CN217029843U - 一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，包括：传动轴，传动轴上设置有螺纹和花键槽；螺母轴承；套设在传动轴上，螺母轴承的外圈固定设置，螺母轴承的内圈设置有与螺纹匹配的螺母纹；花键轴承；套设在传动轴上，花键轴承的外圈固定设置，花键轴承的内圈设置有与花键槽匹配的花键；其中，在螺母轴承内圈单独旋转时，传动轴在螺纹与螺母纹的配合下沿传动轴的轴向延伸方向移动；在花键轴承内圈和所述螺母轴承内圈同步转动时，传动轴在花键槽与花键的配合下转动，螺母轴承内圈与传动轴同步转动，螺母纹与螺纹始终保持同一配合状态。本实用新型使执行器既能够独立沿轴向延伸方向运动，又能够独立转动。

Description

一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器

技术领域

本实用新型涉及传动技术领域，尤其是指一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器。

背景技术

随着工业自动化的普及应用，执行机构的上下运动及旋转运动通常是通过丝杆传动机构及转台的配合运动实现，丝杆传动机构可实现执行机构的上下运动，转台则实现执行机构的旋转运动。然而，此种机构的上下运动及转动需要分别控制丝杆传动机构和转台，采用的是滚珠丝杆与滚珠花键并行装配，由丝杆带动花键实现垂直运动,花键水平旋转。如此,存在以下不足：

一是,采用并行装配,结构相对较复杂,丝杆与花键的驱动匹配要求高,相关匹配的零件加工精度亦要求高；

二是,并行设置丝杆及花键,使得组件体积大,组件的重量也大,托举ZR轴组件的旋转臂其承受较大的重力,造成执行机构运转受影响,使用寿命不长；

三是,组件零部件多,使得组装及制造成本增加。

现有技术的中国专利公开号为：CN104723333B，发明名称为：一种集成式的两自由度机械手及其控制系统，公开了一种利用两个中空电机，使滚珠丝杆、滚珠花键不通过同步带直接与电机轴相连，减少了累计误差，提高了机械手的响应速度和传动精度；两个电机与滚珠丝杆、滚珠花键在一条轴上，实现了直线运动和旋转运动的解耦，结构简单、使机构体积进一步缩小，同时降低加工成本；

然而，该结构的滚珠丝杆与滚珠花键之间还是设置有丝杆花键连接件，其实质上还是将滚珠丝杆与滚珠花键分体设置，就是将并排设置的滚珠丝杆与滚珠花键设置在同一条轴线上，并没有实现滚珠丝杆与滚珠花键与执行机构的集成设置。

实用新型内容

为此，本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术中无法将上下运动驱动源及旋转运动驱动源集成设置在同一执行机构上的问题，本实用新型提供一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，使执行器既能够独立沿轴向延伸方向运动，又能够独立转动。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于，包括：

传动轴，所述传动轴上设置有螺纹和花键槽；

螺母轴承；套设在所述传动轴上，所述螺母轴承的外圈固定设置，所述螺母轴承的内圈设置有与所述螺纹匹配的螺母纹；

花键轴承；套设在所述传动轴上，所述花键轴承的外圈固定设置，所述花键轴承的内圈设置有与所述花键槽匹配的花键；

其中，在所述螺母轴承内圈单独旋转时，所述传动轴在螺纹与螺母纹的配合下沿传动轴的轴向延伸方向移动；在所述花键轴承内圈和所述螺母轴承内圈同步转动时，所述传动轴在花键槽与花键的配合下转动，所述螺母轴承内圈与传动轴同步转动，所述螺母纹与螺纹始终保持同一配合状态。

在本实用新型的一个实施例中，在所述传动轴上，所述螺纹和花键槽间隔设置，所述螺纹沿所述传动轴的延伸长度与所述花键槽沿所述传动轴的延伸长度相同。

在本实用新型的一个实施例中，所述螺母轴承和花键轴承均为滚珠轴承，所述螺母轴承和花键轴承的外圈结构相同，所述螺母轴承和花键轴承的内圈分别设置有螺母纹和花键，所述螺母轴承和花键轴承的外圈和内圈之间均设置有滚珠。

在本实用新型的一个实施例中，还包括壳体，所述传动轴的一端设置在所述壳体内，另一端突出于所述壳体，所述壳体内设置有螺母轴承槽、花键轴承槽，所述螺母轴承的外圈固定设置在所述螺母轴承槽中，所述花键轴承的外圈固定设置在所述花键轴承槽中。

在本实用新型的一个实施例中，所述壳体内还设置有带动所述螺母轴承内圈转动的螺母驱动源。

在本实用新型的一个实施例中，所述螺母驱动源为力矩电机，所述螺母驱动源的转子通过螺母连接件与所述螺母轴承的内圈连接，带动所述螺母轴承内圈转动。

在本实用新型的一个实施例中，所述壳体内还设置有带动所述花键轴承内圈转动的花键驱动源。

在本实用新型的一个实施例中，所述花键驱动源为力矩电机，所述花键驱动源的转子通过花键连接件与所述花键轴承的内圈连接，带动所述花键轴承内圈转动。

在本实用新型的一个实施例中，还包括控制单元，所述控制单元能够控制螺母轴承内圈单独转动或控制所述螺母轴承内圈和所述花键轴承内圈同步转动。

在本实用新型的一个实施例中，还包括位置反馈单元，所述位置反馈单元为光栅检测装置，用于检测螺母轴承内圈和花键轴承内圈的转动情况。

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本实用新型所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，传动轴作为执行机构，将螺纹和花键槽集成设置在传动轴上，将螺母轴承和花键轴承分别套设在传动轴上的螺纹和花键外，螺母轴承内圈的螺母纹与螺纹配合形成滚珠丝杆结构，花键轴承内圈的花键与花键槽配合形成滚珠花键结构；

在控制执行器运动时，其中，在螺母轴承内圈单独旋转时，传动轴在螺纹与螺母纹的配合下沿传动轴的轴向延伸方向移动，从而实现传动轴的轴向移动，能够实现传动轴带动的设备的升降运动；在花键轴承内圈和螺母轴承内圈同步转动时，所述传动轴在花键槽与花键的配合下转动，所述螺母轴承内圈与传动轴同步转动，所述螺母纹与螺纹始终保持同一配合状态，此时螺母轴承内圈与传动轴同步转动，因此螺母轴承内圈与传动轴之间相对静止，传动轴不会受螺母轴承内圈转动的影响，从而传动轴不受轴向方向上的力，所述传动轴只会转动，不会轴向移动。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中

图1是本实用新型的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器的外部结构示意图；

图2是本实用新型的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器的内部结构示意图。

说明书附图标记说明：1、传动轴；2、螺母轴承；3、花键轴承；4、壳体；5、螺母轴承驱动源；6、花键轴承驱动源；7、螺母连接件；8、花键连接件；9、光栅检测装置。

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说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

参照图1和图2所示，本实用新型的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，包括：

传动轴1，所述传动轴1作为执行机构，所述传动轴1上设置有螺纹和花键槽；

螺母轴承2；套设在所述传动轴1上，所述螺母轴承2的外圈固定设置，所述螺母轴承2的内圈设置有与所述螺纹匹配的螺母纹，螺母纹与螺纹配合形成滚珠丝杆结构；

花键轴承3；套设在所述传动轴1上，所述花键轴承3的外圈固定设置，所述花键轴承3的内圈设置有与所述花键槽匹配的花键，花键槽与花键配合形成滚珠花键结构；

本实施例的两自由度执行器的传动轴1作为执行机构包括两种运动状态：

第一种：在螺母轴承内圈单独旋转时，由于螺母轴承2的外圈固定设置，所述传动轴1在螺纹与螺母纹的配合下沿传动轴1的轴向延伸方向移动，能够实现传动轴1带动的设备的升降运动，并且在传动轴1升降的过程中，由于所述花键位置固定，传动轴1上的花键槽沿所述花键的延伸方向移动，所述花键能够起到对传动轴1的导向作用，保证在所述传动轴1升降运动的过程中，所述传动轴1不会转动；

第二种：在所述花键轴承内圈和螺母轴承内圈同步转动时，所述传动轴1在花键槽与花键的配合下转动，所述螺母轴承内圈与传动轴1同步转动，所述螺母纹与螺纹始终保持同一配合状态，此时螺母轴承内圈与传动轴1同步转动，因此螺母轴承内圈与传动轴1之间相对静止，传动轴1不会受螺母轴承内圈转动的影响，从而传动轴1不受轴向方向上的力，所述传动轴1只会转动，不会轴向移动。

具体地，在所述传动轴1上，所述螺纹和花键槽间隔设置，所述螺纹沿所述传动轴的延伸长度与所述花键槽沿所述传动轴的延伸长度相同，即本实施例的传动轴沿轴向移动的距离有一定的行程限制，所述传动轴1的行程即为螺纹沿所述传动轴的延伸长度，在所述传动轴1沿轴向方向移动时，所述花键沿花键槽的延伸方向移动，所述花键与花键槽配合起到限位导向的作用，因此，为了防止传动轴1在升降运动的过程中转动，设置所述花键槽的长度与螺纹沿所述传动轴的延伸长度相同，并且，这样设置能够保证无论传动轴1移动到什么位置，花键与花键槽始终配合，当花键转动的时候，都能带动传动轴1转动。

本实施例中，所述螺母轴承2和花键轴承3均为滚珠轴承，所述螺母轴承2和花键轴承3的外圈结构相同，所述螺母轴承2和花键轴承3的内圈分别设置有螺母纹和花键，所述螺母轴承2和花键轴承3的外圈和内圈之间均设置有滚珠，所述外圈与内圈之间设置滚珠，从而实现内圈与外圈的相对转动。

具体地，所述传动轴1作为执行机构，本实施例的执行器还包括壳体4，所述传动轴1的一端设置在所述壳体4内，另一端突出于所述壳体4，所述传动轴1突出于所述壳体4的一端可以连接载台、机械手、点胶头等既需要旋转又需要升降移动的机构；所述壳体4内设置有螺母轴承槽、花键轴承槽，所述螺母轴承2的外圈固定设置在所述螺母轴承槽中，所述花键轴承3的外圈固定设置在所述花键轴承槽中；

具体地，为了带动所述螺母轴承内圈和花键轴承内圈转动，所述壳体4内还设置有带动所述螺母轴承内圈转动的螺母驱动源5和带动所述花键轴承内圈转动的花键驱动源6，所述螺母驱动源5和花键驱动源6均为力矩电机，所述力矩电机具有低转速、大扭矩、过载能力强、响应快、特性线性度好、力矩波动小等特点，可直接驱动负载省去减速传动齿轮，从而提高了系统的运行精度，因此通过力矩电机可以直接作用在螺母轴承内圈或花键轴承内圈上，从而带动螺母轴承内圈或花键轴承内圈转动；所述螺母驱动源5的转子通过螺母连接件7与所述螺母轴承内圈连接，带动所述螺母轴承内圈转动，所述花键驱动源6的转子通过花键连接件8与所述花键轴承内圈连接，带动所述花键轴承内圈转动。

具体地，为了能够实现螺母轴承内圈和花键轴承内圈的单独转动和配合转动，需要对螺母驱动源和花键驱动源的转动动作进行精确的控制，因此，所述执行器还包括控制单元和位置反馈单元；

所述控制单元能够控制螺母轴承内圈单独转动或控制所述螺母轴承内圈和花键轴承内圈同步转动，在所述控制单元控制螺母轴承内圈转动、花键轴承内圈不转动的情况下，能够实现传动轴1的轴线延伸移动，在所述控制单元控制螺母轴承内圈和花键轴承内圈同步转动的情况下，能够实现传动轴1的转动，其中，所述螺母轴承内圈和花键轴承内圈同步转动的状态为转动的方向相同、转动的速度相同；

进一步的，为了能够精确控制螺母轴承内圈和花键轴承内圈同步转动的状态，达到上述转动方向相同、转动速度相同的要求，还设置了位置反馈单元，所述位置反馈单元设置在螺母轴承驱动源5和花键轴承驱动源6上，所述位置反馈单元为光栅检测装置9，用于检测螺母轴承驱动源5和花键轴承驱动源6的转动情况，包括螺母轴承驱动源5和花键轴承驱动源6的转动方向和转动角度，通过位置反馈单元检测的位置信息传递到控制单元进行补偿，防止螺母轴承内圈和花键轴承内圈出现转动不匹配的情况。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于，包括：

传动轴，所述传动轴上设置有螺纹和花键槽；

螺母轴承；套设在所述传动轴上，所述螺母轴承的外圈固定设置，所述螺母轴承的内圈设置有与所述螺纹匹配的螺母纹；

花键轴承；套设在所述传动轴上，所述花键轴承的外圈固定设置，所述花键轴承的内圈设置有与所述花键槽匹配的花键；

其中，在所述螺母轴承内圈单独旋转时，所述传动轴在螺纹与螺母纹的配合下沿传动轴的轴向延伸方向移动；在所述花键轴承内圈和所述螺母轴承内圈同步转动时，所述传动轴在花键槽与花键的配合下转动，所述螺母轴承内圈与传动轴同步转动，所述螺母纹与螺纹始终保持同一配合状态。

2.根据权利要求1所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：在所述传动轴上，所述螺纹和花键槽间隔设置，所述螺纹沿所述传动轴的延伸长度与所述花键槽沿所述传动轴的延伸长度相同。

3.根据权利要求1所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：所述螺母轴承和花键轴承均为滚珠轴承，所述螺母轴承和花键轴承的外圈结构相同，所述螺母轴承和花键轴承的内圈分别设置有螺母纹和花键，所述螺母轴承和花键轴承的外圈和内圈之间均设置有滚珠。

4.根据权利要求1所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：还包括壳体，所述传动轴的一端设置在所述壳体内，另一端突出于所述壳体，所述壳体内设置有螺母轴承槽、花键轴承槽，所述螺母轴承的外圈固定设置在所述螺母轴承槽中，所述花键轴承的外圈固定设置在所述花键轴承槽中。

5.根据权利要求4所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：所述壳体内还设置有带动所述螺母轴承内圈转动的螺母驱动源。

6.根据权利要求5所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：所述螺母驱动源为力矩电机，所述螺母驱动源的转子通过螺母连接件与所述螺母轴承的内圈连接，带动所述螺母轴承内圈转动。

7.根据权利要求4所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：所述壳体内还设置有带动所述花键轴承内圈转动的花键驱动源。

8.根据权利要求7所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：所述花键驱动源为力矩电机，所述花键驱动源的转子通过花键连接件与所述花键轴承的内圈连接，带动所述花键轴承内圈转动。

9.根据权利要求1所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：还包括控制单元，所述控制单元能够控制螺母轴承内圈单独转动或控制所述螺母轴承内圈和所述花键轴承内圈同步转动。

10.根据权利要求1所述的双驱动源驱动的单轴两自由度执行器，其特征在于：还包括位置反馈单元，所述位置反馈单元为光栅检测装置，用于检测螺母轴承内圈和花键轴承内圈的转动情况。

Images