TWI487593B - 三軸共平面斜向驅動式平台 - Google Patents

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TWI487593B
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徐哲軒
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Description

三軸共平面斜向驅動式平台
本發明係關於工具機的技術領域，尤指架構新穎、高解析與高精準度之一種三軸共平面斜向驅動式平台。
近年來，隨著工業與科技上的進步，CNC工具機及各種工作平台被廣泛運用於各種工業領域與科技領域之中，其中，CNC工具機所進行的精密化加工程序，通常須透過機構傳動系統、馬達伺服系統、以及控制系統的整合應用才能夠達成。
此外，一般的堆疊式工具機或工作平台，採用將X軸移動裝置、Y軸移動裝置與旋轉軸互相堆疊的方式，使其工具機或工作平台可以進行二維移動或旋轉。然，互相堆疊X軸移動裝置、Y軸移動裝置與旋轉軸的設計，對於大型工具機或工作平台來說卻造成其後端伺服軸系統(包括旋轉軸或伺服軸)必須負擔上端機構的重量，是以導致其這種類型的工具機具有較耗費能源、下端伺服軸較易產生變形或位移、以及慣性效應明顯而不易控制等缺陷。
因此，本案之發明人有鑑於目前所習用的工具機或 工作平台仍具有上述之缺陷與不足，故極力加以研究發明，終於研發完成本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台。
本發明的目的在於提供一種三軸共平面斜向驅動式平台，主要透過將三個斜向驅動系統設置於同一基座平面上，即可透過控制該三個斜向驅動系統之運轉，進而達成工作平台之二維移動與旋轉；如此設計，係可解決一般的堆疊式工具機經常發生之問題，例如後端伺服軸系統(包括旋轉軸或伺服軸)必須負擔上端機構的重量而導致位移或變形的狀況；同時，本發明之機構配置更同時能夠降低慣性效應的影響。並且，由於本發明係透過設置於基座平面的三個斜向驅動模組以控制工作平台之二維移動與旋轉，因此本發明之三軸共平面斜向驅動式平台不需要使用高規格的伺服元件(即線性馬達與液靜壓滑軌)，便可提供工作平台穩定、高解析與高精度的特性，進而具有節省能源的優點。
因此，為了達成本發明上述之目的，本案之發明人提出一種三軸共平面斜向驅動式平台，係包括：一基座；一第一斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第一距離； 一第二斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第二距離，且該第二斜向驅動模組與該第一斜向驅動模組於一第一平面軸X上彼此相對；一第三斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第三距離，其中，該第三斜向驅動模組與該第二斜向驅動模組於一第二平面軸Y上彼此相對，且該第三斜向驅動模組與該第一斜向驅動模組於該第一平面軸X與該第二平面軸Y之間的一對角線上彼此相對，並且，上述之第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動模組皆包括有：一驅動單元與一斜滑動桿單元，並且，該斜滑動桿單元係設置於該驅動單元之上，並可受到該驅動單元之驅動而往復滑動；以及一工作平台，係設置於該第一斜向驅動模組、該第二斜向驅動模組與該第三斜向驅動模組的斜滑動桿單元之上。其中，當控制第二斜向驅動模組的驅動單元獨自運轉，可使得第二斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該驅動單元之上沿著該第一平面軸X滑動，並且，當控制第一斜向驅動模組的驅動單元與第三斜向驅動模組的驅動單元同時運轉，可使得第一斜向驅動模組的斜滑動桿單元與第三斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該二個驅動部之上沿著該第二平面軸Y滑動，此外，當控制第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動 模組的驅動單元同時運轉，可使得第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該第一平面軸與該第二平面軸所構成的平面上旋轉。
 <本發明>
1‧‧‧三軸共平面斜向驅動式平台
11‧‧‧基座
12a‧‧‧第一斜向驅動模組
12b‧‧‧第二斜向驅動模組
12c‧‧‧第三斜向驅動模組
13‧‧‧工作平台
121‧‧‧驅動單元
122‧‧‧斜滑動桿單元
131‧‧‧樞接孔
1211‧‧‧第一滑軌
1212‧‧‧螺桿
1213‧‧‧第一滑塊
1214‧‧‧伺服馬達
1215‧‧‧馬達座
1216‧‧‧固定塊
1221‧‧‧第二滑塊
1222‧‧‧斜滑動桿
1223‧‧‧第二滑軌
1224‧‧‧第三滑塊
1225‧‧‧連接件
1226‧‧‧第三滑軌
1227‧‧‧第四滑塊
12211‧‧‧滑動桿容置槽
12271‧‧‧樞接軸
X‧‧‧第一平面軸
Y‧‧‧第二平面軸
θ‧‧‧斜驅角
第一圖係本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台的立體圖；第二圖係本發明之三軸共平面斜向驅動式平台的配置示意圖；第三圖係本發明之三軸共平面斜向驅動式平台的斜向驅動模組的***圖；第四圖係本發明之三軸共平面斜向驅動式平台的上視圖；以及第五A圖至第五E圖係本發明之三軸共平面斜向驅動式平台的作動圖。
為了能夠更清楚地描述本發明所提出之一種三軸共平面斜向驅動式平台，以下將配合圖式，詳盡說明本發明之較佳實施例。
請參閱第一圖與第二圖，係本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台的立體圖與配置示意圖。如圖所示，本 發明之三軸共平面斜向驅動式平台1主要由一基座11、一第一斜向驅動模組12a、一第二斜向驅動模組12b、一第三斜向驅動模組12c、以及一工作平台13所構成。
其中，該第一斜向驅動模組12a係設置於該基座11之上，且與該基座11之中心點相隔一第一距離d1。該第二斜向驅動模組12b係設置於該基座11之上，且與該基座11之中心點相隔一第二距離d2，並且，該第二斜向驅動模組12b與該第一斜向驅動模組12a於一第一平面軸X上彼此相對。另，該第三斜向驅動模組12c係設置於該基座11之上，且與該基座11之中心點相隔一第三距離d3，並且，該第三斜向驅動模組12c與該第二斜向驅動模組12b於一第二平面軸Y上彼此相對；此外，該第三斜向驅動模組12c與該第一斜向驅動模組12a於該第一平面軸X與該第二平面軸Y之間的一對角線上彼此相對。於該三軸共平面斜向驅動式平台1的配置中，該第一距離d1係相等於該第二距離d2，且該第一距離d1又相等於該第三距離d3。
繼續地參閱第一圖與第二圖，並請同時參閱第三圖，係斜向驅動模組的***圖。如圖所示，該第一斜向驅動模組12a、該第二斜向驅動模組12b與該第三斜向驅動模組12c主要由一驅動單元121與一斜滑動桿單元122所構成，其中，該斜滑動桿單元122係設置於該驅動單元121之上，並可受到該驅動單元121之驅動而往復滑動；並且，工 作平台13係設置於第一斜向驅動模組12a、第二斜向驅動模組12b與第三斜向驅動模組12c的該斜滑動桿單元122之上。
如第三圖所示，驅動單元121係包括：設於該基座11之上的一第一滑軌1211、設於該第一滑軌1211之內的一螺桿1212、一第一滑塊1213、以及一伺服馬達1214，其中，該第一滑塊1213設置於該螺桿1212之上，並可藉由該螺桿1212之旋轉而往復滑動於第一滑軌1211之內、以及一伺服馬達1214，係耦接於該螺桿1212；並且，藉由該伺服馬達1214之運轉可驅動螺桿1212旋轉，進而帶動該第一滑塊1213往復滑動於第一滑軌1211之內。
進一步地，該驅動單元121更包括有一馬達座1215與一固定塊1216，其中，該馬達座1215係設置於該伺服馬達1214與該螺桿1212之間，用以協助固定伺服馬達1214並穩定該螺桿1212；另，該固定塊1216係相對於該伺服馬達1214而設置於該基座11之上，用以連接該第一滑軌1211與該螺桿1212，並將第一滑軌1211與螺桿1212固定於基座11之上。
請再重複參閱第一圖與第三圖，該斜滑動桿單元122係包括：一第二滑塊1221、一斜滑動桿1222、一第二滑軌1223、一第三滑塊1224、一連接件1225、一第三滑軌1226、以及一第四滑塊1227。如圖所示，該第二滑塊1221係設置於該第一滑塊1213之上，並形成有一滑動桿容置槽 12211；該斜滑動桿1222則設置於該第二滑塊1221之上，且該斜滑動桿1222係部分容置於該滑動桿容置槽12211之內。並且，第三滑塊1224係設置於位於基座11之上的第二滑軌1223之上，並可於第二滑軌1223之上往復滑動。該第三滑軌1226則設置在位於斜滑動桿1222與第三滑塊1224之上的連接件1225之上，並與與該第二滑軌1223係相對地正交。最後，該第四滑塊1227係設置於該第三滑軌1226之上，並可於第三滑軌1226之上往復滑動，其中，該第四滑塊1227之上係形成有一樞接軸12271。
請再同時參閱第四圖，係斜向驅動模組的上視圖。於三組斜向驅動模組織中，特別地，其斜滑動桿1222與螺桿1212之間的夾角為一斜驅角θ，並且，該第二滑軌1223係相對正交於該斜滑動桿1222與該第三滑軌1226。如此，工程人員可藉由斜滑動桿1222與螺桿1212之間的三角函數關係，以針對不同螺距精密度的螺桿1212設計(或調整)出最佳平台位移量。另外，工作平台13之上設置有三個樞接孔131，用以分別樞接於該第一斜向驅動模組12a、該第二斜向驅動模組12b與該第三斜向驅動模組12c之斜滑動桿單元122的樞接軸12271。對應於第一距離d1、第二距離d2與第三距離d3之間的關係，所述的三個樞接孔131係分別與該工作平台13之中心點相隔一第一間距、一第二間距與一第三間距；並且，該第一間距相等於該第二間距，且該第一 間距相等於該第三間距。
如此，經由上述，本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台之組成元件與技術特徵係已清楚且完整的被說明；接著，以下將進一步地詳述本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台的原理與作動方式。
如第四圖，所示，當該伺服馬達1214運轉並驅動螺桿1212旋轉時，第一滑塊1213即藉由螺桿1212之旋轉而沿著該第一滑軌1211滑動一位移量。並且，當第一滑塊1213沿著第一滑軌1211滑動時，斜滑動桿1222同時於該滑動桿容置槽12211之內滑動，而當斜滑動桿1222於滑動桿容置槽12211之內滑動時，該第三滑塊1224即受到斜滑動桿1222的帶動而沿著第二滑軌1223滑動，並維持該斜驅角θ於一定值。特別地，於本發明的設計中，第一滑塊1213沿著第一滑軌1211滑動所產生之位移量與該斜滑動桿1222於該滑動桿容置槽12211內滑動之位移量存在一以斜驅角θ為角度的三角函數關係，如此，工程人員可藉由斜滑動桿1222與螺桿1212之間的三角函數關係，以針對不同螺距精密度的螺桿1212設計(或調整)出最佳平台位移量與定位解析度。
請繼續參閱第五A圖至第五E圖所示，係三軸共平面斜向驅動式平台的作動圖。如第五A圖所示，若該第一斜向驅動模組12a、該第二斜向驅動模組12b與該第三斜向驅動模組12c的驅動單元121皆未運轉，則該工作平台13係位 於一起始位置上；接著，如第五B圖所示，當控制第二斜向驅動模組12b的驅動單元121獨自運轉，可使得該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第一平面軸X滑動，同時該第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122與該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227亦分別於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X滑動；此時，該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上滑動以保持於第二平面軸Y之值，進而帶動該工作平台13於該驅動單元121之上沿著第一平面軸X滑動。
再者，如第五C圖所示，當控制第一斜向驅動模組12a的驅動單元121與第三斜向驅動模組12c的驅動單元121同時運轉，可使得該第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122與該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第二平面軸Y滑動，同時該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第二平面軸Y滑動；此時，該第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122與該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227分別於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X滑動，進而帶動該工作平台13於該驅動單元121之上沿著第二平面軸Y滑動。
接著，如第五D圖所示，當控制第一斜向驅動模組 12a、第二斜向驅動模組12b與第三斜向驅動模組12c的驅動單元121同時運轉，使的第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第二平面軸Y的反方向滑動，且該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第一平面軸X的反方向滑動，並同時使得該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第二平面軸Y的(正)方向滑動；此同，該第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X的反方向滑動，且該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第二平面軸Y的正方向滑動，同時該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X的正方向滑動；如此，可使得第一斜向驅動模組12a、第二斜向驅動模組12b與第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122帶動著該工作平台13於第一平面軸X與第二平面軸Y所構成的平面上進行逆時針方向旋轉。
最後，如第五E圖所示，當控制第一斜向驅動模組12a、第二斜向驅動模組12b與第三斜向驅動模組12c的驅動單元121同時運轉，使第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第二平面軸Y 的方向滑動，且該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第一平面軸X的方向滑動，並同時使得該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之連接件1225透過斜向驅動原理而沿著第二平面軸Y的反方向滑動；此時，該第一斜向驅動模組12a的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X滑動，且該第二斜向驅動模組12b的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第二平面軸Y的反方向滑動，同時該第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122之第四滑塊1227於該所屬的第三滑軌1226上沿著第一平面軸X的反方向滑動；如此，可使得第一斜向驅動模組12a、第二斜向驅動模組12b與第三斜向驅動模組12c的斜滑動桿單元122帶動著該工作平台13於第一平面軸X與第二平面軸Y所構成的平面上進行順時針方向旋轉。
如此，上述已完整說明本發明之本發明之一種三軸共平面斜向驅動式平台的原理與作動方式係已清楚且完整的被說明；經由上述，吾人可以得知本發明係具有下列優點：
1.不同於一般的堆疊式工具機所採用的X軸移動裝置、Y軸移動裝置與旋轉軸互相堆疊的方式，本發明簡單地將三個斜向驅動模組設置於同一基座平面上，即可透過 控制該三個斜向驅動系統之運轉，進而達成工作平台之二維移動與旋轉；如此設計，係可解決一般的堆疊式工具機經常發生之問題，例如後端伺服軸系統(包括旋轉軸或伺服軸)必須負擔上端機構的重量而導致位移或變形的狀況；同時，本發明之機構配置更同時能夠降低慣性效應的影響。
2.承上述第1點，此外，由於本發明係透過設置於基座平面的三個斜向驅動模組以控制工作平台之二維移動與旋轉，因此本發明之三軸共平面斜向驅動式平台不需要使用高規格的伺服元件(即線性馬達與液靜壓滑軌)，便可提供工作平台穩定、高解析與高精度的特性，進而具有節省能源的優點。
必須加以強調的是，上述之詳細說明係針對本發明可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。
1‧‧‧三軸共平面斜向驅動式平台
11‧‧‧基座
12a‧‧‧第一斜向驅動模組
12b‧‧‧第二斜向驅動模組
12c‧‧‧第三斜向驅動模組
13‧‧‧工作平台
121‧‧‧驅動單元
122‧‧‧斜滑動桿單元
1212‧‧‧螺桿
X‧‧‧第一平面軸
Y‧‧‧第二平面軸

Claims (7)

  1. 一種三軸共平面斜向驅動式平台，係包括：一基座；一第一斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第一距離；一第二斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第二距離，其中，該第二斜向驅動模組與該第一斜向驅動模組於一第一平面軸上彼此相對；以及一第三斜向驅動模組，係設置於該基座之上，且與該基座之中心點相隔一第三距離，其中，該第三斜向驅動模組與該第二斜向驅動模組於一第二平面軸上彼此相對，且該第三斜向驅動模組與該第一斜向驅動模組於該第一平面軸與該第二平面軸之間的一對角線上彼此相對；其中，該第一斜向驅動模組、該第二斜向驅動模組與該第三斜向驅動模組皆包括有：一驅動單元；以及一斜滑動桿單元，係設置於該驅動單元之上，並可受到驅動單元之驅動而往復滑動；並且，一工作平台係設於第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動模組的該斜滑動桿單元之上； 其中，所述的驅動單元包括有：一第一滑軌，係設於該基座之上；一螺桿，係設於該第一滑軌之內；一第一滑塊，係設於該螺桿之上，並可藉由該螺桿之旋轉而往復滑動於第一滑軌之內；及一伺服馬達，係耦接於該螺桿，且藉由該伺服馬達之運轉可驅動螺桿旋轉，進而帶動該第一滑塊往復滑動於第一滑軌之內；其中，所述的斜滑動桿單元係包括：一第二滑塊，係設於該第一滑塊之上，並具有一滑動桿容置槽；及一斜滑動桿，係設置於該第二滑塊之上，且該斜滑動桿係部分容置於該滑動桿容置槽之內，其中該斜滑動桿與該螺桿之間夾有一斜驅角；其中，當控制第二斜向驅動模組的驅動單元獨自運轉，可使得第二斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該驅動單元之上沿著該第一平面軸滑動；其中，當控制第一斜向驅動模組的驅動單元與第三斜向驅動模組的驅動單元同時運轉，可使得第一斜向驅動模組的斜滑動桿單元與第三斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該二個驅動單元之上沿著該第二平面軸滑動； 其中，當控制第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動模組的驅動單元同時運轉，可使得第一斜向驅動模組、第二斜向驅動模組與第三斜向驅動模組的斜滑動桿單元帶動著該工作平台於該第一平面軸與該第二平面軸所構成的平面上旋轉。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的驅動單元更包括有：一馬達座，係設置於該伺服馬達與該螺桿之間，用以協助固定伺服馬達並穩定該螺桿；以及一固定塊，係相對於該伺服馬達而設置於該基座之上，用以連接該第一滑軌與該螺桿，並將第一滑軌與螺桿固定於基座之上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的斜滑動桿單元係更包括：一第二滑軌，係設於該基座之上，且該第二滑軌與該斜滑動桿係相對地正交；一第三滑塊，係設於該第二滑軌之上，並可於第二滑軌之上往復滑動；一連接件，係設置於該斜滑動桿與該第三滑塊之上； 一第三滑軌，係設置於該連接件之上，且該第三滑軌與該第二滑軌係相對地正交；以及一第四滑塊，係設於該第三滑軌之上，並可於第三滑軌之上往復滑動，並且，該第四滑塊之上係形成有一樞接軸。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的工作平台係設置有三個樞接孔，且該三個斜向驅動模組與之樞接軸係分別連接至該三個樞接孔。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的第一距離相等於該第二距離，且該第一距離相等於該第三距離。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的三個樞接孔係分別與該工作平台之中心點相隔一第一間距、一第二間距與一第三間距。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之三軸共平面斜向驅動式平台，其中，所述的第一間距相等於該第二間距，且該第一間距相等於該第三間距。
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