[发明专利]笛卡儿定位系统

说明书

技术领域

本发明是关于一种使用在笛卡儿式机器人(Cartesian Robot)的定位系统(positioning system)，尤指一种含有使用线性可变磁阻马达(linearvariable reluctance motor)的驱动系统(drive system)的定位系统。

背景技术

笛卡儿式机器人通常包含用以在X-Y平面移动一个或多个子系统(subsystem)的多个定位系统，而该机器人需要操纵该子系统。该子系统通常在该平面中的X和Y方向两者移动，但也可只在该X-Y平面中的两个轴向中的其中一个被操纵。该定位系统通常包括滑动架(carriage)，该滑动架系沿着线性轴承(liner bearing)滑动(ride)，该线性轴承系沿着结构性横梁(structural beam)，第一(例如”X”)方向。该结构性横梁依次在该结构性横梁于线性轴承上的任一或两个端部上在第二(例如”Y”)方向上滑动。用于该系统的移动力量通常是由电力服务马达(electrical servo motor)或由线性马达(linear motor)所提供，该电力服务马达具有连接于其上的导螺杆(lead screw)或皮带(belt)，而该线性马达在两个移动部分(moving part)之间电磁地产生力量。

对在该Y方向上的驱动来说，单侧式(single sided)驱动系统只驱动该结构性横梁的一个端部，视该Y轴承的刚性而定，该刚性系在该结构性横梁的水平移动期间用来使该结构性横梁保持完美、或近乎完美的垂直性。或者，可使用双重驱动(dual drive)以在同一时间驱动该结构性横梁的两个端部。

该机器人需要操纵的子系统可以是一种用于拾取或是放置物件的工具。该工具不是抓住该物件、便是使用真空来托住(hold)该物件。举例来说，机器人以吸气嘴(vacuum nozzle)来操纵具有头部的子系统，以装配印刷电路板(printed circuit board)。机器人所需要操纵的另一个子系统具有用以分配材料的工具。举例来说，机器人使用包含分配器(dispenser)的子系统，以通过分配数点的材料(dot of material)或通过沿着路径分配该材料，而将该材料施加至表面上。该子系统也可包含该机器人需要去移动的照相机(camera)，如此，该照相机便能观察到多个关心的物件。该机器人需要操纵的子系统并不限于上述所讨论的例子，该机器人可另包含操纵该工具所不可或缺的控制器件，例如像是印刷电路板、阀及类似物。举例来说，该子系统可包含转开和转关该吸气嘴、撷取和可能地处理影像、及在Z轴方向上移动该工具或是移动该子系统本身等的能力。

图1a系绘示该相关技术的导螺杆定位系统10。导螺杆定位系统10包括马达12、导螺杆16，滚珠螺母(ball nut)14、滑动架18、结构性横梁20、以及线性轴承22。马达12转动导螺杆16(滚珠螺母14系装载于导螺杆16上)，并因此提供该移动力量，以将滚珠螺母14沿着该线性轴(例如平行于导螺杆16)移动。滑动架18的顶部固定至滚珠螺母14，而滑动架18的底部在线性轴承22上滑动。第1b图绘示该相关技术的可变磁阻定位系统30。可变磁阻马达(variable reluctancemotor)(在下文中称为VRM)包括马达32、定子34、滑动架18、两个结构性横梁20、以及两个线性轴承22。马达32和定子34(滑动架18系装载于定子34上)之间的相对移动提供该移动力量，以将滑动架18沿着该线性轴(例如平行于定子34)移动。滑动架18的顶部和底部在线性轴承22上滑动。在导螺杆定位系统10和VRM定位系统30两者中，线性轴承22都装载在结构性横梁20上。对于导螺杆定位系统10而言，导螺杆16/滚珠螺母14和线性轴承22/结构性横梁20的组合能通过避免滑动架18绕着该X、Y和Z轴转动以及避免滑动架18在与该线性轴垂直的轴上平移，从而稳定滑动架18。在VRM定位系统30的例子中，该两组线性轴承22/结构性横梁20提供滑动架18相同的稳定性。

在相关技术系统10和30中，装载至滑动架18的是子系统100。在这些实施例中，子系统100包括头部，该头部系用以使用吸气嘴102来拾取和放置组件到印刷电路板上。

以上所描述的定位系统的结构会导致高成本、高重量、以及较低的速度，这是因为此系统需要使用该结构性横梁和轴承二者才能有效地运作。

需要一种含有定位系统的笛卡儿式机器人，该定位系统可克服该技术中上述或其他缺陷的至少一者。

发明内容