阅读说明：本技术 一种直线驱动器 (Linear driver ) 是由 汤志强 汤浩琪 张大伟 于 2020-06-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种直线驱动器,涉及驱动器技术领域,包括丝杠,所述丝杠底端通过法兰连接有无框电机转子,无框电机转子的外部套设有无框电机定子,丝杠底端的外表面套设有第一驱动器后壳,且无框电机定子螺栓连接于第一驱动器后壳的内部,无框电机定子的底端铆接连接有编码器,第一驱动器后壳的底面固定连接有驱动器固定轴承。该直线驱动器,通过设置无框电机定子,在无框电机转子、丝械、螺母、导向套筒和气缸导向杆的共同作用下,能将动力传导给鱼眼轴承,从而达到给目标件的轴施加动力的目的,且配合鱼眼轴承的作用,能给驱动器的减负的同时,使得整个系统可以提高更大负载能力。(The invention discloses a linear driver, which relates to the technical field of drivers and comprises a lead screw, wherein the bottom end of the lead screw is connected with a frameless motor rotor through a flange, a frameless motor stator is sleeved outside the frameless motor rotor, a first driver rear shell is sleeved on the outer surface of the bottom end of the lead screw, the frameless motor stator is connected inside the first driver rear shell through a bolt, the bottom end of the frameless motor stator is connected with an encoder in a riveting mode, and a driver fixing bearing is fixedly connected to the bottom surface of the first driver rear shell. According to the linear driver, the frameless motor stator is arranged, and under the combined action of the frameless motor rotor, the screw mechanism, the nut, the guide sleeve and the cylinder guide rod, power can be transmitted to the fisheye bearing, so that the purpose of applying power to a shaft of a target part is achieved, the action of the fisheye bearing is matched, the load of the driver can be reduced, and meanwhile, the whole system can be improved in larger load capacity.)

一种直线驱动器

技术领域

本发明涉及驱动器技术领域，具体为一种直线驱动器。

背景技术

目前市面上的直线驱动器有液体驱动(液压缸)，气体驱动(气动缸)，以及电机驱动(器比较常见的形式主要是直线电机或者由常规伺服电机或步进电机驱动的丝杠，其结构主要是通过集成步进电机或者是伺服电机，通过联轴器与丝杠螺母滑台连接，再加上末端连接件组合而成)。

现有驱动器普遍劣势在于：各个零件之间不是一体化，损失了部分空间，使得一些工况下满足不了空间要求；再者，主动件电机与从动件丝杠滑台之间联轴器链接，不仅损失了部分空间，联轴器也是易损件，使得产品设备稳定性降低；最后，在重型设备想要使用电动驱动时，负载达不到要求。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种直线驱动器，解决了现有驱动器占用空间大和负载达不到要求的问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种直线驱动器，包括丝杠，所述丝杠底端通过法兰连接有无框电机转子，所述无框电机转子的外部套设有无框电机定子，所述丝杠底端的外表面套设有第一驱动器后壳，且无框电机定子螺栓连接于第一驱动器后壳的内部，所述无框电机定子的底端铆接连接有编码器，所述第一驱动器后壳的底面固定连接有驱动器固定轴承，所述第一驱动器后壳的顶端固定连接有驱动器壳体，且丝杠位于驱动器壳体的内部，所述驱动器壳体底端的内部固定镶嵌有轴承，且轴承的内圈与丝杠底端光轴处的外表面固定连接，所述机械臂机构包括机械臂底座、平衡气缸、直线驱动器一、机械臂腰部、机械臂大臂、直线驱动器二、机械臂小臂、小臂姿态控制杆件、小臂姿态杆件、末端姿态控制杆件、末端姿态杆件和大臂姿态控制杆件。

所述丝杠的外表面螺纹连接有与丝杠相适配的螺母，所述螺母的顶端固定连接有导向套筒，且导向套筒和螺母均位于驱动器壳体的内部，所述驱动器壳体的顶端固定连接有第二驱动器后壳，且第二驱动器后壳套设于导向套筒的外表面，所述导向套筒的顶端螺纹连接有双头螺栓，且双头螺栓的另一端螺纹连接有第一鱼眼轴承，所述第一鱼眼轴承的外部设置有轴承法兰，所述轴承法兰的顶端固定连接有两个相对称的第二鱼眼轴承，且两个第二鱼眼轴承与第一鱼眼轴承相铰接，所述轴承法兰的底部螺纹连接有气缸导向杆，且气缸导向杆的外表面套设有与气缸导向杆相适配的气缸壳体，所述气缸壳体底端固定连接有平衡气缸固定轴承。

作为上述技术方案的进一步描述，所述第二驱动器后壳的内部固定镶嵌有导向筒石墨铜套，且导向筒石墨铜套与导向套筒相适配，通过设置导向筒石墨铜套，不仅能减少第二驱动器后壳与导向套筒之间的摩擦力，且能通过导向筒石墨铜套的导向作用能最大限度的减少导向套筒倾斜现象发生。

作为上述技术方案的进一步描述，所述丝杠顶端的光轴处套设有与导向套筒相适配的丝杠石墨套，且丝杠石墨套滑动连接于导向套筒的内部，通过设置丝杠石墨套，能对丝杠起到导向作用，避免丝杠在导向套筒内部倾斜。

作为上述技术方案的进一步描述，所述轴承法兰与气缸导向杆之间和双头螺栓与第一鱼眼轴承之间均设置有压力传感器，通过设置压力传感器，能对出力进行反馈调节，以免过度运动造成设备的过度损坏。

作为上述技术方案的进一步描述，所述机械臂腰部与大臂姿态控制杆件铰接在机械臂底座上，所述机械臂大臂与小臂姿态控制杆件铰接在机械臂腰部上，另一端铰接在小臂姿态杆件上形成平行四边形，所述平衡气缸与直线驱动器一铰接在机械臂底座上，所述直线驱动器二铰接在机械臂腰部上，所述机械臂小臂铰接在机械臂大臂上，所述机械臂小臂与小臂姿态杆件、末端姿态控制杆件、末端姿态杆件四者铰接形成平行四边行，以保证末端姿态杆件的姿态。

(三)有益效果

本发明提供了一种直线驱动器，具备以下有益效果：

该直线驱动器，通过设置无框电机定子，在无框电机转子、丝械、螺母、导向套筒和气缸导向杆的共同作用下，能将电机动力和气动动力传导给第一鱼眼轴承和第二鱼眼轴承，从而达到给目标件的轴施加混合动力的目的，且配合鱼眼轴承的作用，能给驱动器的减负的同时，使得整个系统可以提高更大负载能力，该装置由于采用V字状形状，其空间占用较小。

该直线驱动器，通过设置导向筒石墨铜套，不仅能减少第二驱动器后壳与导向套筒之间的摩擦力，且能通过导向筒石墨铜套的导向作用能最大限度的减少导向套筒倾斜现象发生，通过设置丝杠石墨套，能对丝杠起到导向作用，避免丝杠在导向套筒内部倾斜，通过设置压力传感器，能对出力进行反馈调节，以免过度运动造成设备的过度损坏。

附图说明

图1为本发明正视方向全剖示意图；

图2为本发明外观示意图；

图3为本发明立体示意图；

图4为本发明驱动部件外观示意图；

图5为本发明驱动部件内部示意图；

图6为本发明PID控制的力的示意图；

图7为本发明PID控制原理流程图；

图8为本发明后置式机械臂机构示意图一；

图9为本发明后置式机械臂机构示意图二；

图10为本发明前置式姿态保持机械臂机构示意图；

图11为本发明后置式姿态保持机械臂机构示意图。

图中：1-编码器、2-第一驱动器后壳、3-无框电机定子、4-无框电机转子、5-丝杠、6-轴承 7-螺母、8-导向套筒、9-驱动器壳体、10-丝杠石墨套、11-导向筒石墨铜套 12-第二驱动器后壳、13-双头螺栓、14-第一鱼眼轴承、15-气缸导向杆、16-气缸壳体17-轴承法兰18-压力传感器、19-驱动器固定轴承、20-平衡气缸固定轴承、21-第二鱼眼轴承、22-机械臂机构、2201-机械臂底座、2202-平衡气缸、2203-直线驱动器一、2204-机械臂腰部、2205-机械臂大臂、2206-直线驱动器二、2207-机械臂小臂、2208-小臂姿态控制杆件、2209-小臂姿态杆件、2210-末端姿态控制杆件、2211-末端姿态杆件、2212-大臂姿态控制杆件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-11，本发明提供一种技术方案：一种直线驱动器，包括丝杠5，丝杠5底端通过法兰连接有无框电机转子4，无框电机转子4的外部套设有无框电机定子3，丝杠5底端的外表面套设有第一驱动器后壳2，且无框电机定子3螺栓连接于第一驱动器后壳2的内部，无框电机定子3的底端铆接连接有编码器1，第一驱动器后壳2的底面固定连接有驱动器固定轴承19，第一驱动器后壳2的顶端固定连接有驱动器壳体9，且丝杠5位于驱动器壳体9的内部，驱动器壳体9底端的内部固定镶嵌有轴承6，且轴承6的内圈与丝杠5底端光轴处的外表面固定连接，机械臂机构22包括机械臂底座2201、平衡气缸2202、直线驱动器一2203、机械臂腰部2204、机械臂大臂2205、直线驱动器二2206、机械臂小臂2207、小臂姿态控制杆件2208、小臂姿态杆件2209、末端姿态控制杆件2210、末端姿态杆件2211和大臂姿态控制杆件2212。

丝杠5的外表面螺纹连接有与丝杠5相适配的螺母7，螺母7的顶端固定连接有导向套筒8，且导向套筒8和螺母7均位于驱动器壳体9的内部，丝杠5顶端的光轴处套设有与导向套筒8相适配的丝杠石墨套10，且丝杠石墨套10滑动连接于导向套筒8的内部，通过设置丝杠石墨套10，能对丝杠5起到导向作用，避免丝杠5在导向套筒8内部倾斜，驱动器壳体9的顶端固定连接有第二驱动器后壳12，且第二驱动器后壳12套设于导向套筒8的外表面，第二驱动器后壳12的内部固定镶嵌有导向筒石墨铜套11，且导向筒石墨铜套11与导向套筒8相适配，通过设置导向筒石墨铜套11，不仅能减少第二驱动器后壳12与导向套筒8之间的摩擦力，且能通过导向筒石墨铜套11的导向作用能最大限度的减少导向套筒8倾斜现象发生。

导向套筒8的顶端螺纹连接有双头螺栓13，且双头螺栓13的另一端螺纹连接有第一鱼眼轴承14，第一鱼眼轴承14的外部设置有轴承法兰17，轴承法兰17的顶端固定连接有两个相对称的第二鱼眼轴承21，且两个第二鱼眼轴承21与第一鱼眼轴承14相铰接，轴承法兰17的底部螺纹连接有气缸导向杆15，且气缸导向杆15的外表面套设有与气缸导向杆15相适配的气缸壳体16，气缸壳体16底端固定连接有平衡气缸固定轴承20，轴承法兰17与气缸导向杆15之间和双头螺栓13与第一鱼眼轴承14之间均设置有压力传感器18，通过设置压力传感器18，能对出力进行反馈调节，以免过度运动造成设备的过度损坏。

如图6所示，通过气缸的PID控制，使直线驱动器维持在最佳工作状态输出F₁，同时可以输出可以满足工作要求的合力F_S，采用PID控制，使气缸根据工作状况自调节出力F大小：

F_s＝F₁ cos b+F cos a

如图7所示，期望F根据工作状态确定，如位置等，传感器通过检测得到当前出力值，通过PID控制算法，计算出应该输出多大的力F_out给执行器，执行器控制被控对象根据要求动作，传感器再次测得数据，反馈给输入端，再次进行调整，最终达到准确的控制。

位置式PID控制算法的公式为：

E_k＝F-F_k

其中：K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，E_k为偏差值，T为PID计算周期，T_i为积分时间，T_d为微分时间。

增量式PID控制算法的公式为：

E_k＝F-F_k

ΔF_out＝K_p(E_k-E_k-1)+K_iE_k+K_d(E_k-2E_k-1+E_k-2)

其中：K_p为比例系数，K_i为积分系数，K_d为微分系数，E_k为偏差值，T为PID计算周期，T_i为积分时间，T_d为微分时间，ΔF_out为相邻两次输出的增量(可正可负)。

如图8所示，采用此种实施方式，械臂腰部2204安装在机械臂底座2201上，机械臂大臂2205与机械臂腰部2204铰接，平衡气缸2202与直线驱动器一2203铰接在机械臂底座2201上，直线驱动器二2206铰接在机械臂腰部2204上，机械臂小臂2207铰接在机械臂大臂2205上，通过平衡气缸2202与直线驱动器一2203共同作用驱动机械臂大臂2205转动，直线驱动器二2206驱动机械臂小臂2207转动，平衡气缸2202可采用多种方式：如机械式拉簧、恒力弹簧、磁性弹簧、氮气平衡杠、空气轴承气缸、线绳气缸等。

如图9所示，采用此种实施方式，机械臂腰部2204与大臂姿态控制杆件2212铰接在机械臂底座2201上，机械臂大臂2205与机械臂腰部2204铰接，平衡气缸2202与直线驱动器一2203铰接在机械臂底座2201上，直线驱动器二2206铰接在机械臂腰部2204上，机械臂小臂2207铰接在机械臂大臂2205上，通过平衡气缸2202与直线驱动器一2203共同作用驱动机械臂腰部2204转动，大臂姿态控制杆件2212同步转动，机械臂大臂2205保持姿态运动，直线驱动器二2206驱动机械臂小臂2207转动，平衡气缸2202可采用多种方式：如机械式拉簧、恒力弹簧、磁性弹簧、氮气平衡杠、空气轴承气缸、线绳气缸等。

如图10所示，采用此种实施方式，机械臂腰部2204安装在机械臂底座2201上，机械臂大臂2205与小臂姿态控制杆件2208铰接在机械臂腰部2204上，另一端铰接在小臂姿态杆件2209上形成平行四边形，保证小臂姿态杆件2209的姿态，平衡气缸2202与直线驱动器一2203铰接在机械臂底座2201上，直线驱动器二2206与小臂姿态控制杆件2208铰接在机械臂腰部2204上，机械臂小臂2207铰接在机械臂大臂2205上，机械臂小臂2207与小臂姿态杆件2209、末端姿态控制杆件2210、末端姿态杆件2211四者铰接形成平行四边行，以保证末端姿态杆件2211的姿态，通过平衡气缸2202与直线驱动器一2203共同作用驱动机械臂大臂2205转动，直线驱动器二2206驱动机械臂小臂2207转动，平衡气缸2202可采用多种方式：如机械式拉簧、恒力弹簧、磁性弹簧、氮气平衡杠、空气轴承气缸、线绳气缸等。

如图11所示，采用此种实施方式，机械臂腰部2204安装在机械臂底座2201上，机械臂大臂2205与小臂姿态控制杆件2208铰接在机械臂腰部2204上，另一端铰接在小臂姿态杆件2209上形成平行四边形，保证小臂姿态杆件2209的姿态，平衡气缸2202与直线驱动器一2203铰接在机械臂底座2201上，直线驱动器二2206与小臂姿态控制杆件2208铰接在机械臂腰部2204上，机械臂小臂2207铰接在机械臂大臂2205上，机械臂小臂2207与小臂姿态杆件2209、末端姿态控制杆件2210、末端姿态杆件2211四者铰接形成平行四边行，以保证末端姿态杆件2211的姿态，通过平衡气缸2202与直线驱动器一2203共同作用驱动机械臂大臂2205转动，直线驱动器二2206驱动机械臂小臂2207转动，平衡气缸2202可采用多种方式：如机械式拉簧、恒力弹簧、磁性弹簧、氮气平衡杠、空气轴承气缸、线绳气缸等。

工作原理：通过编码器1控制无框电机定子3，使无框电机转子4根据要求以一定速度转动一定圈数，带动与无框电机定子3紧固连接的丝杠5转动，推动丝杠5上螺母7在丝杠5上轴向运动，与丝杠螺母7连接的导向套筒8进行伸缩，将动力传递给双头螺栓13及第一鱼眼轴承14，给目标件的轴施加动力，与此同时，平衡气缸通过气缸导向杆15将动力传递到鱼眼轴承法兰17和第二鱼眼轴承21，通过第二鱼眼轴承21给目标件的轴施加动力，达到给驱动器的减负，使得整个系统可以提高更大负载能力，驱动器壳体9外部适当位置放置两个压力传感器18，进行反馈调节，以免过度运动造成设备的过度损坏，该装置能通过直线驱动器、气缸和传感器构成PID控制，使该驱动器的气缸能根据工作状况自调节出力大小，最终达到准确控制的目的。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。