CN114833815A - 一种轻量化线性运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻量化线性运动装置，用于机器人运动控制。本发明装置包括壳体部分、运动部分和驱动模组；运动部分包括同步带传动机构和丝杆螺母机构；电机固定板与底板固定连接，并与底板之间留有空间，用于安装同步带传动机构；电机安装在电机固定板上；电机的输出轴与主同步带轮固定连接，从同步带轮与丝杆下端固定连接；丝杆上装配有丝杆螺母和滑动块，丝杆转动时，丝杆螺母带动滑动块沿丝杆上下运动；滑动块伸出壳体的部分上可固定控制器盒与机械臂。电机内置高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，仅需低压供电。本发明装置体积小重量轻，能使部件在高度上有更大的活动空间，能搭配大部分AGV小车使用，可适用于更多类型的机械臂。

Description

一种轻量化线性运动装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种轻量化线性运动装置。

背景技术

机械臂是高精度，多输入多输出、高度非线性、强耦合的复杂***。因其独特的操作灵活性，已在工业装配、安全防爆等领域得到广泛应用。但是，现有的机械臂在使用时，只能够模拟人手进行一些机械操作，无法根据实际需求调整机械臂的高度，从而使得夹爪装置在拿取一些过高或者过低的物品时，操作难度大甚至无法操作。因机械臂自身长度有限，在较远的位置机械臂无法触碰到，所以有时候会搭配AGV小车(自动导引运输车)来使机械臂实现功能。但是目前升降装置大多体积大，重量也比较大，在搭配AGV小车时，AGV小车的负载大，容易使AGV小车侧翻。另外，现在升降装置多需要高电压驱动，大部分AGV小车也无法满足。因此，目前的升降装置体积大重量大的问题限制了升降装置搭配AGV小车的使用，也无法满足机械臂搭配AGV小车的应用需求。

发明内容

针对上述现在升降装置问题及AGV小车应用受限的问题，本发明提供了一种轻量化线性运动装置，该装置可带动部件如机械臂，在上下高度空间做更大范围的运动，并且具有体积小重量轻的优点，满足升降装置搭配AGV小车的应用需求，也满足机械臂搭配AGV车的需求。

本发明提供的一种轻量化线性运动装置，包括壳体部分、运动部分和驱动模组。

壳体部分包括电机固定板、壳体、底板和顶板。电机固定板通过连接件固定在底板上，与底板之间留有空间。电机固定板用于固定安装电机。

运动部分包括同步带传动机构和丝杆螺母机构。同步带传动机构安装在电机固定板与底板之间的空间内。电机的输出轴与同步带传动机构的主同步带轮固定连接。同步带传动机构的从同步带轮通过转接轴套与丝杆的下端固定连接。在丝杆的上端装配有一个轴承，轴承与固定在壳体的上轴承座固定一起；在丝杆下端，与转接轴套连接处的上面装配有一个轴承，与固定在壳体上的下轴承座固定一起。通过上下两端的轴承固定丝杆的空间位置，使丝杆只能转动。丝杆上装配有丝杆螺母，丝杆螺母与滑动块固定连接。滑动块的一端具有伸出壳体的部分，在该部分上面固定连接控制器盒固定座。滑动块的另一端的左右两边各固定有两个个滑块，滑块与固定在壳体内侧的两条导轨配合运动。当丝杆转动时，丝杆螺母带动滑动块产生直线运动。控制器盒固定座上固定着控制器盒，外接部件可以固定在控制器盒上，随着滑动块上下移动。

驱动模组包括电机和电机驱动器；电机驱动器采用一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，集成在电机内部。

本发明装置还包括线缆部分。线缆部分包括拖链和拖链固定板。拖链固定板固定在壳体的侧面上，拖链的一端固定在控制器盒上，另一端固定在拖链固定板上。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)本发明装置的电机体积小扭矩大，整个装置的体积小且重量轻，使用更加灵活，扩大了AGV小车的应用场景，满足机械臂搭配AGV车的应用需求；

(2)本发明装置可以使外接部件如机械臂在高度上有更大的活动空间；本发明实现的运动装置相比现有升降平台使用的伸缩柱，具有行程长和体积小的优点，伸缩柱的行程相对于本来来说大致是而本发明装置可以从装置的顶端到底端。

(3)本发明装置减轻了AGV小车的负载，适用于搭配各种型号的AGV小车，满足机械臂+升降装置+AGV小车的搭配使用，低负载使得AGV小车稳定不侧翻。

附图说明

图1是本发明装置在某一角度的立体结构示意图；

图2是本发明装置在另一角度上的立体结构示意图；

图3是本发明装置在图1所示A方向的剖视图；

图4是本发明装置在图3所示B方向的剖视图。

图中：

1-电机固定板，2-控制器盒，3-防护罩，4-拖链，5-拖链固定板，6-筋板，7-交换机卡件，

8-直流电源，9-交换机，10-电机电源，11-背板，12-主同步带轮，13-同步带，14-电机，

15-从同步带轮，16-转接轴套，17-下轴承座，18-急停按钮，19-丝杆螺母，20-滑动块，

21-控制器盒固定座，22-滑块，23-壳体，24-上轴承座，25-底板，26-顶板。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～4所示，本发明实施例实现的轻量化线性运动装置，主要包括驱动模组、运动部分、线缆部分和壳体部分。其中，驱动模组主要包括电机。运动部分主要包括同步带传动机构和丝杆螺母机构。线缆部分主要包括拖链。壳体部分主要包括壳体、电机固定板等。本发明实施例中需要上下移动的外接部件为机械臂，但并不限于机械臂。

如图1～3所示，壳体部分主要包括电机固定板1、壳体23、底板25和顶板26。壳体23的下端固定在电机固定板1上，上端固定有顶板26。电机固定板1通过连接件固定在底板25上，并且部分伸出壳体23。电机固定板1与底板25中间留有一部分空间，在此空间内放置着同步带传动机构。在电机固定板1伸出壳体23的位置上固定有电机14。

如图3所示，同步带传动机构包括主同步带轮12、同步带13和从同步带轮15。电机14的出轴与主同步带轮12固定在一起。从同步带轮15位于主同步带轮12的左侧。主同步带轮12与从同步带轮15之间通过同步带13连接。从同步带轮15通过转接轴套16与丝杆的下端固定连接。

如图3所示，转接轴套16与丝杆的下端固定连接，在连接处的上面设置有一个轴承，丝杆与轴承的内圈固定在一起，轴承的外圈固定在下轴承座17上，下轴承座17固定在壳体23上。在丝杆的上端也装配有一个轴承，采用同样的方式通过上轴承座24固定在壳体23上。两个轴承的作用是固定丝杆的空间位置使丝杆只能转动，同时减小丝杆转动时的摩擦。

如图3和4所示，丝杆上装配有丝杆螺母19，丝杆螺母19与滑动块20固定连接。滑动块20主要位于壳体23内部，部分伸出壳体23。滑动块20的一端伸出壳体，在伸出壳体的部分上面固定着控制器盒固定座21，滑动块20的另一端的左右两边分别固定着四个滑块22，四个滑块呈田字状分布，左边上下两个，右边上下两个。上下设置两个减小滑动块在上下方向的晃动，左右设置两组滑块减小滑动块在左右方向的晃动。壳体23内侧有两条导轨，滑块与导轨配合运动。滑动块20的中心固定着丝杆螺母19，丝杆螺母19与丝杆配合，丝杆转动时因为丝杆螺母19固定在滑动块20上不产生转动，所以丝杆螺母19带动滑动块20产生直线运动。滑动块20露在壳体23外的部分上面固定着控制器盒固定座21，控制器盒固定座21上面固定着控制器盒2，机械臂可以通过螺钉固定在控制器盒2上。控制器盒2带动机械臂随着滑动块20上下运动。控制器盒2内设置有开发板。有的机械臂有视觉***，所以设置了开发板用于搭配有视觉***的机械臂使用。

如图3所示，上轴承座24位于丝杆的顶端，靠近顶板26；下轴承座17位于丝杆的下端位置；丝杆螺母9在丝杆上可以运动的行程是从上轴承座24到下轴承座17之间，这一行程为丝杆5的行程。

如图2所示，在壳体23相对于控制器盒2的后侧面上安装有背板11，在背板11的两边安装两块筋板6，背板11上安装有一个急停按钮18，急停按钮18用于控制电机14的开关，当发生紧急情况时可通过此按钮使装置停止工作。在急停按钮18的下方安装有交换机9，交换机9通过交换机卡件7固定在筋板6上，在交换机卡件7上固定安装着一个直流电源用于交换机供电。交换机9提供网络信号转发端口，开发板、机械臂的网线以及外部网线连接在交换机9上，实现网络通信。在另一侧的筋板上固定着一个直流电机电源8将高压转化为电机14所需要的低压，为电机14供电，若与AGV小车搭配使用时也可直接由AGV小车直接给电机14供电。交换机9处于电机14的上方位置。如图1所示，利用防护罩3将交换机9和电机14处的裸露空间罩住。

本发明实施例的电机14选用的是无框力矩电机。无框力矩电机具有较大的扭转输出能满足本装置的扭矩需求，电机本身只需要低压供电，绝大多数AGV小车都可以提供，方便搭配使用。本发明所述的低压是指36V以下电压。本发明实施例电机需要24V电压。

一般电机的驱动器都是外置的，体积较大且不方便，但本发明所使用的电机14的驱动器集成在电机内部，本发明实施例所使用无框力矩电机的驱动器采用一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器，该驱动器的具体实现可以参见公开号为CN108880122A公开日为2018.11.23的“一种高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器”。该驱动器集成在一块电路板上，包括电源转换单元，电池充电单元，STM32F4主控单元，隔离通信模块，隔离功率驱动单元，编码器单元，EEPROM芯片，安全保护单元以及传感采集单元。该驱动器将多圈绝对值编码器采集电路集成在电机驱动器上，刚好贴合电机安装，在电路布局上将逻辑信号与功率信号通过电路板开槽的形式尽可能的物理隔离，优化功率部分散热设计，提高电路的抗干扰能力。本发明实施例的电机14具有体积小和重量轻的优点，使得整个运动装置的重量较小，减小了AGV小车的负载。虽然电机14体积小但依然拥有较大扭矩，但能满足使用需求。例如本发明实施例实现的电机的重量仅650g，外径70mm，高度90mm，相较于现有电机，大大减少了重量和体积，因此也使得运动装置的重量和体积大幅降低，可搭配多型号的AGV小车，解决了AGV小车负载大容易侧翻的问题。

如图1所述，在壳体23的右侧装配有拖链4和拖链固定板5。拖链4的一端固定在移动的控制器盒2上，另一端固定在拖链固定板5上。控制器盒端和外部的连接线从拖链4中穿过，使线在运动过程中不会散乱。拖链固定板5可以限制拖链运动过程的轨迹，使拖链有规律移动。

从图1～图4以及上述结构描述可以看出，本发明实现的运动装置，当电机14工作时，带动主同步带轮12转动，主同步带轮12带动从同步带轮15转动，进而带动转接轴套16和丝杆转动，丝杆的转动使得滑块22沿滑轨上下直线运动，丝杆螺母19带动滑动块20上下直线运动，进而带动控制器盒2和机械臂上下移动。机械臂上下可以移动的行程为滑块22沿导轨上下运动的行程，也即丝杆5的行程，可以实现从装置的顶端到底端的上下运行，可以使连接的机械臂在高度上有更大的活动空间。本发明的运动装置通过设计的小驱动模组的作用下，得到整体重量和体积的缩小，从而可以应用在一些对负载或重量要求高的场景，或者对AGV小车条件要求低的场景，从而实现更大负载、更高行程，更大功能等。本发明的运动装置使用灵活，满足机械臂搭配现有AGV小车的使用需求。

除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。本发明省略了对公知组件和公知技术的描述，以避免赘述和不必要地限制本发明。上述实施例中所描述的实施方式也并不代表与本申请相一致的所有实施方式，在本发明技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种轻量化线性运动装置，其特征在于，所述装置包括壳体部分、运动部分和驱动模组；

所述壳体部分包括电机固定板、壳体、底板和顶板；电机固定板通过连接件固定在底板上，与底板之间留有空间；所述电机固定板上固定有电机；

所述运动部分包括同步带传动机构和丝杆螺母机构；所述丝杆螺母机构包括丝杆、丝杆螺母、滑动块以及滑块；所述同步带传动机构安装在电机固定板与底板之间的空间内；所述电机的输出轴与同步带传动机构的主同步带轮固定连接；同步带传动机构的从同步带轮通过转接轴套与丝杆的下端固定连接；在丝杆的上端和下端分别装配有一个轴承，分别与固定在壳体上的上轴承座、下轴承座固定一起；通过上下两端的轴承固定丝杆的空间位置，使丝杆只能转动；所述丝杆上装配有丝杆螺母，丝杆螺母与滑动块固定连接；所述滑动块的一端具有伸出壳体的部分，在该部分上面固定连接控制器盒固定座；控制器盒固定座上固定有控制器盒，需要移动的外部部件固定在控制器盒上；所述滑动块的另一端左右两边各固定有两个滑块，两组滑块分别与固定在壳体内侧的两条导轨配合运动；当丝杆转动时，丝杆螺母带动滑动块产生直线运动；

所述驱动模组包括电机和电机驱动器，电机驱动器集成在电机内部。

2.根据权利要求1所述的运动装置，其特征在于，所述的丝杆，在与转接轴套连接处的上面装配一个轴承，用于与下轴承座固定一起。

3.根据权利要求1所述的运动装置，其特征在于，所述的装置还包括线缆部分，线路部分包括拖链和拖链固定板；拖链固定板固定在壳体的侧面上，拖链的一端固定在控制器盒上，另一端固定在拖链固定板上。

4.根据权利要求1所述的运动装置，其特征在于，所述的壳体，相对控制器盒所在一侧的侧面上安装有背板，背板的两边为两块筋板；将交换机通过交换机卡件固定在筋板上，交换机卡件上固定安装一个直流电源用于交换机供电；直流电机电源固定安装在一侧的筋板上；急停按钮安装在背板上。

5.根据权利要求1或3所述的运动装置，其特征在于，所述的控制器盒内设置有开发板，用于搭配有视觉***的机械臂使用。

6.根据权利要求1或2所述的运动装置，其特征在于，所述的上轴承座位于丝杆的顶端，靠近顶板；丝杆螺母在丝杆上的上轴承座到下轴承座之间的高度空间运动。

7.根据权利要求1所述的运动装置，其特征在于，所述的驱动模组还包括交换机和直流电机电源；直流电机电源转化输出电机所需要的低压。

8.根据权利要求1所述的运动装置，其特征在于，所述的电机驱动器采用高集成度高功率密度的智能交流伺服驱动器。

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