CN213072410U - 一种集成力传感器的直线运动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，具体提供了一种集成力传感器的直线运动装置，包括：机壳，机壳上设有与外部控制器连接的连接器；设于机壳中的滑动机构、运动机构、直线电机、输出轴、力传感器以及位置编码器，其中，运动机构上设有功率电路板，力传感器通过第一线缆与功率电路板连接，功率电路板通过第二线缆与连接器连接，位置编码器通过第三线缆与连接器连接；输出轴的内部设有用于安装第一线缆的中空腔，输出轴包括固定于运动机构上的第一端以及与力传感器连接的第二端，第一线缆从第二端进入中空腔并从第一端穿出以连接功率电路板。通过上述方式，本实用新型能够提高电机力控精度，消除电机使用过程中输出力值漂移问题。

Description

一种集成力传感器的直线运动装置

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体是涉及一种集成力传感器的直线运动装置。

背景技术

目前的直线电机力控实现一般通过基于电机的电流变化检测的电流闭环控制，经过长时间使用后，电机的力控精度下降，在使用过程中容易出现输出力值漂移的问题，从而需要通过重新校准、标定，此外，力控精度范围受限于电流采样精度和电机的设计、工艺。

发明内容

本实用新型提供一种集成力传感器的直线运动装置，能够提高电机力控精度，消除电机使用过程中输出力值漂移问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种集成力传感器的直线运动装置，包括：

机壳，所述机壳上设有与外部控制器连接的连接器；

固定于所述机壳中的滑动机构、与所述滑动机构连接的运动机构、与所述运动机构连接的直线电机、设于所述运动机构上的输出轴、设于所述输出轴上的力传感器以及固定于所述机壳上的位置编码器，所述运动机构上设有功率电路板，所述力传感器通过第一线缆与所述功率电路板连接，所述功率电路板通过第二线缆与所述连接器连接，所述位置编码器通过第三线缆与所述连接器连接；

所述输出轴的内部设有用于安装所述第一线缆的中空腔，所述输出轴包括固定于所述运动机构上的第一端以及与所述力传感器连接的第二端，所述第一线缆从所述第二端进入所述中空腔并从所述第一端穿出以连接所述功率电路板；

所述外部控制器采集所述位置编码器的输入电流和输入电压以测量所述输出轴作直线运动的位移，同时采集所述力传感器的测量值以实时调整所述输出轴的输出力值。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二端的端部设有内螺纹，所述力传感器包括本体部以及连接所述本体部和所述第一线缆的连接部，所述连接部设有与所述内螺纹相配合的外螺纹。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一端设有与所述中空腔贯通的出线孔，所述第一线缆包括收容于所述中空腔并与所述连接部连接的水平部、露出于所述输出轴并与所述功率电路板连接的垂直部以及连接所述水平部和所述垂直部并固定于所述出线孔的折弯部。

根据本实用新型的一个实施例，所述滑动机构包括固定在所述机壳上的导轨和与所述导轨滑动连接的滑块，所述运动机构与所述滑块固定连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述直线电机包括与所述运动机构固定连接的动子骨架和与所述机壳固定连接的定子，所述动子骨架上设有与所述功率电路板固定连接的线圈绕组，所述定子包括定子铁芯和磁铁，所述外部控制器通过所述功率电路板控制所述线圈绕组的输入电流和输入电压，使所述线圈绕组产生与所述磁铁相切的安培力，推动所述运动机构带动所述滑块在所述导轨上作直线运动，从而带动所述输出轴作直线运动。

根据本实用新型的一个实施例，所述运动机构包括第一主体部、第二主体部以及位于所述第一主体部和第二主体部之间的凸起部，所述凸起部上设有用于固定所述输出轴的第一通孔以及用于穿设所述第一线缆的第二通孔。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一主体部和所述第二主体部上贯穿设有多个用于连接所述滑块第一安装孔，所述第一主体部上还设有用于连接所述功率电路板的第二安装孔，所述第一主体部的两端分别向远离所述第一主体部的方向延伸形成有固定部，所述固定部与所述动子骨架连接。

根据本实用新型的一个实施例，所述动子骨架包括用于缠绕所述线圈绕组的缠绕部以及位于所述缠绕部两端的限位部，所述限位部上设有与第一螺孔和定位柱，所述固定部上设有与所述第一螺孔对应的第二螺孔以及用于安装所述定位柱的定位槽。

根据本实用新型的一个实施例，所述机壳包括底壁以及围设在所述底壁四周的侧壁，所述底壁上设有容纳部、位于所述容纳部一侧的第一安装部、位于所述容纳部另一侧的第二安装部、靠近所述第二安装部的端部处的第三安装部，所述侧壁上设有第四安装部，所述容纳部用于收容所述第二线缆，所述第一安装部用于安装所述定子，所述第二安装部用于安装所述导轨，所述第三安装部安装有用于限制所述滑块的运动行程的限位块，所述位置编码器固定于所述第四安装部。

根据本实用新型的一个实施例，所述机壳相对的两个侧壁上分别开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽用于安装所述连接器，所述第二凹槽上设有轴支撑架，所述输出轴通过所述轴支撑架贯穿所述机壳。

本实用新型的有益效果是：利用力传感器实时测量输出轴轴端的真实力值以调整输出轴的输出力值，相对于传统的基于电流闭环控制的电机，本实用新型的直线运动装置的电机力控精度不受限于电流采样精度，将真实力值实时作为力控参考对象，从而提高了力控精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的集成力传感器的直线运动装置的爆炸结构示意图；

图2是本实用新型实施例的集成力传感器的直线运动装置的主视图；

图3是图2沿A-A向线的剖面图；

图4是本实用新型实施例的集成力传感器的直线运动装置的局部爆炸结构示意图；

图5是本实用新型实施例的机壳的结构示意图；

图6是本实用新型实施例的运动机构的结构示意图；

图7是本实用新型实施例的运动机构的俯视图；

图8是本实用新型实施例的动子骨架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型中的术语“第一”、“第二”、“第三”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”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本实用新型的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

图1是本实用新型实施例的集成力传感器的直线运动装置的爆炸结构示意图，图2是本实用新型实施例的集成力传感器的直线运动装置的主视图，请参见图1和图2，该直线运动装置100包括机壳10、固定于机壳10中的滑动机构20、与滑动机构20连接的运动机构30、与运动机构30连接的直线电机40、设于运动机构30上的输出轴50、设于输出轴50上的力传感器60以及固定于机壳10上的位置编码器70。

其中，请参见图1和图2，机壳10上设有与外部控制器连接的连接器80，请参见图2和图3，运动机构30上设有功率电路板90，力传感器60通过第一线缆1与功率电路板90连接，功率电路板90通过第二线缆2与连接器80连接，位置编码器70通过第三线缆3与连接器80连接。在本实施例中，外部控制器采集位置编码器70的输入电流和输入电压以测量输出轴50作直线运动的位移，同时采集力传感器60的测量值以实时调整输出轴50的输出力值。

进一步地，请参见图1至图4，输出轴50的内部设有用于安装第一线缆1的中空腔51，输出轴50包括固定于运动机构30上的第一端52以及与力传感器60连接的第二端53，第一端52设有与中空腔51贯通的出线孔521，第一线缆1从第二端53进入中空腔51并从出线孔521穿出以连接功率电路板90。

进一步地，请参见图3和图4，第二端53的端部设有内螺纹，力传感器60包括本体部61以及连接本体部61和第一线缆1的连接部62，连接部62设有与内螺纹相配合的外螺纹，输出轴50的第二端53通过连接部62与力传感器60螺纹连接，便于安装、拆卸和运维。

进一步地，请参见图3和图4，第一线缆1包括收容于中空腔51并与连接部62连接的水平部101、露出于输出轴50并与功率电路板90连接的垂直部102以及连接水平部101和垂直部102并固定于出线孔521的折弯部103。

请参见图1，滑动机构20包括固定在机壳10上的导轨21和与导轨21滑动连接的滑块22，运动机构30与滑块22固定连接。

请参见图1，直线电机40包括与运动机构30固定连接的动子骨架41和与机壳10固定连接的定子42，动子骨架41上设有与功率电路板90固定连接的线圈绕组43，定子42包括定子铁芯421和磁铁422，动子骨架41位于磁铁422之间且定子铁芯421穿设动子骨架41的中心。

外部控制器通过功率电路板90控制线圈绕组43的输入电流和输入电压，使线圈绕组43产生与磁铁422相切的安培力，推动运动机构30带动滑块22在导轨21上作直线运动，从而带动输出轴50作直线运动。

请参见图1和图5，机壳10包括底壁11和围设在底壁11四周的侧壁12，机壳10相对的两个侧壁12上分别开设有第一凹槽13和第二凹槽14，第一凹槽13用于安装连接器80，第二凹槽14上设有轴支撑架15，输出轴50通过轴支撑架15贯穿机壳10。

请参见图5，机壳10的底壁11上设有容纳部111、位于容纳部111一侧的第一安装部112、位于容纳部111另一侧的第二安装部113以及靠近第二安装部113的端部设置的第三安装部114，容纳部111用于收容第二线缆2，在运动机构30带动功率电路板90作直线运动的过程中，第二线缆2在容纳部111中作折叠和伸展运动，防止第二线缆2裸露在外侧，干扰直线运动装置100的运动过程，第一安装部112用于安装定子42，第二安装部113用于安装导轨21，第三安装部114上安装有限位块16，限位块16用于限制滑块22的运动行程，从而限制整个直线运动装置100的可移动行程，以防在直线运动装置100运行过程中，当位置编码器70出现故障时，发生动子骨架41与定子42冲撞而导致断裂。

请参见图5，机壳10的上侧壁12内侧还设有第四安装部121，位置编码器70固定在第四安装部121上。

本实施例的机壳10的内部设置方式能够使整个直线运动装置100的结构更加紧凑，减小整个直线运动装置100的体积，有利于直线运动装置100微型化和控制简单化。

请参见图1、图3、图6和图7，运动机构30包括第一主体部31、第二主体部32以及位于第一主体部31和第二主体部32之间的凸起部33，凸起部33上设有用于固定输出轴50的第一通孔331以及用于穿设第一线缆1的第二通孔332，第一主体部31和第二主体部32上贯穿设有多个用于连接滑块22的第一安装孔311，优选地，第一安装孔311设置四个，第一主体部31和第二主体部32上各设置两个，滑块22通过第一安装孔311与运动机构30螺接，保证固定在运动机构30上的输出轴50能够作稳定地作水平直线运动。第一主体部31上还设有用于连接功率电路板90的第二安装孔312，第一主体部31的两端分别向远离第一主体部31的方向延伸形成有固定部34，固定部34与动子骨架41连接。

进一步地，请参见图8，动子骨架41包括用于缠绕线圈绕组43的缠绕部411以及位于缠绕部411两端的限位部412，限位部412上设有与第一螺孔4121和定位柱4122，请参见图6，固定部34上设有与第一螺孔4121对应的第二螺孔341以及用于安装定位柱4122的定位槽342。安装时，将定位柱4122与定位槽342抵接同时螺钉依次穿过第一螺孔4121、第二螺孔341以将动子骨架41和运动机构30固定。

本实施例的直线运动装置10通过利用力传感器60实时测量输出轴50轴端的真实力值以调整输出轴50的输出力值，相对于传统的基于电流闭环控制的电机，本实用新型的直线运动装置10的电机力控精度不受限于电流采样精度，将真实力值实时作为力控参考对象，从而提高了力控精度。

以上所述仅为本实用新型的部分实施例，并非因此限制本实用新型的保护范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种集成力传感器的直线运动装置，其特征在于，包括：

机壳，所述机壳上设有与外部控制器连接的连接器；

固定于所述机壳中的滑动机构、与所述滑动机构连接的运动机构、与所述运动机构连接的直线电机、设于所述运动机构上的输出轴、设于所述输出轴上的力传感器以及固定于所述机壳上的位置编码器，所述运动机构上设有功率电路板，所述力传感器通过第一线缆与所述功率电路板连接，所述功率电路板通过第二线缆与所述连接器连接，所述位置编码器通过第三线缆与所述连接器连接；

所述输出轴的内部设有用于安装所述第一线缆的中空腔，所述输出轴包括固定于所述运动机构上的第一端以及与所述力传感器连接的第二端，所述第一线缆从所述第二端进入所述中空腔并从所述第一端穿出以连接所述功率电路板；

所述外部控制器采集所述位置编码器的输入电流和输入电压以测量所述输出轴作直线运动的位移，同时采集所述力传感器的测量值以实时调整所述输出轴的输出力值。

2.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述第二端的端部设有内螺纹，所述力传感器包括本体部以及连接所述本体部和所述第一线缆的连接部，所述连接部设有与所述内螺纹相配合的外螺纹。

3.根据权利要求2所述的直线运动装置，其特征在于，所述第一端设有与所述中空腔贯通的出线孔，所述第一线缆包括收容于所述中空腔并与所述连接部连接的水平部、露出于所述输出轴并与所述功率电路板连接的垂直部以及连接所述水平部和所述垂直部并固定于所述出线孔的折弯部。

4.根据权利要求1所述的直线运动装置，其特征在于，所述滑动机构包括固定在所述机壳上的导轨和与所述导轨滑动连接的滑块，所述运动机构与所述滑块固定连接。

5.根据权利要求4所述的直线运动装置，其特征在于，所述直线电机包括与所述运动机构固定连接的动子骨架和与所述机壳固定连接的定子，所述动子骨架上设有与所述功率电路板固定连接的线圈绕组，所述定子包括定子铁芯和磁铁，所述外部控制器通过所述功率电路板控制所述线圈绕组的输入电流和输入电压，使所述线圈绕组产生与所述磁铁相切的安培力，推动所述运动机构带动所述滑块在所述导轨上作直线运动，从而带动所述输出轴作直线运动。

6.根据权利要求5所述的直线运动装置，其特征在于，所述运动机构包括第一主体部、第二主体部以及位于所述第一主体部和第二主体部之间的凸起部，所述凸起部上设有用于固定所述输出轴的第一通孔以及用于穿设所述第一线缆的第二通孔。

7.根据权利要求6所述的直线运动装置，其特征在于，所述第一主体部和所述第二主体部上贯穿设有多个用于连接所述滑块的第一安装孔，所述第一主体部上还设有用于连接所述功率电路板的第二安装孔，所述第一主体部的两端分别向远离所述第一主体部的方向延伸形成有固定部，所述固定部与所述动子骨架连接。

8.根据权利要求7所述的直线运动装置，其特征在于，所述动子骨架包括用于缠绕所述线圈绕组的缠绕部以及位于所述缠绕部两端的限位部，所述限位部上设有第一螺孔和定位柱，所述固定部上设有与所述第一螺孔对应的第二螺孔以及用于安装所述定位柱的定位槽。

9.根据权利要求5所述的直线运动装置，其特征在于，所述机壳包括底壁以及围设在所述底壁四周的侧壁，所述底壁上设有容纳部、位于所述容纳部一侧的第一安装部、位于所述容纳部另一侧的第二安装部、靠近所述第二安装部的端部处的第三安装部，所述侧壁上设有第四安装部，所述容纳部用于收容所述第二线缆，所述第一安装部用于安装所述定子，所述第二安装部用于安装所述导轨，所述第三安装部安装有用于限制所述滑块的运动行程的限位块，所述位置编码器固定于所述第四安装部。

10.根据权利要求9所述的直线运动装置，其特征在于，所述机壳相对的两个侧壁上分别开设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽用于安装所述连接器，所述第二凹槽上设有轴支撑架，所述输出轴通过所述轴支撑架贯穿所述机壳。

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