实用新型内容
本申请实施例提供一种丝杠位移检测方案,用以解决丝杠控制精度低的技术问题。
具体的,一种丝杠位移检测装置,包括:
驱动组件;
与所述驱动组件连接的丝杠组件,受所述驱动组件驱动做位移运动;
测量所述丝杠组件位移量的光栅尺组件;
其中,所述丝杠组件至少包括丝杠螺杆;
所述光栅尺组件至少包括:
设有光栅刻度的光栅尺尺带;
用于读取光栅刻度的光栅尺读数头;
用于安装所述光栅尺读数头的安装座;
所述光栅尺尺带固定设置于所述丝杠螺杆;
所述安装座套设于所述丝杠螺杆;
所述光栅尺读数头嵌于所述安装座,所述光栅尺读数头的安装位置对应光栅尺尺带于安装座的投影位置;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座随所述丝杠螺杆共同旋转,所述光栅尺尺带随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头直线移动。
进一步的,所述丝杠位移检测装置还包括:
用于限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动的限位组件;
其中,所述限位组件包括:
套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座配接的轴承,用于限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动;
套设于所述轴承的轴承固定座;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述限位组件限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动。
进一步的,所述丝杠螺杆具有固定所述光栅尺尺带的安装平面;
所述安装平面由丝杠螺杆的螺纹面切出。
进一步的,所述安装座具有内孔;
所述安装座内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配。
本申请实施例还提供一种并联机构。
具体的,一种并联机构,包括:
机架;
与所述机架连接的主轴;
分别与所述机架连接的若干支链;
所述若干支链分别与所述主轴连接,以实现并联运动;
其中,所述若干支链中任意支链包括:
驱动组件;
与所述驱动组件连接的丝杠组件,受所述驱动组件驱动做位移运动;
测量所述丝杠组件位移量的光栅尺组件。
进一步的,所述丝杠组件至少包括丝杠螺杆;
所述光栅尺组件至少包括:
设有光栅刻度的光栅尺尺带;
用于读取光栅刻度的光栅尺读数头;
用于安装所述光栅尺读数头的安装座;
所述光栅尺尺带固定设置于所述丝杠螺杆;
所述安装座套设于所述丝杠螺杆;
所述光栅尺读数头嵌于所述安装座,所述光栅尺读数头的安装位置对应光栅尺尺带于安装座的投影位置;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座随所述丝杠螺杆共同旋转,所述光栅尺尺带随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头直线移动。
进一步的,所述若干支链中任意支链还包括:
用于限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动的限位组件;
其中,所述限位组件包括:
套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座配接的轴承,用于限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动;
套设于所述轴承的轴承固定座;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述限位组件限制所述安装座不随所述丝杠螺杆直线移动。
进一步的,所述丝杠螺杆具有固定光栅尺尺带的安装平面;
所述安装平面由丝杠螺杆的螺纹面切出。
进一步的,所述安装座具有内孔;
所述安装座内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配。
进一步的,所述驱动组件包括具有旋转端的中空电机;
所述丝杠螺杆穿过所述中空电机,与所述中空电机旋转端连接。
本申请实施例提供的技术方案,至少具有如下有益效果:
通过将光栅尺尺带固定设置于丝杠螺杆;光栅尺读数头嵌于安装座;以确保在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座随所述丝杠螺杆共同旋转,所述光栅尺尺带随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头直线移动,从而实现对丝杠组件直线位移进行检测。由于光栅尺组件利用光栅的光学原理直接测量出丝杠组件直线位移量,提高了检测精度和响应速度。并且实现了全闭环控制,进而提高了丝杠组件控制精度。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
请参照图1,本申请提供一种丝杠位移检测装置100。具体的,所述丝杠位移检测装置100包括:
驱动组件11;
与所述驱动组件11连接的丝杠组件12,受所述驱动组件11驱动做位移运动;
测量所述丝杠组件12位移量的光栅尺组件13;
其中,所述丝杠组件12至少包括丝杠螺杆;
所述光栅尺组件13至少包括:
设有光栅刻度的光栅尺尺带131;
用于读取光栅刻度的光栅尺读数头132;
用于安装所述光栅尺读数头132的安装座133;
所述光栅尺尺带131固定设置于所述丝杠螺杆;
所述安装座133套设于所述丝杠螺杆;
所述光栅尺读数头132嵌于所述安装座133,所述光栅尺读数头132的安装位置对应光栅尺尺带131于安装座133的投影位置;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座133随所述丝杠螺杆共同旋转,所述光栅尺尺带131随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头132直线移动。
可以理解的是,所述驱动组件11用于提供动力源,以使所述丝杠组件12做位移运动。在具体的应用场景中,所述驱动组件11可以表现为具有旋转端的电机。所述旋转端可以提供扭矩,以使所述丝杠螺杆或丝杠螺母做旋转运动。当所述丝杠螺杆相对丝杆螺母做回转运动时,丝杆螺母相对丝杠螺杆做直线运动。当丝杆螺母相对丝杠螺杆做回转运动时,丝杠螺杆相对丝杆螺母做直线运动。
进一步的,在本申请提供的一种优选实施方式中,所述驱动组件11表现为具有旋转端的中空电机;
所述丝杠螺杆穿过所述中空电机,与所述中空电机旋转端连接。
应当指出的是,现有技术中检测丝杠的位移量,是通过统计丝杠螺杆的旋转圈数,进而推算出丝杠的位移量。这样半闭环的控制方式难以精确控制丝杠的位移量。
光栅尺位移传感器是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置,可用作直线位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。
但现有技术中丝杠螺杆相对丝杆螺母做回转运动时,丝杆螺母相对丝杠螺杆做直线运动。或丝杆螺母相对丝杠螺杆做回转运动时,丝杠螺杆相对丝杆螺母做直线运动。而光栅尺位移传感器的工作方式为光栅尺读数头132相对光栅尺尺带131做直线运动。可见,光栅尺位移传感器的运动方式与丝杠的运动方式不同,并不能简单将光栅尺位移传感器与丝杠进行组合。
为此,本申请发明人将光栅尺位移传感器分立为固定设置于所述丝杠螺杆的光栅尺尺带131,以及嵌于安装座133的光栅尺读数头132。具体的,所述光栅尺读数头132的安装位置对应光栅尺尺带131于安装座133的投影位置,以确保所述光栅尺读数头132可以读取所述光栅尺尺带131上的光栅刻度。
并且,所述安装座133随所述丝杠螺杆共同旋转,可视为所述光栅尺读数头132与所述光栅尺尺带131共同旋转。在这种情况下,所述光栅尺读数头132依旧可以读取所述光栅尺尺带131上的光栅刻度。如此,分立设置的光栅尺尺带131和光栅尺读数头132并不会因为丝杠组件12的运动方式不同而导致不能测量。
下面介绍如何将所述光栅尺尺带131固定设置于所述丝杠螺杆。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述丝杠螺杆具有固定所述光栅尺尺带131的安装平面;
所述安装平面由丝杠螺杆的螺纹面切出。
应当指出的是,通常所述丝杠螺杆的周身表面为螺旋槽或螺纹。为在所述丝杠螺杆的周身表面设置光栅尺尺带131,可以通过铣削的加工方式,铣去部分螺纹或螺旋槽,从而在丝杠螺杆周身制造出安装平面。所述安装平面的宽度应当大于或等于所述光栅尺尺带131。由于所述安装平面仅铣去部分螺纹或螺旋槽,并不会导致丝杠螺杆将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的功能失效。
下面介绍如何保证所述安装座133随所述丝杠螺杆共同旋转。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述安装座133具有内孔;
所述安装座133内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配。
可以理解的是,由于所述丝杠螺杆周身表面设置有平面,则所述丝杠螺杆的横截面形状为直线与圆弧的组合。所述安装座133内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配,可以理解为所述安装座133的内孔形状也呈现为直线与圆弧的组合,且安装座133的内孔形状大小与丝杠螺杆横截面形状相同。
如此,当所述丝杠螺杆旋转时,套设于所述丝杠螺杆的所述安装座133将受来自所述丝杠螺杆的扭矩,随所述丝杠螺杆一同旋转。从而保证了所述光栅尺读数头132可以读取所述光栅尺尺带131上的光栅刻度。
而测量所述丝杠组件12位移量,本质上是测量所述光栅尺读数头132与所述光栅尺尺带131之间的移动距离。为此,还需要保证所述光栅尺读数头132不随所述光栅尺尺带131直线移动,即需要保证所述安装座133不随所述光栅尺尺带131直线移动。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述丝杠位移检测装置100还包括:
用于限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动的限位组件14;
其中,所述限位组件14包括:
套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座133配接的轴承141,用于限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动;
套设于所述轴承141的轴承固定座142;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述限位组件14限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动。
可以理解的是,发明人通过设置所述限位组件14用以限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动。具体的,所述限位组件14套设于所述丝杠螺杆、并与所述安装座133配接。在具体的应用场景中,所述限位组件14可以表现为套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座133配接的轴承141,以及套设于所述轴承141的轴承固定座142。所述安装座133设置于所述轴承141与所述轴承固定座142间。换句话说,所述轴承141与所述轴承固定座142组合形成限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动的结构。
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座133随所述丝杠螺杆共同旋转,所述限位组件14限制所述安装座133不随所述丝杠螺杆直线移动,所述光栅尺尺带131随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头132直线移动。所述光栅尺读数头132通过读取所述光栅尺尺带131的光栅刻度,可以直接得出丝杠组件12直线位移量。由于光栅尺组件13的测量原理为光栅的光学原理,因此丝杠位移检测装置100的检测精度更高,响应速度更快。
请参照图2,本申请还提供一种并联机构200。具体的,所述并联机构200包括:
机架21;
与所述机架21连接的主轴22;
分别与所述机架21连接的若干支链;
所述若干支链分别与所述主轴22连接,以实现并联运动;
其中,所述若干支链中任意支链23包括:
驱动组件231;
与所述驱动组件231连接的丝杠组件232,受所述驱动组件231驱动做位移运动;
测量所述丝杠组件232位移量的光栅尺组件233。
应当指出的是,相对串联机构,并联机构200是由多个运动学支链23构成的闭环并且能控制终端实现一定输出运动的机构。并联机构200具有布局紧凑、高动态性能以及可实现模块化等特点。本申请实施例所提供的并联机构200通过若干支链的直线运动,以实现主轴22多自由度的转动,从而达到操作灵活的技术效果。
在本申请提供的一种具体实施方式中,所述机架21是半拱球型的桁架式结构。这种桁架式的机架21,其结构紧凑,经过拓扑优化后,其重量小、承载能力强。
所述若干支链连接所述机架21和所述主轴22,且若干支链的延伸方向不同。具体的,若干支链中的任意支链23通过虎克铰与机架21连接,若干支链中的任意支链23通过一个与支链23轴线垂直的球铰连接主轴22。
可以理解的是若干支链中的任意支链23与机架21之间的虎克铰可以用两个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。若干支链中的任意支链23与主轴22之间的球铰可以用一个虎克铰加一个转动副的复合关节代替。
进一步的,若干支链中的任意支链23与机架21之间的虎克铰可以用三个旋转轴线相互垂直的转动关节代替。当若干支链中的任意支链23与机架21之间设有三个转动副时、若干支链中的任意支链23与主轴22之间的球铰用两个转动轴线垂直的转动副代替。当若干支链中的任意支链23的连杆与主轴22之间设有两个转动副时,两个转动副的轴线所组成的平面分别与若干支链中的任意支链23轴线垂直。
进一步的,请参照图3和图4,所述若干支链中的任意支链23包括:
驱动组件231;
受所述驱动组件231驱动做位移运动的丝杠组件232;
测量所述丝杠组件232位移量的光栅尺组件233。
可以理解的是,所述驱动组件231用于提供动力源,以使所述丝杠组件232做位移运动。在具体的应用场景中,所述驱动组件231可以表现为具有旋转端的电机,所述旋转端可以提供扭矩,以使所述丝杠螺杆或丝杠螺母做旋转运动。当所述丝杠螺杆相对丝杆螺母做回转运动时,丝杆螺母相对丝杠螺杆做直线运动。当丝杆螺母相对丝杠螺杆做回转运动时,丝杠螺杆相对丝杆螺母做直线运动。
进一步的,在本申请提供的一种优选实施方式中,所述驱动组件231表现为具有旋转端的中空电机;
所述丝杠螺杆穿过所述中空电机,与所述中空电机旋转端连接。
应当指出的是,现有技术中检测丝杠的位移量,是通过统计丝杠螺杆的旋转圈数,进而推算出丝杠的位移量。这样半闭环的控制方式难以精确控制丝杠的位移量,进而难以控制整个并联机构200的控制精度。
光栅尺位移传感器是利用光栅的光学原理工作的测量反馈装置,可用作直线位移的检测。其测量输出的信号为数字脉冲,具有检测范围大、检测精度高、响应速度快的特点。
现有技术中通常将光栅尺位移传感器安装在丝杠组件的导轨上。但本申请考虑到所述并联机构在采用电机驱动丝杠的情况下,由于自身空间受限,通常不会设置导轨,因此没有安装光栅尺位移传感器的空间。并且丝杠螺杆相对丝杆螺母做回转运动时,丝杆螺母相对丝杠螺杆做直线运动。或丝杆螺母相对丝杠螺杆做回转运动时,丝杠螺杆相对丝杆螺母做直线运动。而光栅尺位移传感器的工作方式为光栅尺读数头2332相对光栅尺尺带2331做直线运动。可见,光栅尺位移传感器的运动方式与丝杠的运动方式不同,并不能简单将光栅尺位移传感器与丝杠进行组合。
为此,本申请发明人将光栅尺位移传感器分立为固定设置于所述丝杠螺杆的光栅尺尺带2331,以及嵌于安装座2333的光栅尺读数头2332。具体的,所述光栅尺读数头2332的安装位置对应光栅尺尺带2331于安装座2333的投影位置,以确保所述光栅尺读数头2332可以读取所述光栅尺尺带2331上的光栅刻度。
并且所述安装座2333随所述丝杠螺杆共同旋转,可视为所述光栅尺读数头2332与所述光栅尺尺带2331共同旋转。在这种情况下,所述光栅尺读数头2332依旧可以读取所述光栅尺尺带2331上的光栅刻度。如此,分立设置的光栅尺尺带2331和光栅尺读数头2332并不会因为丝杠组件232的运动方式不同而导致不能测量。
下面介绍如何将所述光栅尺尺带2331固定设置于所述丝杠螺杆。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述丝杠螺杆具有固定所述光栅尺尺带2331的安装平面;
所述安装平面由丝杠螺杆的螺纹面切出。
应当指出的是,通常所述丝杠螺杆的周身表面为螺旋槽或螺纹。为在所述丝杠螺杆的周身表面设置光栅尺尺带2331,可以通过铣削的加工方式,铣去部分螺纹或螺旋槽,从而在丝杠螺杆周身制造出安装平面。所述安装平面的宽度应当大于或等于所述光栅尺尺带2331。由于所述安装平面仅铣去部分螺纹或螺旋槽,并不会导致丝杠螺杆将回转运动转化为直线运动,或将直线运动转化为回转运动的功能失效。
下面介绍如何保证所述安装座2333随所述丝杠螺杆共同旋转。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述安装座2333具有内孔;
所述安装座2333内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配。
可以理解的是,由于所述丝杠螺杆周身表面设置有平面,则所述丝杠螺杆的横截面形状为直线与圆弧的组合。所述安装座2333内孔形状与所述具有安装平面的丝杠螺杆横截面形状匹配,可以理解为所述安装座2333的内孔形状也呈现为直线与圆弧的组合,且安装座2333的内孔形状大小与丝杠螺杆横截面形状相同。
如此,当所述丝杠螺杆旋转时,套设于所述丝杠螺杆的所述安装座2333将受来自所述丝杠螺杆的扭矩,随所述丝杠螺杆一同旋转。从而保证了所述光栅尺读数头2332可以读取所述光栅尺尺带2331上的光栅刻度。
而测量所述丝杠组件232位移量,本质上是测量所述光栅尺读数头2332与所述光栅尺尺带2331之间的移动距离。为此,还需要保证所述光栅尺读数头2332不随所述光栅尺尺带2331直线移动,即需要保证所述安装座2333不随所述光栅尺尺带2331直线移动。
进一步的,在本申请提供的一种具体实施方式中,所述若干支链中任意支链23还包括:
用于限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动的限位组件234;
其中,所述限位组件234包括:
套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座2333配接的轴承2341,用于限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动;
套设于所述轴承2341的轴承固定座2342;
在所述丝杠螺杆旋转的情况下,所述限位组件234限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动。
可以理解的是,发明人通过设置所述限位组件234用以限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动。具体的,所述限位组件234套设于所述丝杠螺杆、并与所述安装座2333配接。在具体的应用场景中,所述限位组件234可以表现为套设于所述丝杠螺杆、与所述安装座2333配接的轴承2341,以及套设于所述轴承2341的轴承固定座2342。所述安装座2333设置于所述轴承2341与所述轴承固定座2342间。换句话说,所述轴承2341与所述轴承固定座2342组合形成限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动的结构。
进一步的,所述虎克铰235套设于所述丝杠螺杆,所述虎克铰235一端与所述轴承固定座2342未套设所述轴承2341的一端配接,所述虎克铰235另一端与所述中空电机配接。
在所述中空电机驱动丝杠螺杆旋转的情况下,所述安装座2333随所述丝杠螺杆共同旋转,所述限位组件234限制所述安装座2333不随所述丝杠螺杆直线移动,所述光栅尺尺带2331随所述丝杠螺杆相对所述光栅尺读数头2332直线移动。所述光栅尺读数头2332通过读取所述光栅尺尺带2331的光栅刻度,可以直接得出丝杠组件232直线位移量,从而使得所述并联机构200实现了全闭环控制丝杠位移量的效果,提高了所述并联机构200对各支链23的控制精度,进而更精准地控制主轴22的移动位置。
需要说明的是,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,有语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已,并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的权利要求范围之内。