本发明涉及高精密度工业自动化技术领域，尤其涉及一种高精度垂直升降控制系统。
背景技术：
随着科技的发展与进步，机器人技术被广泛应用于现代制造产业中，多数是通过机械手臂装置进行物料移动或物料加工等步骤。但是，现有的垂直升降设备的平稳度较低，在搬运过程容易产生晃动，控制精度低，移动速度较慢，长时间连续工作的稳定性较差。
尤其是在对精度要求极高的半导体行业，以半导体行业的晶圆生产为例，在半导体工厂中，晶圆最终生产成芯片，要经过上百道工序，其中要经过一系列的“刻、蚀、磨”等工序，每一道工序完成后往下一道工序转运，在转运过程中，常需要从一个操作平台转移至另一个操作平台上，而两个平台有时会不在同一个平面上，这均需要通过晶圆搬运机器人去完成。而晶圆搬运机器人必须要达到高精密度、高稳定性等要求。
技术实现要素：
鉴于现有技术的现状，本发明的目的在于提供一种高精度垂直升降控制系统，其结构简单，定位精度高，移动速度快，稳定性好，成本低，使得垂直升降更加平稳可靠。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高精度垂直升降控制系统，包括：
安装底座；
导轨底座，所述导轨底座竖直设置在所述安装底座；
直线导轨，所述直线导轨竖直设置在所述导轨底座；
滚珠丝杆，所述滚珠丝杆竖直设置在所述导轨底座；
滑动块，所述滑动块设置在所述滚珠丝杆上，所述滑动块与所述滚珠丝杆螺纹连接，所述滑动块能够沿着所述直线导轨上下运动，所述滑动块用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步上下往复运动；
伺服电机，所述伺服电机设置在所述安装底座，所述伺服电机通过传动机构与所述滚珠丝杆驱动连接。
优选地，所述传动机构包括步带轮和同步带，所述步带轮的数量为两个，其中一个所述步带轮固接所述滚珠丝杆，其中另一个所述步带轮固接所述伺服电机的驱动端，两个所述步带轮通过同步带传动连接。
进一步地，所述高精度垂直升降控制系统还包括电机支架，所述电机支架设置在所述安装底座，所述伺服电机安装在所述电机支架，所述伺服电机通过所述电机支架安装在所述安装底座。
优选地，所述滚珠丝杆的两端均设置有固定板，所述滚珠丝杆通过所述固定板固定在所述导轨底座。
优选地，所述直线导轨上安装有滑块，所述滑动块固定在所述滑块，所述滑动块通过所述滑块与所述直线导轨滑动连接。
进一步地，所述直线导轨的数量为两条，两条所述直线导轨平行间隔设置，每条所述直线导轨均设置有两个所述滑块。
优选地，所述高精度垂直升降控制系统还包括伺服驱动器和主控机，所述伺服驱动器用于根据所述主控机的控制信号向所述伺服电机发出对应的驱动信号，从而实现对所述伺服电机的运动状态进行精密控制。
进一步地，所述高精度垂直升降控制系统还包括位置定位器和位置传感器，所述位置定位器固定在所述滑动块上，所述位置传感器用于检测所述位置定位器的最低位置信息并将所述最低位置信息反馈给所述主控机。
进一步地，所述位置定位器包括依次连接的第一段板、第二段板和第三段板，其中，所述第一段板与所述第三段板均竖直设置，所述第一段板与所述第三段板相平行，所述第二段板水平设置，所述第二段板的第一端连接所述第一段板的下端部，所述第二段板的第二端连接所述第三段板的上端部；所述位置传感器为光电传感器。
进一步地，两个所述步带轮位于所述安装底座的上侧，所述滑动块也位于所述安装底座的上侧。
本发明的有益效果是：
本发明的高精度垂直升降控制系统，其结构简单，定位精度高，移动速度快，稳定性好，成本低，方便移动，可实现长时间稳定的连续工作，通过将丝杆的旋转运动转化成垂直升降运动，由于采用了直线导轨和滑动块对运动进行限位，使得垂直升降更加平稳可靠；采用伺服电机可使垂直位移控制更加精准；另外由于采用导轨底座，使得设备载荷大大提高，还进一步提高设备在使用过程中的平稳性。使用伺服电机带动传动机构，在主控机和伺服驱动器的控制下转动丝杆，使其上的滑动块可以沿着直线导轨做上下往复运动，主控机搭载有高精度高效控制软件，在专用伺服驱动器的驱动下可以精确控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，在高精度滚珠丝杆的驱动下，带动滑动块沿直线导轨的方向上实现高精度的快速控制。
附图说明
图1为本发明的高精度垂直升降控制系统一实施例的分解示意图；
附图标记说明：
1安装底座；2导轨底座；3直线导轨；4滚珠丝杆；5滑动块；
6伺服电机；7电机支架；8步带轮；9同步带；10位置传感器；
11位置定位器；12主控机；13伺服驱动器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的高精度垂直升降控制系统进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，本发明一实施例的高精度垂直升降控制系统包括安装底座1、导轨底座2、直线导轨3、滚珠丝杆4、滑动块5、伺服电机6。
其中，导轨底座2竖直设置在安装底座1，直线导轨3竖直设置在导轨底座2，滚珠丝杆4也竖直设置在导轨底座2；滑动块5设置在滚珠丝杆4上，滑动块5与滚珠丝杆4螺纹连接，滑动块5能够沿着直线导轨3上下运动，滑动块5用于与外部功能部件相连接而与所述外部功能部件同步上下往复运动。滑动块5与外部功能部件相连接，实现上下往复运动的目的，本实施例中，外部功能部件可为抓取装置。在其它实施例中，外部功能部件也可为具有加工功能的装置。
较佳地，直线导轨3上安装有滑块，滑动块5固定在所述滑块，滑动块5通过所述滑块与直线导轨3滑动连接，如此可以进一步保证滑动块上负载在运动过程中的稳定性。本实施例中，直线导轨3的数量可为两条，两条直线导轨3平行间隔设置，每条直线导轨3均设置有两个所述滑块，也就是说两条直线导轨3上共设置有四个所述滑块。如此设计可以进一步提高滑动块5上下运动的平稳性。
伺服电机6设置在安装底座1，伺服电机6通过传动机构与滚珠丝杆4驱动连接。伺服电机6作为该升降系统的动力来源。本实施例中，伺服电机6通过电机支架7安装在安装底座1；其中电机支架7设置在安装底座1，伺服电机6安装在电机支架7。采用电机支架7托载和固定伺服电机6，保证伺服电机6平稳运作。较佳地，滚珠丝杆4的两端均设置有固定板，滚珠丝杆4通过所述固定板固定在导轨底座2。导轨底座2用来固定和调试直线导轨3以及滚柱丝杠4的两端固定板。滚珠丝杆4两端的固定板可以相同，也可不相同。
本实施例中，导轨底座2的轮廓呈四边形，导轨底座2的中部设置有开口或凹槽，滑动块5的横截面呈t字形，滑动块5的凸出部分置于所述开口或凹槽内，所述开口或凹槽作为滑动块5的凸出部分的避位空间。
导轨底座2的左右侧边上均设有开口槽，滚珠丝杆4下端的所述固定板包括t字形主体，所述t字形主体的横向部分的表面具有凸起部，所述凸起部与所述t字形主体形成限位台阶，所述t字形主体的横向部分与所述开口槽相配合，所述t字形主体的横向部分部分地嵌套在所述开口槽内，所述凸起部置于所述开口槽外，也就是说在所述t字形主体的横向部分与所述开口槽相配合时，所述凸起部能够对所述t字形主体的横向部分进行限位。这样可以有效提高滚珠丝杆4的稳定性，从而进一步提高滑动块5的运行平稳性。直线导轨3可为工字型导轨，所述滑块可滑动地卡接在直线导轨3上，这样也可以使得滑动块5运行更平稳。
作为一种可优选方式，传动机构包括步带轮8和同步带9，步带轮8的数量为两个，其中一个步带轮8固接滚珠丝杆4，其中另一个步带轮8固接伺服电机6的驱动端，两个步带轮8通过同步带9传动连接。滚珠丝杆4在步带轮8和同步带9的驱动下，形成垂直方向上的动力，推动滑动块5的上下运动。步带轮8匹配同步带9实现转动量的传递，保证转动负载的稳定性。本实施例中，两个步带轮8位于安装底座1的上侧，滑动块5也位于安装底座1的上侧，如此便于装配。在其它实施例中，两个步带轮8可位于安装底座1的下侧，滑动块5可位于安装底座1的上侧，这样可以进一步节省空间，降低振动。
作为一种可优选方式，高精度垂直升降控制系统还包括伺服驱动器13和主控机12，伺服驱动器13用于根据主控机12的控制信号向伺服电机6发出对应的驱动信号，从而实现对伺服电机6的运动状态进行精密控制。
较佳地，高精度垂直升降控制系统还包括位置定位器11和位置传感器10，位置定位器11固定在滑动块5上，位置传感器10用于检测位置定位器11的最低位置信息并将所述最低位置信息反馈给主控机12。
本实施例中，位置定位器11包括依次连接的第一段板、第二段板和第三段板，其中，第一段板与第三段板均竖直设置，第一段板与第三段板相平行，第二段板水平设置，第二段板的第一端连接第一段板的下端部，第二段板的第二端连接第三段板的上端部；位置传感器10为光电传感器。位置传感器10可安装在滚珠丝杆4下端的所述固定板上。
位置定位器11起到标记滑动块位置的作用，位置定位器11会随着滑动块5进行上下运动，并在最下端时与位置传感器10接触，位置传感器10将把相关的极限位置信号传递给主控机12，从而实现对滑动块5运动位置的限制和检测。位置传感器10通过检测位置定位器11的最低位置，并将最低位置信号传递给主控机12，主控机12安装有高精度运动控制软件，控制伺服驱动器13发出不同的控制驱动信号，从而实现对伺服电机6运动状态的精密控制。与伺服电机6相匹配的伺服驱动器13通过接受主控机12(主控制器)的控制信号向伺服电机6发出对应的驱动信号。
以上实施例的垂直升降控制系统，整体设计结构主要由以下几个部分组成：驱动控制部分、运动传递部分、垂直定位运动部分、位置定位器、位置传感器以及多个固定底座构成。其中驱动控制部分包括主控机和伺服驱动器；运动传递部分包括伺服电机、步带轮、同步带等；垂直定位运动部分由滚珠丝杆，直线导轨，滑动块，丝杆两端固定板等部件组成。
实际运作时，由主控机向伺服驱动器发出控制指令，再由伺服驱动器发出驱动信号驱动伺服电机转动，伺服电机的转动通过步带轮和同步带传递给滚珠丝杆，通过滚珠丝杆的旋转来推动滑动块在两条直线导轨的引导下，进行上下往复运动。
其中，导轨底座起到固定和调节直线导轨以及滚珠丝杆两端固定板的作用，可保证各导轨的安装精度，从而确保滑块上下运动的稳定性和平滑性，位置定位器会随着滑块进行上下运动，并在最下端时与定位传感器接触，定位传感器将把相关的极限位置信号传递给主控机，从而实现对滑块运动位置的限制和检测。
以上各实施例的高精度垂直升降控制系统，其结构简单，定位精度高，移动速度快，稳定性好，成本低，方便移动，可实现长时间稳定的连续工作，通过将丝杆的旋转运动转化成垂直升降运动，由于采用了直线导轨和滑动块对运动进行限位，使得垂直升降更加平稳可靠；采用伺服电机可使垂直位移控制更加精准；另外由于采用导轨底座，使得设备载荷大大提高，还进一步提高设备在使用过程中的平稳性。
使用伺服电机带动传动机构，在主控机和伺服驱动器的控制下转动丝杆，使其上的滑动块可以沿着直线导轨做上下往复运动，主控机搭载有高精度高效控制软件，在专用伺服驱动器的驱动下可以精确控制伺服电机的转速、加速度、位置、刹车等运动信息，在高精度滚珠丝杆的驱动下，带动滑动块沿直线导轨的方向上实现高精度的快速控制。
需要说明的是，在不冲突的情况下，以上各实施例及实施例中的特征可以相互组合。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本发明的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。