运动控制装置制造方法
【专利摘要】运动控制装置（A）包括可滑动地容纳一个输出件（50）的一个直接耦合扭力马达（54），在所述输出件（50）和所述马达（54）之间以及在所述输出件（50）和一个小齿轮（7）之间没有其它类型的扭力传动装置，所述小齿轮（7）和一个环状齿轮（44）直接啮合连接，所述环状齿轮（44）连接到位在一个环状安装板（38）和一个表板（40）中间的一个轴承（26）的第二圈（32）。所述第二圈（32）是具有L形径向横截面的一个单一不可分离的部件，以界定所述环状齿轮（44）用的一个安装导引。所述马达（54）固定到具有呈一体环状间隔部（60）的一个座板（58）上，所述环状间隔部（60）延伸穿过一个安装片（16）且固定到一个座环（62），所述座环（62）可调整地连接到和所述座板（58）相对的安装片（16）。
【专利说明】运动控制装置
【背景技术】
[0001]所图标及所描述者为运动控制装置，特别是在两个组件之间提供精确定位的装置，更明确地说，是在两个组件之间提供精确旋转定位的装置。
[0002]在许多应用中(包括但不限于医疗、半导体制造、卫星追踪和焊接领域)，在两个组件之间需要精确的定位。传统上，精确的定位是利用凸轮驱动系统来完成。这种凸轮驱动系统有一些缺点，包括复杂、有齿隙、具有大功率要求等等以及在制造、操作和维护上的高成本。因此，正在寻求解决方案以提供精确的定位及克服传统凸轮驱动系统的缺点。
[0003]美国专利第6，023，989号提供了已经在商业上成功的一种传动装置。所需要的是传动装置(例如在美国专利第6，023，989号中所显示的形式)的应用方式，使得在组件之间的精确定位的领域产生加乘效果。
【发明内容】
[0004]为解决运动制动器领域的这个需求和其它问题，本发明提供位于一个环状安装板和一个表板之间的一个轴承以及连接到所述轴承的第二圈的一个环状齿轮。所述轴承的第二圈具有L形径向横截面，包括沿着径向延伸的第一脚部和沿着轴向延伸的第二脚部，所述第二脚部从所述第一脚部一体地延伸为一个单一不可分离的部件，以界定所述环状齿轮用的一个安装导引。
[0005]在另一观点上，一个例如直接耦合扭力型式的马达的输出件连接到一个小齿轮，在所述输出件和马达之间以及在所述输出件和所述小齿轮之间没有其它类型的扭力传动装置。所述小齿轮与所述环状齿轮直接啮合，所述环状齿轮连接到位于所述环状安装板与所述表板之间的所述轴承的第二圈。
[0006]在其它观点上，所述马达固定到一个马达座的一个环状座板，所述马达座也具有一个呈一体的环状间隔部，所述环状间隔部穿过从所述安装板沿着径向延伸的一个安装片的穿孔。一个座环贴靠并固定到所述环状间隔部，所述座环在相对所述座板的不同径向位置为可调整地连接到所述安装片。所述马达的输出件穿过所述环状间隔部与所述环状座板。
[0007]本发明将由举例说明的实施例并参照所附图式而得清楚了解。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]这些实施例可参考附图而被清晰地描述:
[0009]图1显示一种形式的运动控制装置的立体图。
[0010]图2显示图1的装置的立体分解图。
[0011]图3显示图1的装置的局部截面图。
[0012]以下所有图式系仅便于解释本发明基本教导而已，图式中构成较佳实施例的组件的数目、位置、关系、及尺寸的延伸将有所说明或在阅读及了解本发明的教导后相关的变化实施属于业界技能。另外，在阅读及了解本发明的敎导后，结合特定力量、重量、强度、及类似要求的精确尺寸及尺寸比例的改变亦属业界技能。
[0013]在不同图式中以相同标号来标示相同或类似组件；另外请了解文中诸如“顶部”、“底部”、“第一”、“第二”、“向前”、“向后”、“反向”、“前”、“后”、“高”、“宽”、“长”、“端”、“侧”、
“水平”、“垂直”和类似用语仅便于看图者参考图中构造以及仅用于帮助描述所述举例的实施例而已。
【具体实施方式】
[0014]所示的一种运动控制装置A是用来提供精确定位，特别是提供两个组件之间的精确旋转定位。尤其，装置A在所示形式中包括一个安装板38，安装板38具有平行间隔且平坦的面14a和14b。在所示的形式，板38的外形是环状且在外形上大致是圆状。板38包括一个安装片16，安装片16从所述圆状外形的外周围沿着径向向外延伸且包括在面14a和14b之间延伸的一个穿孔18。
[0015]装置A还包括一个轴承26，轴承26包括位于内圈30和外圈32之间的数个旋转件28。内圈30具有平行间隔且平坦的第一和第二端30a和30b，且在所示形式中的外形是环状。第一端30a和面14a贴靠，且内圈30固定到安装板38，例如通过螺栓33从端30b至端30a穿过内圈30且螺入安装板38内。在所示的形式中，螺栓33的头埋在端30b内。在所示的形式中，内圈30具有矩形的径向横截面。
[0016]外圈32具有平行间隔且平坦的第一和第二端部32a和32b，且在所示的形式中的外形是环状。第一端部32a在轴向位在内圈30的两端30a和30b中间且和内圈30的两端30a和30b间隔，且旋转件28位于外圈32的端部32a和内圈30的端30b中间。圈30和32通过适当设置(在所示的形式中例如通过多数个旋转件28的外形)在轴向彼此保持定位。一个表板40贴靠端部32b，且例如通过螺栓42穿过表板40螺入外圈32内将外圈32固定到表板10。在所示的形式中，表板40的外形为环状，在外形上大致是圆状，并具有平行间隔的平坦面。
[0017]在所示的形式中，外圈32具有L形径向横截面，包括沿着径向延伸且包括端部32a的一个第一脚部34和沿着轴向延伸且包括端部32b的一个第二脚部36。第二脚部36从脚部34 —体地延伸为一个单一不可分离的部件，以界定一个环状齿轮44用的安装导引。齿轮44例如通过螺栓46穿过齿轮44螺入脚部34内而固定到外圈32。齿轮44位于安装板38和表板40的中间。
[0018]揭示于美国专利第6，023，989号(此案在此并入作为参考)型式的小齿轮7包括沿着圆周方向安排及由一对环状板11所支持的多数个滚子6。小齿轮7的每个滚子6通过数轴承10而可转动地支持在该对环状板11之间，轴承10容纳在该对环状板11的插槽中。滚子6在所述圆周方向以固定间隔彼此平行地配置和位在该对环状板11之间，并且用来和齿轮44的对应齿4同时啮合。
[0019]小齿轮7适当地连接到一个输出件50 (在所示形式中是一支短轴)，例如通过螺栓52穿过环状板11且螺入输出件50以及在径向位于滚子6内侧且不会和齿轮44的齿4干涉的位置。输出件50穿过穿孔18且被一个直接耦合扭力马达54直接带动旋转，输出件50为可滑动地容纳在直接耦合扭力马达54内。请了解在输出件50和马达54之间以及在输出件50和小齿轮7之间没有齿轮、齿轮箱或其它类型的扭力传动装置。[0020]马达54通过合适的设置安装到安装板38。在所示的形式中，一个马达座56包括一个环状板58，环状板58例如通过数个螺栓68穿过马达凸缘和螺入板58内而适当地固定到马达54。座56包括一个环状间隔部60，间隔部60沿着轴向从环状板58 —体地延伸且具有穿过穿孔18和可供输出件50穿过的尺寸。一个座环62和安装板38的面14a贴靠且例如通过数个螺栓64穿过座环62且螺入安装片16而适当地固定到安装板38。座环62和环状间隔部60的所述端面贴靠以及例如通过数个螺栓66穿过座环62和螺入马达座56而适当地固定到环状间隔部60。齿轮44和输出件50的轴线的径向间距通过合适的设置为可调整，例如在座环62中提供数个长槽，且以紧固件(例如连接到安装片16的螺栓64)穿过所述长槽。
[0021]已经陈述一个举例说明形式的装置A，接着将对一些优点和可获得的加乘效果作说明。为了解释目的，将假定要在I秒内旋转90度为100公斤平方米的惯量，在这移动的动力方程式需要以每秒讯号6.2845弧度的加速0.5秒(旋转45度)，然后以相同速率减速
0.5秒(旋转另一个45度)。这就是一般所称的三角运动曲线，其具有每分钟30转的最大速度。做这个移动所需的扭矩是依据方程式τ=?*α，使得在加速和减速时的输出件所需要的扭矩为628.3Nm。
[0022]传统的驱动系统采用具有高精密行星齿轮箱的伺服马达。由于伺服马达在3000RPM (每秒转速)最有效率，所以此系统最合适的齿轮比将是:
[0023]3000rpm/30rpm=100:1
[0024]使用所需的扭矩和齿轮比，最大的加速扭力可以决定为:
[0025]628.3Nm/100=6.28Nm (马达扭矩)
[0026]最佳的高精密行星齿轮 箱具有95%的效率，且一般有I弧分的精度。将此应用到系统产生以下结果:
[0027]所需的马达扭矩.........6.59Nm
[0028]系统齿隙..................1弧分
[0029]平均功率..................1035瓦
[0030]相反地，如果运动控制装置A具有相同的动力要求，它将如解释的反应。以小齿轮7和齿轮44具有10比I的齿轮比，装置A的最大加速扭力将是
[0031]628.3Nm/10=62.8Nm
[0032]但马达54在最大300RPM运转。应用此以及小齿轮7和齿轮44的99%效率，装置A将产生以下结果:
[0033]所需的马达扭矩……63.46Nm
[0034]系统齿隙...............0弧分
[0035]平均功率...............996.82瓦特
[0036]前面的例子证明利用扭力马达54和小齿轮7和齿轮44的组合在齿隙、所需扭矩和效率上的效益。单独这些效益就比传统的驱动系统有实质改善。此外，直接驱动扭力马达54提供了更多的优点，包括:
[0037]1.简单-通过变速箱的移除，在装配上少了一个零件。
[0038]2.耐用性-齿轮箱在传统上是驱动系统中的一个弱点。通过齿轮箱的移除，少了
一个故障点。[0039]3.速度-直接耦合扭力马达54拥有任何系统的最快反应时间。增加一个变速箱会由于内部组件的附加而减慢反应时间。
[0040]4.精确度-直接驱动扭力马达54比机械系统具有实质上较高的精确度。
[0041]在所示的形式中，齿轮44是直接安装在外圈32的安装导引上，没有利用一个转接板，此转接板的作用已经并入到轴承26，因此除去了一个转接板的成本和费用。再者，将一个轴承固定到一个转接板需要为螺丝头部设置间隙，此间隙要通过增加一步骤至传统的安装板来设置。虽然这在传统的安装板上是一个简单特点，但是它在制造上极为昂贵，因为需要移除大量的材料。此外，需要大的研磨离隙角来将一个变速箱相对所述小齿轮和齿轮作适当地配置。这两个特点使得所述传统安装板成为传统系统中最昂贵的组件之一。
[0042]请了解所示的轴承26让安装板38可以由单一平板制造，与传统所采用的阶状、指定形成的安装板相较之下，将大大地降低安装板38和装置A的整体成本和复杂性。通过轴承26的工程特点和其它组件的重新安排，安装板38的任何特点已被除去，创造一个非常简化且成本更低的设计。具体而言,通过在轴承26的内圈30和外圈32之间加入一偏移量，在安装板38中的一个昂贵步骤已被除去。另外，在轴承26的外圈32为要安装的齿轮44建立一个精确定位的安装导引。这允许所述小齿轮、间隔部和预加载板迭置，使得安装板38的安装表面不需要一个研磨校准特点。添加到轴承26的特点虽会增加组件的成本，然而，由于轴承26已经完成加工作业，因而，所增加的成本与从安装板38消除所有的机械加工特点(除了钻孔之外)的节省相较，并不显著。
[0043]因此，由于在说明书揭示的本发明可由没有脱离本发明精神和大体特征的其它特定形式来实施，且这些特定形式的一些形式已经被显示，所以，在说明书揭示的实施例应视为举例说明而非限制。本发明的范围系由所附的权利要求来界定，而不是由以上叙述所界定，对于落入所述权利要求的均等意义和范围的所有改变仍将并入于本发明所主张的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种运动控制装置包括: 一个安装板，其具有一个环状外形和具有在轴向平行间隔的平坦的第一面和第二面； 一个轴承，其包括位于第一圈和第二圈之间的数个旋转件，所述第一圈连接到所述安装板的第一面； 一个表板，所述第二圈连接到所述表板；及 一个环状齿轮，其连接到位在所述安装板和所述表板中间的第二圈，所述第一圈的外形为环状且具有一个第一端及一个和所述第一端间隔的第二端，所述第一端是平面且和所述安装板的第一平坦面贴靠，所述第二圈的外形为环状且具有间隔的第一端部和第二端部，所述第二圈具有呈L形的径向横截面且包括沿着径向延伸并包括所述第一端部的第一脚部以及沿着轴向延伸并包括所述第二端部的第二脚部，所述第二脚部从所述第一脚部一体地延伸呈一个单一不可分离的部件，所述第一脚部和第二脚部界定所述环状齿轮用的一个安装导引。
2.如权利要求1所述的运动控制装置，其中所述环状外形在外形上大致是圆状，其中所述第一圈的第二端是平面，所述第一和第二端部是平面且相互平行间隔，所述第一圈具有矩形的径向横截面，所述安装板通过数螺栓从所述第二端至所述第一端穿过所述第一圈且螺入所述安装板内而被固定，所述第一脚部包含位于所述第一和第二端部中间且和所述第一和第二端部相互平行间隔的一个平坦面，所述第二脚部包括大致延伸在所述平坦面和所述第二端部之间且和所述平坦面大致垂直的一个环状表面，所述数个旋转件位于所述第二圈的第一端部和所述第一圈的第二端中间，所述表板的外形为环状且具有平行间隔的平坦面。
3.如权利要求1或2所述的运动控制装置，还包括和所述环状齿轮直接啮合的一个小齿轮。
4.如权利要求3所述的运动控制装置，还包括一个马达，所述马达包括一个输出件，所述小齿轮连接到所述输出件，在所述输出件和马达之间以及在所述输出件和所述小齿轮之间没有其它类型的扭力传动装置。
5.一种运动控制装置包括: 一个安装板，其具有一个环状外形且具有在轴向平行间隔的平坦的第一面和第二面； 一个轴承，其包括位于第一圈和第二圈之间的数个旋转件，所述第一圈连接到所述安装板的第一面； 一个表板，所述第二圈连接到所述表板； 一个环状齿轮，其连接到位在所述安装板和所述表板中间的所述第二圈； 一个小齿轮，和所述环状齿轮直接啮合安排；及 一个马达，其包括一个输出件，所述小齿轮连接到所述输出件，在所述输出件和马达之间以及在所述输出件和所述小齿轮之间没有其它类型的扭力传动装置。
6.如权利要求4或5所述的运动控制装置，其中所述马达是一个直接耦合扭力马达，其中所述输出件是可滑动地容纳在所述直接耦合扭力马达内，所述输出件是一支短轴。
7.如权利要求4-6任一项所述的运动控制装置，其中所述安装板包括从所述环状外形沿着径向朝外延伸一个安装片，所述安装片包括在所述第一和第二平坦面之间延伸的一个穿孔，所述马达连接到所述第二面，所述输出件穿过所述穿孔。
8.如权利要求7所述的运动控制装置，还包括: 一个马达座，其包括固定到所述马达的一个环状座板和从所述环状座板一体地延伸的一个环状间隔部，所述环状间隔部穿过所述穿孔，所述输出件穿过所述环状间隔部和所述环状座板，所述环状座板贴靠所述安装板的第二面 '及 一个座环，其贴靠并固定到所述环状间隔部，所述座环和所述安装板的第一面贴靠，所述座环在不同的径向位置为可调整地连接到所述安装片。
9.如权利要求8所述的运动控制装置，其中所述座环包括数个长槽；及其中所述运动控制装置还包括数个紧固件，所述数个紧固件穿过所述数个长槽且连接到所述安装片，使所述座环在不同的径向位置为可调整地连接到所述安装片。
10.如权利要求4-9任一项所述的运动控制装置，其中所述小齿轮包括一对环状板和多数个滚子，所述多数个滚子在一圆周方向以固定间隔彼此平行地配置且可转动地位在该对环状板之间，所述多数个滚子与所述环状齿轮的对应齿同时啮合。
11.如权利要求10所述的运动控制装置，其中该对环状板中的每一个包括呈固定间隔的多数个插槽，一个滚子支撑轴承容纳在各个插槽内以可旋转地支承所述多数个滚子中的一个。
12.如权利要求10或11所述的运动控制装置，还包括穿过该对环状板且螺入所述输出件的数个螺栓，所述数个螺栓在径向位于所述数个滚子内侧且不会和所述环状齿轮干涉的位置，所述数个螺栓将所述 小齿轮连接到所述输出件。
【文档编号】F16H57/023GK103443508SQ201280011703
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2012年1月6日 优先权日:2011年1月7日
【发明者】德夫·汉恩, 安东尼·契柏 申请人:聂克森集团公司