)与所述控制器(22)连接。

7.根据权利要求1所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述楔形块(46)与所述气缸活塞(34)之间设有密封圈(47)。

8.根据权利要求1所述的气-电复合驱动执行器，其特征在于，所述小柱塞(44)的底部采用无石棉摩擦材料。