CN214639537U - 具有位移和力检测功能的执行机构及操作平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有位移和力检测功能的执行机构及操作平台，包括支撑壳体、执行组件、位移传感器、力传感器以及调节组件，所述执行组件、位移传感器、力传感器、调节组件均安装在所述支撑壳体上，所述执行组件包括执行体以及沿所述执行体的后端周向设置的驱动组件，所述执行体的前端穿过所述调节组件并延伸到所述支撑壳体的外部并能够在所述驱动组件的驱使下沿轴向方向运动，所述位移传感器连接所述执行体并能够与所述执行体同步运动，所述力传感器连接所述执行组件，本实用新型通过电磁线圈以及永磁体的结构布置实现了执行机构的线性动作，作业行程可根据实际产品的需求进行设计，结构简单，成本低。

Description

具有位移和力检测功能的执行机构及操作平台

技术领域

本实用新型涉及机械电子领域，具体地，涉及一种具有位移和力检测功能的执行机构及操作平台。

背景技术

直线执行机构通常指将旋转运动转换为直线运动的机构。在加工制造业，随着人工成本的增加和科学技术的进步，自动化加工设备越来越受到人们的青睐，但自动化设备的推广必然涉及自动化设备的投入制造成本和维护检修成本。直线执行机构是自动化生产设备的重要部件，市面上现有的直线往返运动机构一般直接采用同步带、同步轮配合步进电机或丝杠螺母配合步进电机，或更直接地使用气缸来实现直线往返驱动。目前的直线执行机构往往制作成本高、不能在较短行程内很好地输出直线方向的往复运动。

直线位移电动执行机构的在将旋转运动转化为直线运动时，是直接将旋转运动直接传递给丝杆，丝杆螺母与被调节机构相连接，丝杆做旋转运动，从而带动丝杆螺母沿丝杆轴向进行直线位移运动。采用此种技术方案时，由于丝杆螺母无法从减速机构的内部通过，整个执行机构的行程会受到限制，即其调节的直线行程较小。

专利文献CN208417440U公开了一种直线执行机构，包括手轮，转动式安装的丝杠，套装在丝杠上的蜗轮，与蜗轮相啮合的蜗杆，安装在丝杠端部的支撑架，伺服电机，安装在伺服电机输出端上的减速机，安装在减速机输出端上的转轴，套装在转轴上的凸轮；减速机固定在支撑架上，手轮的手轮轴与蜗杆连接在一起，丝杠的端部转动式安装在支撑架上，蜗杆的轴线与丝杠的轴线相垂直。直线执行机构还包括基架、轴承座和固定在轴承座上的带座轴承；轴承座固定在基架上，带座轴承套装在手轮轴上，手轮轴通过联轴器与蜗杆连接在一起，但该设计仍存在行程受限的问题，结构不合理。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种具有位移和力检测功能的执行机构及操作平台。

根据本实用新型提供的一种具有位移和力检测功能的执行机构，包括支撑壳体、执行组件、位移传感器、力传感器以及调节组件；

所述执行组件、位移传感器、力传感器、调节组件均安装在所述支撑壳体上，所述执行组件包括执行体以及沿所述执行体的后端周向设置的驱动组件，所述执行体的前端穿过所述调节组件并延伸到所述支撑壳体的外部并能够在所述驱动组件的驱使下沿轴向方向运动；

所述位移传感器连接所述执行体并能够在所述执行体带动下运动，所述力传感器连接所述执行组件。

优选地，所述驱动组件包括电磁线圈，所述执行体包括第一永磁体；

当所述电磁线圈通电时能够通过磁力驱使所述第一永磁体带动所述执行体沿轴向方向运动。

优选地，所述执行组件的内部沿所述第一永磁体后端向后的方向上设置有第二永磁体，所述第二永磁体与所述第一永磁体极性相反。

优选地，所述调节组件包括弹性体以及预紧块；

所述执行体上设置有作业针，所述支撑壳体沿所述执行体前端的方向上依次设置有限位块、安装通孔，所述预紧块安装在所述安装通孔上且所述弹性体设置在所述限位块和预紧块之间，所述作业针依次穿过限位块、弹性体、预紧块并延伸到所述支撑壳体的外部。

优选地，所述安装通孔中设置有内螺纹，所述预紧块上设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹，所述预紧块可转动的安装在安装通孔并能够调节所述弹性体的预紧力。

优选地，所述预紧块的周向设置有固定端盖，所述固定端盖可拆卸的安装在所述支撑壳体上并能够固定所述预紧块。

优选地，所述弹性体采用弹簧。

优选地，所述支撑壳体沿周向设置有散热片。

优选地，所述执行组件上设置有保护端盖，所述保护端盖连接所述力传感器。

根据本实用新型提供的一种具有位移和力检测功能的操作平台，采用所述的具有位移和力检测功能的执行机构，包括关节轴承以及作业架；

所述支撑壳体通过关节轴承安装在所述作业架上。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型通过电磁线圈以及永磁体的结构设置即可实现执行机构的线性动作，且能够通过控制电磁线圈的通电方向短时间内实现执行体的往复运动，作业行程可根据实际产品的需求进行设计，结构简单，成本低。

2、本实用新型中通过设置的位移传感器和力传感器，实现执行体作业时力和位移的检测，增加了执行机构的作业精度。

3、本实用新型中通过预紧块和弹簧的结构配合实现预紧力的调节，结构简单，操作方便，实用性强。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型中执行机构横截面的结构示意图；

图2为本实用新型中预紧块与弹簧连接的结构示意图；

图3为本实用新型中操作平台的结构示意图。

图中示出：

支撑壳体1 作业针10

执行体2 限位块11

位移传感器3 安装通孔12

力传感器4 固定端盖13

电磁线圈5 关节轴承14

第一永磁体6 作业架15

第二永磁体7 散热片16

弹性体8 保护端盖17

预紧块9

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型提供了一种具有位移和力检测功能的执行机构，包括支撑壳体1、执行组件、位移传感器3、力传感器4以及调节组件，所述执行组件、位移传感器 3、力传感器4、调节组件均安装在所述支撑壳体1上，所述执行组件包括执行体2 以及沿所述执行体2的后端周向设置的驱动组件，所述执行体2的前端穿过所述调节组件并延伸到所述支撑壳体1的外部并能够在所述驱动组件的驱使下沿轴向方向运动，所述位移传感器3连接所述执行体2并能够在所述执行体2的带动下运动，用于检测所述执行体2的运动位移，所述位移传感器3优选采用LVDT位移传感器， LVDT位移传感器具有结构简单、工作可靠、使用寿命长、灵敏度高等特点；所述力传感器4连接所述执行组件，用于检测执行体2作业时的受力情况，在一个优选例中，所述执行组件上设置有保护端盖17，所述保护端盖17连接所述力传感器4，在执行体2作业时产生的力通过反作用力作用在保护端盖17上进而传递到力传感器4上，实现作业过程中受力的检测。

进一步地，所述驱动组件包括电磁线圈5，所述执行体2包括第一永磁体6，当所述电磁线圈5通电时能够通过磁力驱使所述第一永磁体6带动所述执行体2沿轴向方向运动，在一个优选例中，所述电磁线圈5通入正向电流时能够驱使执行体2 朝向前端的方向运动，在实际应用中，电磁线圈5的数量可根据实际产品的需求灵活设置，以实现电磁线圈5通电后所需要的磁场强度。

具体地，所述执行组件的内部沿所述第一永磁体6后端向后的方向上设置有第二永磁体7，所述第二永磁体7与所述第一永磁体6极性相反，当第二永磁体7朝向第一永磁体6运动时产生磁场斥力，因此第二永磁体7相对于第一永磁体6形成磁力弹簧，能够抑制第一永磁体6的运动趋势。

具体地，所述调节组件包括弹性体8以及预紧块9,所述执行体2上设置有作业针10，所述支撑壳体1沿所述执行体2前端的方向上依次设置有限位块11、安装通孔12，所述预紧块9安装在所述安装通孔12上且所述弹性体8设置在所述限位块11和预紧块9之间，所述作业针10依次穿过限位块11、弹性体8、预紧块9并延伸到所述支撑壳体1的外部，所述弹性体8优选采用弹簧。

在一个优选例中，所述安装通孔12中设置有内螺纹，所述预紧块9上设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹，所述预紧块9可转动的安装在安装通孔12并能够调节所述弹性体8的预紧力，弹簧安装在预紧块9和限位块11之间，当旋紧预紧块9 时弹簧被压缩进而使所述执行体2带动作业针10朝向预紧块9方向运动时需要克服更大的弹簧弹力；当旋松预紧块9时弹簧被压缩的程度变小，进而使所述执行体 2带动作业针10朝向预紧块9方向运动时需要克服较小的弹簧弹力，因此通过调节预紧块9能够实现弹簧预紧力的调节，从而更符合产品的功能实现。

当预紧块9调节弹簧弹力完成后，为防止预紧块9在设备作业振动过程中出现松动而改变弹簧的预紧力，所述预紧块9的周向设置有固定端盖13，所述固定端盖 13可拆卸的安装在所述支撑壳体1上并能够固定所述预紧块9，所述固定端盖13 优选通过螺钉安装在所述支撑壳体1上，便于安装和拆卸，调节方便。

本实用新型中的执行机构在作业时由于通电以及机械运动会产生大量的热量，为保证设备的正常运行，所述支撑壳体1沿周向设置有散热片16，散热片16能够及时的将热量转移到大气空间中，防止设备过热损坏。

本实用新型中的支撑壳体1上还设置有插座孔，用于连接插座线18，实现执行机构的供电。

本实用新型还提供了一种具有位移和力检测功能的操作平台，采用所述具有位移和力检测功能的执行机构，包括关节轴承14以及作业架15，所述支撑壳体1通过关节轴承14安装在所述作业架15上，关节轴承14能够使执行机构朝向多个方向实施作业，能够适用于更多的作业场合。

本实用新型的工作原理如下：

当需要作业时，控制所述电磁线圈5通入正向电流产生磁场，在磁场磁力的作用下驱使第一永磁体6带动作业针10克服弹簧的弹力朝向弹簧的方向运动，实现冲击作业。当需要反复的冲击作业，控制所述电磁线圈5首先通入正向电流，在第一设定间隔时间内通入反向电流，再在第二设定间隔时间内通入正向电流，通过反复变换电磁线圈5的通电的电流方向实现作业针10的反复冲击作业，作业期间，所述位移传感器3用于检测所述作业针10的运动位移，力传感器4用于作业过程中作业针10受力大小的检测。

在需要改变作业方向时，通过关节轴承14可灵活调整至需要作业的方向完成相应的作业，操作简单，灵活性高。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“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示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，包括支撑壳体(1)、执行组件、位移传感器(3)、力传感器(4)以及调节组件；

所述执行组件、位移传感器(3)、力传感器(4)、调节组件均安装在所述支撑壳体(1)上，所述执行组件包括执行体(2)以及沿所述执行体(2)的后端周向设置的驱动组件，所述执行体(2)的前端穿过所述调节组件并延伸到所述支撑壳体(1)的外部并能够在所述驱动组件的驱使下沿轴向方向运动；

所述位移传感器(3)连接所述执行体(2)并能够在所述执行体(2)带动下运动，所述力传感器(4)连接所述执行组件。

2.根据权利要求1所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述驱动组件包括电磁线圈(5)，所述执行体(2)包括第一永磁体(6)；

当所述电磁线圈(5)通电时能够通过磁力驱使所述第一永磁体(6)带动所述执行体(2)沿轴向方向运动。

3.根据权利要求2所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述执行组件的内部沿所述第一永磁体(6)后端向后的方向上设置有第二永磁体(7)，所述第二永磁体(7)与所述第一永磁体(6)极性相反。

4.根据权利要求1所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述调节组件包括弹性体(8)以及预紧块(9)；

所述执行体(2)上设置有作业针(10)，所述支撑壳体(1)沿所述执行体(2)前端的方向上依次设置有限位块(11)、安装通孔(12)，所述预紧块(9)安装在所述安装通孔(12)上且所述弹性体(8)设置在所述限位块(11)和预紧块(9)之间，所述作业针(10)依次穿过限位块(11)、弹性体(8)、预紧块(9)并延伸到所述支撑壳体(1)的外部。

5.根据权利要求4所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述安装通孔(12)中设置有内螺纹，所述预紧块(9)上设置有与所述内螺纹相匹配的外螺纹，所述预紧块(9)可转动的安装在安装通孔(12)并能够调节所述弹性体(8)的预紧力。

6.根据权利要求4所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述预紧块(9)的周向设置有固定端盖(13)，所述固定端盖(13)可拆卸的安装在所述支撑壳体(1)上并能够固定所述预紧块(9)。

7.根据权利要求4所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述弹性体(8)采用弹簧。

8.根据权利要求1所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述支撑壳体(1)沿周向设置有散热片(16)。

9.根据权利要求1所述的具有位移和力检测功能的执行机构，其特征在于，所述执行组件上设置有保护端盖(17)，所述保护端盖(17)连接所述力传感器(4)。

10.一种具有位移和力检测功能的操作平台，其特征在于，采用权利要求1至9任一项所述的具有位移和力检测功能的执行机构，包括关节轴承(14)以及作业架(15)；

所述支撑壳体(1)通过关节轴承(14)安装在所述作业架(15)上。

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