CN204442091U - Zr集成式运动模组 - Google Patents

Abstract

一种结构紧凑、体积小且可实现标准化、系列化的集旋转和直线运动为一体的ZR集成式运动模组。包括设置于模组本体内两端的滚珠花键电机和丝杆电机，滚珠花键电机的花键轴的外端穿过该电机的机芯置于模组本体之外，花键轴的内端通过联轴器与套接在丝杆电机的丝杆上的丝母连接，花键轴在滚珠花键电机的转动下旋转，在丝杆电机的转动下沿轴向往复移动。其将滚珠花键电机和丝杆电机集成安装于本体内并使两电机同轴串接设置，使得花键轴在较小的空间内同时完成直线和旋转运动。其将电机、光电控制部件和PCB板及连接导线集成于本体内部，从其外部仅可观察到预留的快插式连接端子，其可对ZR运动模组实现标准化、模块化和产业化做出革命性的贡献。

Description

ZR集成式运动模组

技术领域

本实用新型涉及一种集成式运动器件，特别涉及一种较多应用于医疗自动化设备领域的直线和旋转并存的模组式运动部件。

背景技术

在自动化及医疗设备领域，经常会用到主轴既能够绕轴线旋转，又可沿轴线直线运动的场合。目前行业内，单个直线运动的模组(xyz三个方向)已经非常成熟且满足产业化需求，对于主轴既可直线运动又可旋转运行的集成式模组，尚未有模块化，产业化的合适方案解决。

现行的方案往往都是用户采购滚珠花键副，自行设计两轴驱动结构，例如R轴(旋转轴)和Z轴非同轴设置，其间通过马达－皮带实现动力传递，这种结构在布局上，占用空间大，组成的模组体积庞大。

由于上述结构五花八门，所以，目前行业内还没有一个统一标准和规范的产品，这些现有的运动模组多少都存在结构复杂、体积较大且稳定性较差的缺点。这给用户使用、选型带来极大的不便。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种结构紧凑、体积小且可实现标准化、系列化的集旋转和直线运动为一体的ZR集成式运动模组。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

本实用新型的ZR集成式运动模组，包括旋转驱动电机、直线驱动电机和模 组本体，所述旋转驱动电机和直线驱动电机分别为滚珠花键电机和丝杆电机，其分别固定设置于模组本体内的两端，滚珠花键电机的花键轴的外端穿过该电机的机芯置于模组本体之外，花键轴的内端通过联轴器与套接在丝杆电机的丝杆上的丝母连接，花键轴在滚珠花键电机的转动下旋转，在丝杆电机的转动下沿轴向往复移动。

所述花键轴与所述丝杆同轴线设置，花键轴为空心轴，丝杆的前端伸入该空心轴的内腔中，其间滑动连接。

所述本体为一次成型的呈长方体的铝型材，其至少一个外侧面为凹入槽面，模组的快插式PCB板安装在该槽面上，在其另外的至少一个外侧面上设有至少一条方便将该模组通过角座安装在其它设备上的螺母滑槽。

在所述丝母的下端设有下限位块；在所述滚珠花键电机的下方的本体内壁上固接有截面呈倒“L”形的上限位块，在与上限位块相对的位置的本体上固接有第一光电传感器，在所述联轴器的上表面固接有与第一光电传感器匹配的Z向感应片。

所述下限位块为具有弹性的阻挡套。

在滚珠花键电机的下方相对位置设有固接在所述本体上的第二光电传感器和第三光电传感器；在第二光电传感器与第三光电传感器之间设有固接在滚珠花键电机上且与花键轴同步旋转的码盘，码盘的盘面介于第二光电传感器和第三光电传感器的感应槽中。

与现有技术相比，本实用新型将滚珠花键电机和丝杆电机集成安装于铝合金的模组本体内并使两电机同轴串接设置，使得滚珠花键电机的花键轴在较小的空间内同时完成直线和旋转运动，另外，由于其将电机、光电控制部件和PCB 板及连接导线均集成于本体内部，从其外部仅可观察到预留的快插式连接端子，由此也使得其外观整洁美观。本实用新型结构紧凑、体积小且成本低，其可对ZR运动模组实现标准化、模块化和产业化做出革命性的贡献。

附图说明

图1为本实用新型的示意图。

图2为图1中未装盖板时的示意图。

图3为图2中A－A向剖视图。

图4为图3侧视图。

图5为图2中B－B向剖视图。

图6为顶部安装本实用新型的示意图。

图7为底部安装本实用新型的示意图。

图8为侧边安装本实用新型的示意图。

附图标记如下：

本体1、螺母滑槽11、T型螺母12、端子13、角座14、滚珠花键电机2、花键轴21、丝杆电机3、丝杆31、丝母32、滑套33、联轴器4、码盘5、第一光电传感器51、第二光电传感器52、第三光电传感器53、上限位块6、下限位块7、Z向感应片8。

具体实施方式

如图1、2所示，本实用新型的ZR集成式运动模组是将旋转驱动电机、直线驱动电机和控制电路集成安装于模组本体1内(Z表示Z方向，意为直线方向；R表示圆周方向，意为旋转方向)。

所述旋转驱动电机为本申请人于之前获得的实用新型专利公开的一种电机 (下称滚珠花键电机2)，其专利号为ZL 2014 2 0407597.7，名称为：滚珠花键轴21电机。该电机包括前盖、后盖、定子铁芯、置于定子铁芯内的定子线圈和电机转轴，电机转轴为穿过前盖、定子铁芯和后盖设置的花键轴21，在定子铁芯段的花键轴21外圆周壁上套接有滚珠花键母，在滚珠花键母外圆周壁与定子线圈之间套接有可令滚珠花键母在定子线圈产生的磁场作用下带动花键轴21旋转的磁感应组件，该磁感应组件固接在花键母的外圆周壁上。其将电机转轴直接设计为花键轴21。省去现有技术中的花键轴21需通过转换部件才可与电机转轴相连接的复杂结构，降低了电机成本。其既可转动，又可沿轴线移动，可有效减小电机的体积。

所述直线驱动电机为丝杆电机3。

如图3、4、5所示，所述模组本体1(也称模组外壳)为长方体，其由铝材所制，本实用新型优选为一次成型。该模组本体1的至少一个外侧面为向内凹入的通槽，所述的控制电路板(采用快插式PCB板)安装在该通槽的槽面上。在模组本体1上与所述通槽相邻的至少一个外侧面上设有至少一条螺母滑槽11，本实用新型优选为二个相对的外侧面，在每个外侧面上设有由二条螺母滑槽11，通过T型螺母12将角座14装配在该模组三体的外壁上，之后可以很方便地将该模组以不同角度、方向安装在应用其的医疗或专用设备上(见图6、7、8)。

所述滚珠花键电机2和丝杆电机3分别固定设置在模组本体1内的上下两端，滚珠花键电机2的花键轴21为空心轴，整个花键轴21穿置于滚珠花键电机2的机芯(具体结构请参见前述的实用新型专利文件)，花键轴21的外端置于模组本体1之外，花键轴21的内端置于模组本体1之内。

丝杆电机3的机座置于模组本体1的下端，其丝杆31向上延伸设置且与所 述花键轴21同轴线设置，丝杆31的前端(也即上端)套设有滑套33并伸入所述空心轴的内腔中，其间滑动连接。

在丝杆31上设有丝母32，丝母32通过联轴器4与花键轴21的内端固接，花键轴21在滚珠花键电机2的转动下旋转，在丝杆电机3的转动下可沿轴向往复移动。

在所述本体1内设有限制花键轴21直线移动的上限位块6和下限位块7。上限位块6的轴向截面形状呈倒“L”形，其安装在位于滚珠花键电机2下方的本体1内壁上，下限位块7为具有弹性的阻挡套，套接在所述丝母32的下端面上并与该丝母32同步上下移动。在与上限位块6相对的位置的本体1的内壁上固接有第一光电传感器51，在所述联轴器4的上表面固接有与第一光电传感器51匹配的Z向感应片8。

在滚珠花键电机2的下方相对位置还设有固接在本体1内壁上的第二光电传感器52和第三光电传感器53；在第二光电传感器52与第三光电传感器53之间设有固接在滚珠花键电机2上且与花键轴21同步旋转的码盘5(该码盘5与所述滚珠花键电机2中的内铜套通过平键以过盈配合的方式连接，即其可视为与该电机中的滚珠花键母为一体，其只可与花键轴21同步旋转，不可轴向移动)，码盘5的盘面介于第二光电传感器52和第三光电传感器53的感应槽中。

以下简述本实用新型的特点：

1、为实现电机轴既可转动，同时又可沿轴向直线滑动，采用了滚珠花键电机2(前述专利)中所用的花键轴21，通过丝杆电机3(通用型的丝杆电机3)驱动直线运动。

2、为实现ZR运动模组的模块化、系列化，本实用新型将直线、旋转运动 组合集成到一起，同时对直线和旋转运动的极限位置进行限定，运动原点(运动原点即程序原点，通常，在自动化设备上，为使得程序有一基准，都要在机构上设置相应的原点传感器，运动距离都以此原点为基准，在此基础上平移，旋转多少，靠程序控制)都组合到模组内部，控制滚珠花键电机2、丝杆电机3和限位控制信号采用导线引出并使用快插接式端子13与PCB板电连接，整个功能集成于一体，用户无需附加任何构件，即可满足运动功能。扭矩的大小取决于该模组截面尺寸的大小，花键轴21行程的大小取决于该模组的轴向长度，由此便可实现模组系列化。

3、为实现模组的产业化，本实用新型将模组本体1设计为铝挤压成型(铝型材)的工艺结构，该本体1在整个模组中起到主体骨架的作用。而一次成型的铝质本体1易于批量化生产，与传统的单轴直线运动几乎相同，加工工艺简单，生产成本低廉，易于实现产业化。

4、为将模组体积减小到极致，方便各种场合的使用安装，本实用新型将滚珠花键电机2和丝杆电机3沿轴向串接，从而实现该模组的截面面积最小(即截面最大外形尺寸就是电机截面尺寸)，花键轴21一般为空心轴，丝杆31可伸入到花键轴21内部，从而能获得轴向尺寸很短的模组(注：对于小型模组，丝杆31也可不伸入花键轴21内部，可采用非同轴方式连接)。

5、为实现动力的有效链接，使得花键轴21集直线、旋转动力于一体，直线运动的丝杆31外套丝母32，与花键轴21通过联轴器4连接，将直线动力传递给花键轴21(滚珠花键电机2通过花键母，直接将旋转动力传递给花键轴21－该内容在前述专利文件中有详细描述)，从而实现了直线、旋转的动力连接。

6、为使得模组外观简洁，方便用户安装接线，本实用新型将该模组设计成 快插接式引线结构，从模组外部看不到繁杂的连接导线，使得其外观整洁美观。为实现这一目的，在模组内部设有专用过线槽，将各电机及光电传感器的引线通过线槽，连接到内置PCB上，PCB焊有相应电机及传感器的插座，在线槽及PCB外面，盖有一遮挡盖板，仅露出插座的位置，从而实现了插接式连线方式，无任何导线外露。将各电机、部件安装到位后，盖上盖板即可。

7、为确保对花键轴21的直线和旋转运动进行极限位的限定，在直线运动的上下两端极限位置，各设有树脂材料制作的限位块(即所述的上限位块6和下限位块7)，防止极限位置过冲损坏。同时在旋转及直线运动的上下两端各嵌入光电开关(即所述的第一光电传感器51、第二光电传感器52和第三光电传感器53)，实现程序原点设置及精确定位。由于花键轴21可旋转，故直线运动传感器感应片设计为环形结构，以便花键轴21任意旋转时仍然可有效定位直线运动。

花键轴21的直线向下移动的起始位(也称零位)由所述的Z向感应片8与第一光电传感器51获得，由于花键轴21与Z向感应片8同时旋转，故Z向感应片8做成环形，保证其在任意旋转角度，Z向均可检测到零位。Z向直线运动的极限限位，上下分别由Z向感应片8、上限位块6、下限位块7和丝杆电机3的上端面进行限位。花键轴21的旋转运动的起始位由码盘5与第二光电传感器52和第三光电传感器53获得，也可在第二光电传感器52和第三光电传感器53中选择一个作为旋转精确定位(即圆周方向的定位)的光电传感器。

8、为实现标准化模组适用于不同的安装方式，不同的安装尺寸，本实用新型将本体1型材设计成有螺母滑槽11的结构，并配有相应安装角座14，从而实现各种不同的安装需求。

如图6、7、8所示，为实现用户各种不同场合，不同位置，不同安装方式的需求，本实用新型可通过角座14，将ZR运动模组，通过安装基板分别实现顶部安装，底部安装，以及侧面安装。并且安装位置可任意调整，方便实现用户各种安装需求。

9、ZR运动解析：设丝杆电机3(即驱动花键轴21Z轴移动的电机)的转速为Sz，滚珠花键电机2(即驱动花键轴21旋转的R轴电机－R是指旋转)的转速为Sr，Z轴丝母32的导程为Dz，有如下三种运动方式：

1)花键轴21仅为直线运动：

丝杆电机3工作，滚珠花键电机2虽处通电状态，但无脉冲，处于自锁无转动状态。此时，花键轴21在轴向上的直线运动速度为Sz×Dz。

2)花键轴21仅为旋转运动：

滚珠花键电机2工作，即驱动花键轴21旋转，此时，为了避免花键轴21在轴向上产生位移，丝杆电机3以与滚珠花键电机2相同的转速和转向工作，以确保花键轴21轴向移动为零。

解释：在花键轴21旋转的情况下，如果丝杆电机3不动(即丝杆31处于静止状态)，旋转的花键轴21则会带动联轴器4、丝母32一同转动，这样在丝母32和丝杆31之间产生了相对运动，必然使花键轴21在轴向上产生移动。

3)ZR联动(即花键轴21既旋转又直线移动)：

a.当丝杆电机3停止工作，滚珠花键电机2转动时，花键轴21处于ZR联动状态，花键轴21在轴向上的移动速度为Sr×Dz。

b.滚珠花键电机2和丝杆电机3同时工作，当花键轴21与丝杆31的转动方向相反时，花键轴21在轴向上的移动速度为(Sr+Sz)×Dz；当花键轴21与丝 杆31的转动方向相同且转速不同时，花键轴21在轴向上的移动速度为(Sr-Sz)×Dz。

Claims (6)

1.一种ZR集成式运动模组，包括旋转驱动电机、直线驱动电机和模组本体，其特征在于：所述旋转驱动电机和直线驱动电机分别为滚珠花键电机(2)和丝杆电机(3)，其分别固定设置于模组本体(1)内的两端，滚珠花键电机(2)的花键轴(21)的外端穿过该电机的机芯置于模组本体(1)之外，花键轴(21)的内端通过联轴器(4)与套接在丝杆电机(3)的丝杆(31)上的丝母(32)连接，花键轴(21)在滚珠花键电机(2)的转动下旋转，在丝杆电机(3)的转动下沿轴向往复移动。

2.根据权利要求1所述的ZR集成式运动模组，其特征在于：所述花键轴(21)与所述丝杆(31)同轴线设置，花键轴(21)为空心轴，丝杆(31)的前端伸入该空心轴的内腔中，其间滑动连接。

3.根据权利要求2所述的ZR集成式运动模组，其特征在于：所述本体(1)为一次成型的呈长方体的铝型材，其至少一个外侧面为凹入槽面，模组的快插式PCB板安装在该槽面上，在其另外的至少一个外侧面上设有至少一条方便将该模组通过角座(14)安装在其它设备上的螺母滑槽(11)。

4.根据权利要求1所述的ZR集成式运动模组，其特征在于：在所述丝母(32)的下端设有下限位块(7)；在所述滚珠花键电机(2)的下方的本体(1)内壁上固接有截面呈倒“L”形的上限位块(6)，在与上限位块(6)相对的位置的本体(1)上固接有第一光电传感器(51)，在所述联轴器(4)的上表面固接有与第一光电传感器(51)匹配的Z向感应片(8)。

5.根据权利要求4所述的ZR集成式运动模组，其特征在于：所述下限位块(7)为具有弹性的阻挡套。

6.根据权利要求1所述的ZR集成式运动模组，其特征在于：在滚珠花键电机(2)的下方相对位置设有固接在所述本体(1)上的第二光电传感器(52)和第三光电传感器(53)；在第二光电传感器(52)与第三光电传感器(53)之间设有固接在滚珠花键电机(2)上且与花键轴(21)同步旋转的码盘(5)，码盘(5)的盘面介于第二光电传感器(52)和第三光电传感器(53)的感应槽中。