[发明专利]使用基于单一路径的致动器的三维运动

说明书

技术领域

本发明涉及使用基于路径的致动器实现三维(3D)运动和固定的方法和机构。本发 明应用于运输、装运、制造和其他需要沿着、围绕和/或垂直于一路径移动物体的事务。 举非限定性实例而言，本发明应用于在由线性机(包含线性马达)运载的物体的三维中 实现旋转和平移。

背景技术

线性机的设计和制造已进行了多年，但应用主要针对于沿着单一路径运动或使用两 个线性机来产生沿着一个以上路径的运动。同步马达的使用增加是由于为马达控制而特 定设计的微处理器的发展、更具成本效益的动力电子设备的可用性和较好的永久磁铁。 线性同步马达(LSM)从旋转同步马达技术的进步中获益，且对于许多应用来说，与例 如传送带和旋转马达的替代品相比，线性同步马达提供性能和成本优点的可能性。当与 例如线性感应马达(LIM)和线性磁阻马达(LRM)的其它类型线性马达相比时也存在 优点。

线性机设计者必须解决若干问题：降低成本、减小尺寸和重量、提高效率、消除齿 槽力或涟波力、简化制造、提供精确制动和提供沿着一个以上路径的移动。本专利解决 多路径移动和精确制动的问题，同时维持降低的成本、良好的效率、减小的涟波力和简 化的结构。

虽然以允许多维控制的方式构造线性马达，但线性马达都使用两个或两个以上马达 路径来实现多维运动。实例包含：美国专利3,376,578号，Magnetic positioning device； 美国专利5,368,425号，Multi-axis linear motor positioner with y-axis supported at single  end；美国专利5,763,966号，Single plane motor system generating orthogonal movement； 美国专利5,938,577号，Symmetrical,multi-axis linear motor machine tool；美国专利 6,175,169号，Closed-loop planar linear motor with integral,monolithic  three-degree-of-freedom ac-magnetic position/orientation sensor；美国专利6,445,093号， Planar motor with linear coils arrays；和美国专利6,703,806号，XYZ-Axes Table。

鉴于上文，本发明的一个目的是提供移动人、包裹、材料和其它物件的改进的方法 和设备。

一个相关目的是提供适于实现物体相对于路径的旋转和平移运动的方法和设备。

另一相关目的是提供适于使用沿着此路径移动且/或界定此路径的致动器来实现此 运动的方法和设备。

又一相关目的是提供适于与线性马达一起使用的方法和设备。

发明内容

以上是本发明所达成的目的中的一些，本发明尤其提供在由沿着一路径移动的致动 器运载或耦合到所述致动器的物体的三维中实现旋转和平移运动的新颖的机构和方法。 利用机构和方法的载具或其它传送工具(统称为“载具”)可提高运输、装运、制造、材 料搬运和其它系统的性能并降低其成本。

一个方面，本发明提供这样一种具有适于沿着一路径移动的两个(或两个以上)致 动器的载具或其它传送工具。所述致动器被推进或以另外的方式能够相对于彼此运动， 使得它们之间的距离可增大或减小。当需要时，(例如)不论致动器是否正在沿着路径移 动，所述距离也可维持不变。托盘、托架或其它可移动零件(统称为托盘)可移动地耦 合到致动器使得致动器在路径上相对于彼此的至少选定的运动可实现托盘在三维中相对 于路径旋转和/或平移运动，包含(例如)横向于路径和离开路径的平面的移动。

本发明另外的方面提供一种如上所述的传送工具，其中致动器沿着由一个或一个以 上线性同步马达(LSM)的初级绕组(或次级绕组)界定的路径移动。那些初级绕组(或 次级绕组)可包括(例如)LSM轨道或导轨的区或“块”。相反，所述致动器可包括LSM 的次级绕组(或初级绕组)，使得当块的初级绕组(次级绕组)被激励时，致动器的次级 绕组(初级绕组)经受平移力，藉此促使致动器本身移动。