專利名稱：一種xyz空間定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于精密定位的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種XYZ空間定位裝置。
背景技術(shù)：
隨著機(jī)械技術(shù)的發(fā)展，控制水平的提高，空間定位技術(shù)已成為不少領(lǐng)域的需求。一個(gè)定位裝置在定位過(guò)程中有兩個(gè)重要指標(biāo)，即可控性指標(biāo)、定位空間尺度指標(biāo)。目前，大部分的定位裝置只具有XY軸兩個(gè)自由度，Z軸的定位是另外一個(gè)獨(dú)立的裝置，因此只能實(shí)現(xiàn)平面內(nèi)的定位，而無(wú)法實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)的定位。這種定位裝置在機(jī)械加工等領(lǐng)域中比較適用，但是在對(duì)于跟蹤等領(lǐng)域則無(wú)法滿足要求。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外也已經(jīng)研發(fā)了多款三自由度的定位裝置，但是這些定位裝置在各具特點(diǎn)的同時(shí)都存在一些不足，例如，部分定位裝置可定位空間小，影響其工作范圍，控制的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性低，影響機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能，裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠合理，短時(shí)間運(yùn)行后出現(xiàn)磨損，影響定位的精度。于2008年9月10日授權(quán)公告的CN201111957Y中國(guó)實(shí)用新型專利就公開(kāi)了一種“三軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)”，該專利前案雖然可以實(shí)現(xiàn)三軸定位，但是X軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是橫跨在兩個(gè)Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)之間的，這樣要令兩個(gè)Y軸運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)同步移動(dòng)很難保證，因此很難保證精確的定位。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種具有較大定位空間，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)性能良好的XYZ三維空間定位裝置。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是:一種XYZ空間定位裝置，包括XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及用以控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；所述的XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括底座、固定于底座上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝于X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別包括軸移動(dòng)組件及軸滑動(dòng)組件，且三者呈笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)置。所述的軸移動(dòng)組件包括基座、安裝在基座上的絲杠、與絲杠配合的內(nèi)嵌滾珠組件以及可帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)。所述的絲杠兩端各設(shè)置有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)。所述的伺服電機(jī)為帶編碼器和減速器的直流伺服電機(jī)或者為單獨(dú)帶編碼器的直流伺服電機(jī)，并采用閉環(huán)控制。所述的軸滑動(dòng)組件包括安裝在所述基座上的兩根導(dǎo)軌及與導(dǎo)軌配合的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件，該導(dǎo)軌滑動(dòng)組件與所述內(nèi)嵌滾珠組件固定連接。所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件上固定有一支撐組件。所述的基座為中空設(shè)計(jì)，其包括底板及前后兩側(cè)板，所述的絲杠連同內(nèi)嵌滾珠組件置于兩側(cè)板內(nèi)中間，所述的兩根導(dǎo)軌平行置于該絲杠的兩側(cè)。[0015]所述的兩個(gè)側(cè)板之上設(shè)置有一防塵蓋。所述XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述軸移動(dòng)組件一側(cè)的光柵尺及設(shè)置在所述軸滑動(dòng)組件上的光柵尺探頭，該光柵尺探頭置于光柵尺上。所述的Z軸滑動(dòng)組件上設(shè)有可實(shí)現(xiàn)空間位置指示的指針。采用上述方案后，本實(shí)用新型具有下述優(yōu)點(diǎn):1.由于XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)采取笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、空間運(yùn)動(dòng)軌跡清晰，且增加了定位裝置的可操作性，可以使裝置結(jié)構(gòu)滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求；2.由于絲杠和內(nèi)嵌滾珠組件采用了內(nèi)嵌滾珠設(shè)計(jì)，滿足了運(yùn)動(dòng)時(shí)的高精度和急停時(shí)的聞穩(wěn)定性；3.由于采用帶增量編碼器和減速器的直流伺服電機(jī)閉環(huán)控制，控制實(shí)時(shí)性好，控制精度高，可通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)電機(jī)實(shí)時(shí)調(diào)速，從而調(diào)節(jié)各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，定位效果
更佳逼真。本實(shí)用新型不僅定位精度高，而且整個(gè)裝置可操作度、靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性都得到很大改善，使運(yùn)動(dòng)趨于連續(xù)、平滑、無(wú)沖擊、無(wú)阻滯，從而實(shí)現(xiàn)高精度實(shí)時(shí)定位。

圖1是本實(shí)用新型的立體結(jié)構(gòu)總體視圖；圖2是本實(shí)用新型軸移動(dòng)組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型軸滑動(dòng)組件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述。本實(shí)用新型所揭示的是一種XYZ空間定位裝置，如圖1所示，為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例。所述的XYZ空間定位裝置包括XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及用以控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。其中:所述的XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括底座1、固定于底座I上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、安裝于X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2之上的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3及安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)3之上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4，而X、Y、Z三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、3、4分別包括軸移動(dòng)組件及軸滑動(dòng)組件，且XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)呈笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)。即:X軸移動(dòng)組件固定于底座I上，X軸移動(dòng)組件通過(guò)X軸滑動(dòng)組件與Y軸移動(dòng)組件垂直相接觸，X軸滑動(dòng)組件連同Y軸移動(dòng)組件可以在X軸移動(dòng)組件上做矢量滑動(dòng)，X軸滑動(dòng)組件初始位置置于X軸移動(dòng)組件的中點(diǎn)處。Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4垂直于XY軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的平面，并通過(guò)Y軸滑動(dòng)組件與Y軸移動(dòng)組件垂直連接，Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)4連同Y軸滑動(dòng)組件的初始位置置于Y軸移動(dòng)組件的中心。Z軸移動(dòng)組件上安裝有Z軸滑動(dòng)組件，該Z軸滑動(dòng)組件上可以設(shè)置一用以空間位置指示的指針5或者其他需要定位或移動(dòng)的物件，該指針5可以通過(guò)永久磁鐵垂直置于Z軸滑動(dòng)組件上。上述X、Y、Z三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、3、4的結(jié)構(gòu)相同，都包括軸移動(dòng)組件及軸滑動(dòng)組件。以下對(duì)各軸結(jié)構(gòu)統(tǒng)一說(shuō)明。所述的軸移動(dòng)組件6如圖2所示，其包括基座61、安裝在基座61上的絲杠62、與絲杠62配合的內(nèi)嵌滾珠組件63以及可帶動(dòng)絲杠62轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)64。另外，所述的絲杠62兩端可以各設(shè)置一限位開(kāi)關(guān)65，用以限制內(nèi)嵌滾珠組件63的極限移動(dòng)位置。所述的基座61可以采用中空設(shè)計(jì)，即包括底板611及前后兩側(cè)板612，兩個(gè)側(cè)板612之上可再設(shè)置一防塵蓋613 ;所述的絲杠62連同內(nèi)嵌滾珠組件63置于兩側(cè)板612內(nèi)中間。所述的伺服電機(jī)64可以為帶編碼器66和減速器的直流伺服電機(jī)，或者為單獨(dú)帶編碼器66的直流伺服電機(jī)，并采用閉環(huán)控制。所述的軸滑動(dòng)組件7如圖3所示，其包括安裝在上述基座61上的兩根導(dǎo)軌71及與導(dǎo)軌71配合的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件72，該導(dǎo)軌滑動(dòng)組件72與所述內(nèi)嵌滾珠組件63固定連接，并同時(shí)可與安裝在其上的另一軸移動(dòng)組件6的基座61相連，或者用于固定所述的指針5。為了方便另一基座或者所述指針5的固定，可以在所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件72上再固定一支撐組件73，通過(guò)該支撐組件73固定所述的指針5及另一個(gè)基座61。另外，所述的兩根導(dǎo)軌71可以平行置于所述絲杠62的兩側(cè)，以增加移動(dòng)的平穩(wěn)性。為了提高運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的定位精度，還可以在所述的X、Y、Z三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)2、3、4上設(shè)置測(cè)量裝置，該測(cè)量裝置包括設(shè)置在所述軸移動(dòng)組件6 —側(cè)的光柵尺81及設(shè)置在所述軸滑動(dòng)組件7上的光柵尺探頭82，該光柵尺探頭82置于光柵尺81上，而該光柵尺81可以為微米極光柵尺。本實(shí)施例，所述的光柵尺81位于所述基座61的外側(cè)，所述光柵尺探頭82設(shè)置在所述導(dǎo)軌滑動(dòng)組件72上。運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(圖中未示出)用以控制各軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)64動(dòng)作，進(jìn)而帶動(dòng)所述絲杠62轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的定位控制，并通過(guò)該運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)控制X、Y、Z三軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)空間定位，使所述指針5可以準(zhǔn)確指示定位位置。由于每一軸運(yùn)動(dòng)均是矢量運(yùn)動(dòng)，三軸聯(lián)合運(yùn)動(dòng)即準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)空間矢量定位。以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非用來(lái)限定本實(shí)用新型實(shí)施的范圍。故但凡依本實(shí)用新型的權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種XYZ空間定位裝置，包括XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及用以控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；其特征在于:所述的XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括底座、固定于底座上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝于X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別包括軸移動(dòng)組件及軸滑動(dòng)組件，且三者呈笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的軸移動(dòng)組件包括基座、安裝在基座上的絲杠、與絲杠配合的內(nèi)嵌滾珠組件以及可帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的伺服電機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的絲杠兩端各設(shè)置有一個(gè)限位開(kāi)關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的伺服電機(jī)為帶編碼器和減速器的直流伺服電機(jī)或者為單獨(dú)帶編碼器的直流伺服電機(jī)，并采用閉環(huán)控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4之一所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的軸滑動(dòng)組件包括安裝在所述基座上的兩根導(dǎo)軌及與導(dǎo)軌配合的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件，該導(dǎo)軌滑動(dòng)組件與所述內(nèi)嵌滾珠組件固定連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的導(dǎo)軌滑動(dòng)組件上固定有一支撐組件。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的基座為中空設(shè)計(jì)，其包括底板及前后兩側(cè)板，所述的絲杠連同內(nèi)嵌滾珠組件置于兩側(cè)板內(nèi)中間，所述的兩根導(dǎo)軌平行置于該絲杠的兩側(cè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的兩個(gè)側(cè)板之上設(shè)置有一防塵蓋。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置在所述軸移動(dòng)組件一側(cè)的光柵尺及設(shè)置在所述軸滑動(dòng)組件上的光柵尺探頭，該光柵尺探頭置于光柵尺上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種XYZ空間定位裝置，其特征在于:所述的Z軸滑動(dòng)組件上設(shè)有可實(shí)現(xiàn)空間位置指示的指針。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種XYZ空間定位裝置，包括XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)及用以控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)；所述的XYZ三維運(yùn)動(dòng)平臺(tái)包括底座、固定于底座上的X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、安裝于X軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及安裝于Y軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)之上的Z軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，而XYZ三軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)分別包括軸移動(dòng)組件及軸滑動(dòng)組件，且三者呈笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)置。這種笛卡爾空間坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、空間運(yùn)動(dòng)軌跡清晰，且增加了定位裝置的可操作性，可以使裝置結(jié)構(gòu)滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。
文檔編號(hào)B23Q17/24GK202964020SQ20122062248
公開(kāi)日2013年6月5日 申請(qǐng)日期2012年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月22日
發(fā)明者徐敏, 富巍, 周承仙, 周中偉 申請(qǐng)人:廈門(mén)理工學(xué)院