三自由度换向装置的制作方法

1.本技术涉及自动化技术领域，尤其涉及一种三自由度换向装置。


背景技术：

2.在自动化行业，尤其是3c自动化装配产线上，很多生产工位需要实现物料的移送取放等动作。
3.目前，行业里面有两类传统的运用形式来实现物料的移送取放等动作，其中一类是组合型应用，最普通的组合有：电机加丝杠作为x轴、y轴、z轴的串联结构，或电机加丝杠作为x轴、y轴，z轴使用气缸实现两点运动。但这些结构普遍的问题是结构复杂，安装布局复杂、要求高，结构串联，导致运动惯量大，动作响应迟缓，严重制约着产线的生产效率。
4.另一类是产品运用，目前市面上用于xyz轴取放的产品有delta并联机械手、scara串联机械手等。其中，delta并联机械手取放速度快，但其精度低且分布不均匀，仅能保持在
±
0.1mm内，不能运用在精度要求高、空间局限性大的场合。scara串联机械手速度快重复定位精度较高，在
±
0.015mm内，但其结构复杂制造成本太高，且也存在精度分布不均的情况。再者，delta并联机械手、scara串联机械手为圆柱形运动空间，不但安装布局复杂、要求高，而且在长宽比大的长条形工作空间运动时，单个机械手仅能在局部的空间进行作业，存在空间利用率低的缺点，需要排布多个机械手才能达到整个长条形的工作空间的作业要求，使用成本也大大增高。
5.因此，急需要一种三自由度换向装置来克服上述存在的问题。


技术实现要素：

6.本技术实施例的目的在于提供一种三自由度换向装置，该三自由度换向装置具有结构简单紧凑、安装简单灵活、动作快速灵活、精度高、精度分布均匀、空间利用率高及制造使用成本低的优点。
7.为实现上述目的，本技术实施例的第一方面提供了一种三自由度换向装置，包括：基体、第一动子、第二动子、第三动子、yz轴换向传动机构及执行件，以所述基体上水平向右的方向作x轴的正方向，以所述基体上水平向前的方向作y轴的正方向，以所述基体上竖直向上的方向作z轴正方向建立空间直角坐标系；所述第一动子、所述第二动子及所述第三动子均沿平行于所述x轴的方向移动设于所述基体上，所述yz轴换向传动机构同时关联传动于所述第一动子、所述第二动子、所述第三动子及所述执行件四者之间，所述yz轴换向传动机构将所述第一动子、所述第二动子及所述第三动子沿所述x轴方向的位移传动转换为执行件于所述x轴、所述y轴及所述z轴三个方向上的位移。
8.可选地，所述yz轴换向传动机构包括：基板、第一换向轮、第二换向轮、第三换向轮、第四换向轮、第一升降架、第二升降架、第一条状牵引件、第二条状牵引件、第三条状牵引件及第四条状牵引件，
9.所述基板固定于所述第二动子上，所述第二动子于所述x轴方向上位于所述第一
动子与所述第三动子之间；
10.所述第一换向轮、所述第二换向轮、所述第三换向轮及所述第四换向轮均枢接于所述基板上，且所述第一换向轮、所述第二换向轮、所述第三换向轮及所述第四换向轮的枢转轴心线均平行于所述y轴，所述第一换向轮、所述第二换向轮、所述第三换向轮及所述第四换向轮沿所述x轴正方向顺次间隔开排布；
11.所述第一升降架及所述第二升降架均沿平行于所述z轴的方向移动设于所述基板上，所述第一条状牵引件一端固定连接于所述第一升降架的上端，所述第一条状牵引件另一端沿顺时针方向顺次绕设于所述第二换向轮与所述第一换向轮后固定连接于所述第一动子上；所述第二条状牵引件一端固定连接于所述第一升降架的下端，所述第二条状牵引件另一端沿逆时针方向绕设于所述第二换向轮后固定连接于所述第一动子上；所述第三条状牵引件一端固定连接于所述第二升降架的上端，所述第三条状牵引件另一端沿逆时针方向顺次绕设于所述第三换向轮与所述第四换向轮后固定连接于所述第三动子上；所述第四条状牵引件一端固定连接于所述第二升降架的下端，所述第四条状牵引件另一端沿顺时针方向绕设于所述第三换向轮后固定连接于所述第三动子上；
12.所述第二升降架上形成有由后上方向前下方倾斜的倾斜导引部，所述执行件沿平行于所述y轴的方向移动设于所述第一升降架上，且所述执行件还与所述倾斜导引部滑动连接。
13.可选地，所述第一条状牵引件固定连接于所述第一动子的一端与第二条状牵引件固定连接于所述第一动子的一端呈一体成型结构，所述第三条状牵引件固定连接于所述第三动子的一端与第四条状牵引件固定连接于所述第三动子的一端呈一体成型结构。
14.可选地，所述yz轴换向传动机构还包括：滚轮，所述滚轮枢接于所述执行件上，所述滚轮滚动设于所述倾斜导引部上。
15.可选地，所述yz轴换向传动机构包括：基板、第一换向轮、第二换向轮、第一条状牵引件、第二条状牵引件、升降架、导引架及弹性件，
16.所述基板固定于所述第二动子上，所述第一换向轮及所述第二换向轮均枢接于所述基板上，且所述第一换向轮及所述第二换向轮的枢转轴心线均平行于所述y轴，所述第一换向轮及所述第二换向轮轮沿所述x轴正方向顺次间隔开排布；
17.所述升降架沿平行于所述z轴的方向移动设于所述基板上，所述第一条状牵引件一端固定连接于所述升降架的上端，所述第一条状牵引件另一端沿顺时针方向顺次绕设于所述第二换向轮与所述第一换向轮后固定连接于所述第一动子上；所述第二条状牵引件一端固定连接于所述升降架的下端，所述第二条状牵引件另一端沿逆时针方向绕设于所述第二换向轮后固定连接于所述第一动子上；
18.所述导引架固定于所述第三动子上，所述导引架上形成有竖直布置的导引斜面，所述导引斜面由左后方向右前方倾斜布置；所述执行件沿平行于所述y轴的方向移动设于所述升降架上，所述弹性件连接于所述升降架与所述执行件之间，所述弹性件恒驱使所述执行件滑动抵触于所述导引斜面上。
19.可选地，所述第一条状牵引件固定连接于所述第一动子的一端与第二条状牵引件固定连接于所述第一动子的一端呈一体成型结构。
20.可选地，所述yz轴换向传动机构包括：第一导引架、第二导引架、第三导引架、第一
平移架及第二平移架，
21.所述第二动子于所述z轴方向上位于所述第一动子与所述第三动子之间；
22.所述第一导引架固定于所述第一动子上，所述第二导引架固定于所述第二动子上，所述第三导引架固定于所述第三动子上；
23.所述第一平移架沿平行于所述y轴的方向移动设于所述第二导引架上，所述第一导引架上形成有由左前方向右后方倾斜的第一倾斜导引部，所述第一平移架还与所述第一倾斜导引部滑动连接；
24.所述第二平移架沿平行于所述y轴的方向移动设于所述第三导引架上，且所述第二平移架沿平行于所述x轴的方向移动设于所述第一平移架上；
25.所述第二平移架上形成有由左下方向右上方倾斜的第二倾斜导引部，所述执行件沿平行于所述z轴的方向移动设于所述第一平移架，且所述执行件还与所述第二倾斜导引部滑动连接。
26.可选地，所述yz轴换向传动机构还包括：第一滚轮及第二滚轮，所述第一滚轮枢接于所述第一平移架上，所述第一滚轮滚动设于第一倾斜导引部上；所述第二滚轮枢接于所述执行件上，所述第二滚轮滚动设于第二倾斜导引部上。
27.可选地，所述yz轴换向传动机构包括：基板、第一升降架、第二升降架、第一导引架及第二导引架，
28.所述基板固定于所述第二动子上，所述第一动子及所述第二动子均位于所述第三动子的上方；
29.所述第一升降架及所述第二升降架均沿平行于所述z轴的方向移动设于所述基板上，所述第一导引架固定于所述第一动子上，所述第一导引架上形成有由左下方向右上方倾斜的第一倾斜导引部，所述第一升降架还滑动连接于所述第一倾斜导引部上；所述第二导引架固定于所述第二动子上，所述第二导引架上形成有由左下方向右上方倾斜的第二倾斜导引部，所述第二升降架还滑动连接于所述第二倾斜导引部上；
30.所述第二升降架上形成有由后上方向前下方倾斜的第三倾斜导引部，所述执行件沿平行于所述y轴的方向移动设于所述第一升降架上，且所述执行件还与所述第三倾斜导引部滑动连接。
31.可选地，所述yz轴换向传动机构还包括：第一滚轮、第二滚轮及第三滚轮，所述第一滚轮枢接于所述第一升降架上，所述第一滚轮滚动设于第一倾斜导引部上；所述第二滚轮枢接于所述第二升降架上，所述第二滚轮滚动设于第二倾斜导引部上；所述第三滚轮枢接于所述执行件上，所述第二滚轮滚动设于第三倾斜导引部上。
32.由于本技术的三自由度换向装置包括：基体、第一动子、第二动子、第三动子、yz轴换向传动机构及执行件，以基体上水平向右的方向作x轴的正方向，以基体上水平向前的方向作y轴的正方向，以基体上竖直向上的方向作z轴正方向建立空间直角坐标系；第一动子、第二动子及第三动子均沿平行于x轴的方向移动设于基体上，yz轴换向传动机构同时关联传动于第一动子、第二动子、第三动子及执行件四者之间，yz轴换向传动机构将第一动子、第二动子及第三动子沿x轴方向的位移传动转换为执行件于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移。则，通过第一动子、第二动子及第三动子均沿平行于x轴的方向移动设于基体上的并联结构，当第一动子、第二动子及第三动子根据运动需求沿平行于x轴的方向发生不同的位
移，即可通过yz轴换向传动机构将第一动子、第二动子及第三动子沿x轴方向的位移传动转换为执行件于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移，即实现了将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度。一方面，结构简单紧凑，替代传统的串联结构，减少运动惯量，很好的解决了运动惯量大的问题，使得动作快速灵活，且制造成本也大大降低。另一方面，通过yz轴换向传动机构将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度，能够很好的保留第一动子、第二动子及第三动子的位移精度，使得精度分布均匀，且精度大大提高。再者，安装简单灵活，且能够适应不同形状、不同大小的工作空间，特别适用于长宽比大的长条形工作空间内的运动，空间利用率大大提高，无需设置多个，使用成本也大大降低。从而使得本技术的三自由度换向装置具有高性价比的优点，真正的实现了高速、高精度、低成本，极具市场前景。
附图说明
33.图1为本技术实施例中三自由度换向装置第一实施例的组合立体示意图。
34.图2为本技术实施例中三自由度换向装置第一实施例的基体、第一动子、第二动子及第三动子的组合立体示意图。
35.图3为本技术实施例中三自由度换向装置第一实施例的yz轴换向传动机构及执行件的组合立体示意图。
36.图4为本技术实施例中三自由度换向装置第一实施例的基板、第一换向轮、第二换向轮、第三换向轮、第四换向轮、第一条状牵引件、第二条状牵引件、第三条状牵引件及第四条状牵引件的组合立体示意图。
37.图5为本技术实施例中三自由度换向装置第一实施例的第一升降架、第二升降架、滚轮及执行件的组合立体示意图。
38.图6为本技术实施例中三自由度换向装置第二实施例的组合立体示意图。
39.图7为图6于另一视角的示意图。
40.图8为本技术实施例中三自由度换向装置第二实施例的基体、第一动子、第二动子及第三动子的组合立体示意图。
41.图9为本技术实施例中三自由度换向装置第二实施例的yz轴换向传动机构及执行件的组合立体示意图。
42.图10为本技术实施例中三自由度换向装置第二实施例的基板、第一换向轮、第二换向轮、第一条状牵引件、第二条状牵引件及升降架的组合立体示意图。
43.图11为本技术实施例中三自由度换向装置第三实施例的组合立体示意图。
44.图12为本技术实施例中三自由度换向装置第三实施例的基体、第一动子、第二动子及第三动子的组合立体示意图。
45.图13为本技术实施例中三自由度换向装置第三实施例的yz轴换向传动机构及执行件的组合立体示意图。
46.图14为图13的分解示意图。
47.图15为本技术实施例中三自由度换向装置第四实施例的组合立体示意图。
48.图16为本技术实施例中三自由度换向装置第四实施例的基体、第一动子、第二动子及第三动子的组合立体示意图。
49.图17为本技术实施例中三自由度换向装置第四实施例的yz轴换向传动机构及执行件的组合立体示意图。
50.图18为图17的分解示意图。
51.图19为本技术实施例中三自由度换向装置第四实施例的第二升降架、第三滚轮及执行件的组合立体示意图。
具体实施方式
52.下面结合附图和优选实施例对本技术作进一步的描述，但本技术的实施方式不限于此。
53.请参阅图1至图5，展示了本技术实施例中第一实施例的三自由度换向装置100a，其中，本实施例的三自由度换向装置100a包括：基体50、第一动子60、第二动子70、第三动子80、yz轴换向传动机构10及执行件90，以基体50上水平向右的方向作x轴的正方向，以基体50上水平向前的方向作y轴的正方向，以基体50上竖直向上的方向作z轴正方向建立空间直角坐标系，当然，建立空间直角坐标系的方向选择并不以此为限。第一动子60、第二动子70及第三动子80均沿平行于x轴的方向移动设于基体50上，yz轴换向传动机构10同时关联传动于第一动子60、第二动子70、第三动子80及执行件90四者之间，yz轴换向传动机构10将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移。则，通过第一动子60、第二动子70及第三动子80均沿平行于x轴的方向移动设于基体50上的并联结构，当第一动子60、第二动子70及第三动子80根据运动需求沿平行于x轴的方向发生不同的位移，即可通过yz轴换向传动机构10将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移，即实现了将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度。一方面，结构简单紧凑，替代传统的串联结构，减少运动惯量，很好的解决了运动惯量大的问题，使得动作快速灵活，且制造成本也大大降低。另一方面，通过yz轴换向传动机构10将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度，能够很好的保留第一动子60、第二动子70及第三动子80的位移精度，使得精度分布均匀，且精度大大提高。再者，安装简单灵活，且能够适应不同形状、不同大小的工作空间，特别适用于长宽比大的长条形工作空间内的运动，空间利用率大大提高，无需设置多个，使用成本也大大降低。具体地，如下：
54.其中，在本实施例中，yz轴换向传动机构10包括：基板11、第一换向轮12、第二换向轮13、第三换向轮14、第四换向轮15、第一升降架16a、第二升降架16b、第一条状牵引件17a、第二条状牵引件17b、第三条状牵引件18a及第四条状牵引件18b，基板11固定于第二动子70上，第二动子70于x轴方向上位于第一动子60与第三动子80之间。第一换向轮12、第二换向轮13、第三换向轮14及第四换向轮15均枢接于基板11上，且第一换向轮12、第二换向轮13、第三换向轮14及第四换向轮15的枢转轴心线均平行于y轴，第一换向轮12、第二换向轮13、第三换向轮14及第四换向轮15沿x轴正方向顺次间隔开排布。第一升降架16a及第二升降架16b均沿平行于z轴的方向移动设于基板11上，可选择的，第一升降架16a及第二升降架16b均是通过导轨配合的结构移动设于基板11上，但并不以此为限。第一条状牵引件17a一端固定连接于第一升降架16a的上端，第一条状牵引件17a另一端沿顺时针方向顺次绕设于第二
换向轮13与第一换向轮12后固定连接于第一动子60上；第二条状牵引件17b一端固定连接于第一升降架16a的下端，第二条状牵引件17b另一端沿逆时针方向绕设于第二换向轮13后固定连接于第一动子60上。则当第一动子60与第二动子70之间的距离发生变化时，第一动子60即可带动第一条状牵引件17a及第二条状牵引件17b配合传动驱使第一升降架16a沿平行于z轴的方向移动。可选择的，在本实施例中，第一条状牵引件17a与第二条状牵引件17b沿y轴间隔开的排布，以避免第一条状牵引件17a与第二条状牵引件17b之间发生接触摩擦，结构更为合理，但并不以此为限。其中，在本实施例中，第一换向轮12上开设有第一环形凹槽121，第二换向轮13上开设有第二环形凹槽131及第三环形凹槽132，第一环形凹槽121及第二环形凹槽131供第一条状牵引件17a定位绕设，第三环形凹槽132供第二条状牵引件17b定位绕设，以起到定位限制第一条状牵引件17a及第二条状牵引件17b的绕设位置，防止第一条状牵引件17a在第一换向轮12及第二换向轮13上发生偏移，以及防止第二条状牵引件17b在第二换向轮13上发生偏移，结构更为合理。
55.再者，第三条状牵引件18a一端固定连接于第二升降架16b的上端，第三条状牵引件18a另一端沿逆时针方向顺次绕设于第三换向轮14与第四换向轮15后固定连接于第三动子80上；第四条状牵引件18b一端固定连接于第二升降架16b的下端，第四条状牵引件18b另一端沿顺时针方向绕设于第三换向轮14后固定连接于第三动子80上。则当第三动子80与第二动子70之间的距离发生变化时，第三动子80即可带动第三条状牵引件18a及第四条状牵引件18b配合传动驱使第二升降架16b沿平行于z轴的方向移动。可选择的，在本实施例中，第三条状牵引件18a与第四条状牵引件18b沿y轴间隔开的排布，以避免第三条状牵引件18a与第四条状牵引件18b之间发生接触摩擦，结构更为合理，但并不以此为限。其中，在本实施例中，第三换向轮14上开设有第四环形凹槽141及第五环形凹槽142，第四换向轮15上开设有第六环形凹槽151，第四环形凹槽141及第六环形凹槽151供第三条状牵引件18a定位绕设，第五环形凹槽142供第四条状牵引件18b定位绕设，以起到定位限制第三条状牵引件18a及第四条状牵引件18b的绕设位置，防止第三条状牵引件18a在第三换向轮14及第四换向轮15上发生偏移，以及防止第四条状牵引件18b在第三换向轮14上发生偏移，结构更为合理。
56.再者，第二升降架16b上形成有由后上方向前下方倾斜的倾斜导引部161，执行件90沿平行于y轴的方向移动设于第一升降架16a上，可选择的，执行件90是通过导轨配合的结构移动设于第一升降架16a上，但并不以此为限。且执行件90还与倾斜导引部161滑动连接，从而实现执行件90与第一动子60、第二动子70及第三动子80三者之间的传动连接及移动换向。
57.可选择的，在本实施例中，第一条状牵引件17a固定连接于第一动子60的一端与第二条状牵引件17b固定连接于第一动子60的一端呈一体成型结构，即第一条状牵引件17a与第二条状牵引件17b呈一体成型的结构。第三条状牵引件18a固定连接于第三动子80的一端与第四条状牵引件18b固定连接于第三动子80的一端呈一体成型结构，即第三条状牵引件18a与第四条状牵引件18b呈一体成型的结构。举例而言，第一条状牵引件17a、第二条状牵引件17b、第三条状牵引件18a及第四条状牵引件18b可以选择为钢丝绳、传动带等，但并不以此为限，故在此不再赘述。
58.再者，yz轴换向传动机构10还包括：滚轮19，滚轮19枢接于执行件90上，滚轮19滚动设于倾斜导引部161上，以实现执行件90与倾斜导引部161滑动连接的结构，并能够减少
摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，倾斜导引部161可以选择为开设于第二升降架16b上的长形孔或长形凹槽等，来供滚轮19滚动设置，从而实现对滚轮19的导引作用，结构更为简单，当然，倾斜导引部161的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。
59.举例而言，在本实施例中，第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴的移动可选择为由直线电机进行驱动，即，第一动子60、第二动子70及第三动子80为一个三动子直线电机上的三个动子，但并不以此为限。
60.需要说明的是，执行件90是供外部各种不同类型的执行机构进行安装，以通过执行件90带动对应的执行机构来移动。
61.结合图1至图5，对本技术实施例中第一实施例的三自由度换向装置100a的工作原理作详细说明：
62.首先，第一动子60与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x1表示，第三动子80与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x2表示，第二动子70沿x轴方向的位移用x0表示，其中max(x1)《max(x2)，执行件90沿x轴、y轴及z轴方向上的位移分别用x、y及z表示。
63.当x1＝x2＝0，x0≠0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴均不存在相对位移，而第一升降架16a与第二升降架16b之间沿z轴不存在相对位移，执行件90有x＝x0，y＝0，z＝0的位移。
64.当x1＝x2≠0，x0≠0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴存在相等的相对位移，而第一升降架16a与第二升降架16b之间沿z轴不存在相对位移，执行件90有x＝x0，y＝0，z＝x2＝x1的位移。
65.当x1≠x2，x0≠0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴存在不相等的相对位移，第一升降架16a与第二升降架16b之间沿z轴存在相对位移，从而通过倾斜导引部161导引滚轮19带动执行件90同时在y轴与z轴上发生移动，执行件90有x＝x0，y＝(x
2-x1)tanθ，z＝x1三个方向的位移，其中θ为倾斜导引部161与y轴之间的夹角。
66.从而实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80于x轴上的位移传动转换为执行件90在x轴、y轴及z轴三个自由度上的位移。
67.请参阅图6至图10，展示了本技术实施例中第二实施例的三自由度换向装置100b，本实施例的三自由度换向装置100b与第一实施例的三自由度换向装置100a的区别点仅在于yz轴换向传动机构20的具体结构。具体如下：
68.在本实施例中，yz轴换向传动机构20包括：基板21、第一换向轮22、第二换向轮23、第一条状牵引件27a、第二条状牵引件27b、升降架26、导引架24及弹性件25，基板21固定于第二动子70上，第一换向轮22及第二换向轮23均枢接于基板21上，且第一换向轮22及第二换向轮23的枢转轴心线均平行于y轴，第一换向轮22及第二换向轮23轮沿x轴正方向顺次间隔开排布。升降架26沿平行于z轴的方向移动设于基板21上，可选择的，升降架26是通过导轨配合的结构移动设于基板21上，但并不以此为限。第一条状牵引件27a一端固定连接于升降架26的上端，第一条状牵引件27a另一端沿顺时针方向顺次绕设于第二换向轮23与第一换向轮22后固定连接于第一动子60上；第二条状牵引件27b一端固定连接于升降架26的下端，第二条状牵引件27b另一端沿逆时针方向绕设于第二换向轮23后固定连接于第一动子
60上。则当第一动子60与第二动子70之间的距离发生变化时，第一动子60即可带动第一条状牵引件27a及第二条状牵引件27b配合传动驱使升降架26沿平行于z轴的方向移动。可选择的，在本实施例中，第一条状牵引件27a与第二条状牵引件27b沿y轴间隔开的排布，以避免第一条状牵引件27a与第二条状牵引件27b之间发生接触摩擦，结构更为合理，但并不以此为限。其中，在本实施例中，第一换向轮22上开设有第一环形凹槽221，第二换向轮23上开设有第二环形凹槽231及第三环形凹槽232，第一环形凹槽221及第二环形凹槽231供第一条状牵引件27a定位绕设，第三环形凹槽232供第二条状牵引件27b定位绕设，以起到定位限制第一条状牵引件27a及第二条状牵引件27b的绕设位置，防止第一条状牵引件27a在第一换向轮22及第二换向轮23上发生偏移，以及防止第二条状牵引件27b在第二换向轮23上发生偏移，结构更为合理。
69.再者，导引架24固定于第三动子80上，导引架24上形成有竖直布置的导引斜面241，导引斜面241由左后方向右前方倾斜布置；执行件90沿平行于y轴的方向移动设于升降架26上，可选择的，执行件90是通过导轨配合的结构移动设于升降架26上，但并不以此为限。弹性件25可选择为弹簧，但并不以此为限，弹性件25连接于升降架26与执行件90之间，弹性件25恒驱使执行件90滑动抵触于导引斜面241上，从而实现执行件90与第一动子60、第二动子70及第三动子80三者之间的传动连接及移动换向。可选择的，执行件90形成有与导引斜面241滑动抵触的弧面结构，使得执行件90与导引斜面241滑动抵触更为灵活顺畅，减少摩擦阻力，结构更为合理，但并不以此为限。
70.可选择的，在本实施例中，第一条状牵引件27a固定连接于第一动子60的一端与第二条状牵引件27b固定连接于第一动子60的一端呈一体成型结构，即第一条状牵引件27a与第二条状牵引件27b呈一体成型的结构。举例而言，第一条状牵引件27a及第二条状牵引件27b可以选择为钢丝绳、传动带等，但并不以此为限，故在此不再赘述。
71.举例而言，在本实施例中，第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴的移动可选择为由直线电机进行驱动，即，第一动子60及第二动子70为一个双动子直线电机上的两个动子，第三动子80为一个普通单动子直线电机上的动子，但并不以此为限。
72.结合图6至图10，对本技术实施例中第二实施例的三自由度换向装置100b的工作原理作详细说明：
73.首先，第一动子60与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x1表示，第三动子80与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x2表示，第二动子70沿x轴方向的位移用x0表示，执行件90沿x轴、y轴及z轴方向上的位移分别用x、y及z表示。
74.当第二动子70沿x轴方向的位移为x0，第一动子60与第二动子70之间沿x轴存在相对位移x1，第三动子80与第二动子70之间沿x轴存在相对位移x2时，第一条状牵引件27a及第二条状牵引件27b的牵引换向结构能将第一动子60与第二动子70的相对位移x1转换成执行件90在z轴方向的位移z＝x1，执行件90于y轴方向的位移y＝x2tanθ，其中θ为导引斜面241与x轴之间的夹角，且导引斜面241不干涉执行件90在z轴方向上移动，即执行件90是在y轴与z轴上的位移互为独立，最后输出执行件90在x轴、y轴及z轴上的位移分别为x＝x0，y＝x2tanθ，z＝x1。
75.从而实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80于x轴上的位移传动转换为执行件90在x轴、y轴及z轴三个自由度上的位移。
76.请参阅图11至图14，展示了本技术实施例中第三实施例的三自由度换向装置100c，本实施例的三自由度换向装置100c与第一实施例的三自由度换向装置100a的区别点仅在于yz轴换向传动机构30的具体结构。具体如下：
77.在本实施例中，yz轴换向传动机构30包括：第一导引架31、第二导引架32、第三导引架33、第一平移架34及第二平移架35，第二动子70于z轴方向上位于第一动子60与第三动子80之间。第一导引架31固定于第一动子60上，第二导引架32固定于第二动子70上，第三导引架33固定于第三动子80上。第一平移架34沿平行于y轴的方向移动设于第二导引架32上，可选择的，第一平移架34是通过导轨配合的结构移动设于第二导引架32上，但并不以此为限。第一导引架31上形成有由左前方向右后方倾斜的第一倾斜导引部311，第一平移架34还与第一倾斜导引部311滑动连接，从而实现第一平移架34同时与第二导引架32及第一导引架31传动连接。第二平移架35沿平行于y轴的方向移动设于第三导引架33上，可选择的，第二平移架35是通过导轨配合的结构移动设于第三导引架33上，但并不以此为限。且第二平移架35沿平行于x轴的方向移动设于第一平移架34上，可选择的，第二平移架35是通过导轨配合的结构移动设于第一平移架34上，但并不以此为限。从而，实现了第二平移架35同时与第三导引架33及第一平移架34传动连接。第二平移架35上形成有由左下方向右上方倾斜的第二倾斜导引部351，执行件90沿平行于z轴的方向移动设于第一平移架34，可选择的，执行件90是通过导轨配合的结构移动设于第一平移架34上，但并不以此为限。且执行件90还与第二倾斜导引部351滑动连接，从而实现执行件90与第一动子60、第二动子70及第三动子80三者之间的传动连接及移动换向。
78.可选择的，yz轴换向传动机构30还包括：第一滚轮36及第二滚轮37，第一滚轮36枢接于第一平移架34上，第一滚轮36滚动设于第一倾斜导引部311上，以实现第一平移架34与第一倾斜导引部311滑动连接的结构，并能够减少摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，第一倾斜导引部311可以选择为开设于第一导引架31上的长形孔或长形凹槽等，来供第一滚轮36滚动设置，从而实现对第一滚轮36的导引作用，结构更为简单，当然，第一倾斜导引部311的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。第二滚轮37枢接于执行件90上，第二滚轮37滚动设于第二倾斜导引部351上。以实现执行件90与第二倾斜导引部351滑动连接的结构，并能够减少摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，第二倾斜导引部351可以选择为开设于第二平移架35上的长形孔或长形凹槽等，来供第二滚轮37滚动设置，从而实现对第二滚轮37的导引作用，结构更为简单，当然，第二倾斜导引部351的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。
79.举例而言，在本实施例中，第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴的移动可选择为由直线电机进行驱动，即，第一动子60、第二动子70及第三动子80分别独立的普通单动子直线电机上的动子，但并不以此为限。
80.结合图11至图14，对本技术实施例中第三实施例的三自由度换向装置100c的工作原理作详细说明：
81.首先，第一动子60与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x1表示，第三动子80与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x2表示，第二动子70沿x轴方向的位移用x0表示，第一平移架34沿y轴方向的位于用于y1表示，第二平移架35沿y轴方向的位于用于y2表示，执
行件90沿x轴、y轴及z轴方向上的位移分别用x、y及z表示。
82.当x0≠0，x1＝x2＝0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴均不存在相对位移，第二动子70之沿x轴存在位移，执行件90有x＝x0，y＝0，z＝0的位移的位移。
83.当x0≠0，x1≠0，x2≠0时，第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴均存在相对位移，第二动子70之沿x轴存在位移，第一倾斜导引部311驱动第一滚轮36带动第一平移架34产生一个y轴方向的位移y1＝x1tanθ1，其中θ1为第一倾斜导引部311与x轴之间的夹角，因第二平移架35沿平行于x轴的方向移动设于第一平移架34上，则第一平移架34与第二平移架35于y轴方向上是同步移动的，从而第二平移架35沿y轴方向的位移为y2＝y1＝x1tanθ1。同时第三动子80与第二动子70之间沿x轴存在相对位移，因第二平移架35沿平行于y轴的方向移动设于第三导引架33上，则第二平移架35与第三导引架33于x轴方向上是同步移动的，使第二倾斜导引部351与第一平移架34之间沿x轴方向的相对位移是x2，从而执行件90获得z方向的位移z＝x2tanθ2，其中θ2为第二倾斜导引部351与x轴之间的夹角，因此，执行件90在x轴、y轴及z轴上的位移分别为x＝x0，y＝y2＝y1＝x1tanθ1，z＝x2tanθ2。
84.从而实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80于x轴上的位移传动转换为执行件90在x轴、y轴及z轴三个自由度上的位移。
85.请参阅图15至图19，展示了本技术实施例中第四实施例的三自由度换向装置100d，本实施例的三自由度换向装置100d与第一实施例的三自由度换向装置100a的区别点仅在于yz轴换向传动机构40的具体结构。具体如下：
86.在本实施例中，yz轴换向传动机构40包括：基板41、第一升降架42、第二升降架43、第一导引架44及第二导引架45，基板41固定于第二动子70上，第一动子60及第二动子70均位于第三动子80的上方。第一升降架42及第二升降架43均沿平行于z轴的方向移动设于基板41上，可选择的，第一升降架42及第二升降架43均是通过导轨配合的结构移动设于基板41上，但并不以此为限。第一导引架44固定于第一动子60上，第一导引架44上形成有由左下方向右上方倾斜的第一倾斜导引部441，第一升降架42还滑动连接于第一倾斜导引部441上，从而实现第一升降架42同时与基板41及第一导引架44传动连接。第二导引架45固定于第二动子70上，第二导引架45上形成有由左下方向右上方倾斜的第二倾斜导引部451，第二升降架43还滑动连接于第二倾斜导引部451上，从而实现第二升降架43同时与基板41及第二导引架45传动连接。第二升降架43上形成有由后上方向前下方倾斜的第三倾斜导引部431，执行件90沿平行于y轴的方向移动设于第一升降架42上，可选择的，执行件90是通过导轨配合的结构移动设于第一升降架42上，但并不以此为限。且执行件90还与第三倾斜导引部431滑动连接，从而实现执行件90与第一动子60、第二动子70及第三动子80三者之间的传动连接及移动换向。
87.可选择的，yz轴换向传动机构40还包括：第一滚轮46、第二滚轮47及第三滚轮48，第一滚轮46枢接于第一升降架42上，第一滚轮46滚动设于第一倾斜导引部441上，以实现第一升降架42与第一倾斜导引部441滑动连接的结构，并能够减少摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，第一倾斜导引部441可以选择为开设于第一导引架44上的长形孔或长形凹槽等，来供第一滚轮46滚动设置，从而实现对第一滚轮46的导引作用，结构更为简
单，当然，第一倾斜导引部441的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。第二滚轮47枢接于第二升降架43上，第二滚轮47滚动设于第二倾斜导引部451上，以实现第二升降架43与第二倾斜导引部451滑动连接的结构，并能够减少摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，第二倾斜导引部451可以选择为开设于第二导引架45上的长形孔或长形凹槽等，来供第二滚轮47滚动设置，从而实现对第二滚轮47的导引作用，结构更为简单，当然，第二倾斜导引部451的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。第三滚轮48枢接于执行件90上，第二滚轮47滚动设于第三倾斜导引部431上，以实现执行件90与第三倾斜导引部431滑动连接的结构，并能够减少摩擦阻力，结构更为合理。举例而言，在本实施例中，第三倾斜导引部431可以选择为开设于第二升降架43上的长形孔或长形凹槽等，来供第三滚轮48滚动设置，从而实现对第三滚轮48的导引作用，结构更为简单，当然，第三倾斜导引部431的具体结构并不以此为限，还可以根据实际的需求选择为其它的实现结构，故，在此不再一一赘述。
88.举例而言，在本实施例中，第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴的移动可选择为由直线电机进行驱动，即，第一动子60及第二动子70为一个双动子直线电机上的两个动子，第三动子80为一个普通单动子直线电机上的动子，但并不以此为限。
89.结合图15至图19，对本技术实施例中第四实施例的三自由度换向装置100d的工作原理作详细说明：
90.首先，第一动子60与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x1表示，第三动子80与第二动子70之间沿x轴方向的相对位移用x2表示，第二动子70沿x轴方向的位移用x0表示，其中max(x1)《max(x2)，第一升降架42沿z轴方向的位移用z1表示，第二升降架43沿z轴方向的位移用z2表示，第一升降架42与第二升降架43之间沿z轴方向的相对位移用z3表示，执行件90沿x轴、y轴及z轴方向上的位移分别用x、y及z表示。
91.当x0≠0，x1＝x2＝0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴均不存在相对位移，而第一升降架42与第二升降架43之间沿z轴不存在相对位移，执行件90有x＝x0，y＝0，z＝0的位移。
92.当x0≠0，x1≠0，x2≠0时，即第一动子60与第二动子70之间、第三动子80与第二动子70之间沿x轴存在相等的相对位移，第二动子70之沿x轴存在位移，第一倾斜导引部441驱动第一滚轮46带动第一升降架42产生一个z轴方向的位移z1＝x1tanθ1，其中θ1为第一倾斜导引部441与x轴之间的夹角，因执行件90沿平行于y轴的方向移动设于第一升降架42上，则执行件90与第一升降架42于z轴方向上是同步移动的，则执行件90沿z轴方向上的位移为z＝z1＝x1tanθ1；
93.同时，第二倾斜导引部451驱动第二滚轮47带动第二升降架43产生一个z轴方向的位移z2＝x2tanθ2，其中θ2为第二倾斜导引部451与x轴之间的夹角，第一升降架42与第二升降架43之间沿z轴方向的相对位移z3＝z
2-z1＝x2tanθ
2-x1tanθ1；
94.第三倾斜导引部431驱动第三滚轮48带动执行件90产生一个y轴方向的位移y＝z3tanθ3＝(x2tanθ
2-x1tanθ1)tanθ3，其中θ3为第三倾斜导引部431与z轴之间的夹角；
95.因此，执行件90在x轴、y轴及z轴上的位移分别为x＝x0，y＝(x2tanθ
2-x1tanθ1)tanθ3，z＝x1tanθ1。
96.而实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80于x轴上的位移传动转换为执行件90在x轴、y轴及z轴三个自由度上的位移。
97.需要说明的是，本技术中的yz轴换向传动机构10、20、30、40将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移，yz轴换向传动机构10、20、30、40的具体实现结构并不以上述所例举的四个实施例为限，在其它实施例中，yz轴换向传动机构10、20、30、40还可以选择由钢丝绳、斜槽、导轨、导引斜面(斜锲)等的至少一者组成的换向单元来实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移的，均在本技术的保护范围内，故在此不再一一赘述。
98.详细地，本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d能够实现以下的有益效果：
99.(1)本技术采用并联结构减小运动惯量：目前市面上xyz三自由度的解决方案主要有：丝杆模组、直线电机模组、同步带模组等，这些解决方案存在着共同的缺点：电机带着电机运动，增大了电机所负载的运动惯量，使得整体提速困难，而本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d为并联结构，即驱使第一动子60、第二动子70及第三动子80移动的直线电机均固定在同一基体50上，通过yz轴换向传动机构10、20、30、40实现将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移，很好的解决了运动惯量大的问题，从而得到高速(加速度4g)、高精度(
±
0.04mm)、低成本的xyz平台。
100.(2)精度分布均匀：市面上已有的三自由度delta并联机械手，精度在其运动范围内是不均匀的，表现为精度由中间向两边递减，且只能达到
±
0.1mm，而本技术很好的解决了该问题，利用yz轴换向传动机构10、20、30、40组合换向，很好的保留了直线电机驱使第一动子60、第二动子70及第三动子80移动的原有的高精度，且其结构运动空间的雅可比矩阵行列式为1，即在其运动范围内精度一致，重复定位精度预计可达到
±
0.04mm内，比delta并联机械手精度提升了一倍多。
101.(3)在长条形工作区间中，空间利用率高：解决了delta并联机械手、scara串联机械手在长宽比大的空间运动时，其空间利用率低的缺点，本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d在x轴方向的长度变化不影响整个换向器的结构，只需更改直线电机的长度来调整驱使一动子、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的行程长度即可，在长条形的工作区域中对于delta并联机械手、scara串联机械手有明显的优势，原因是delta并联机械手、scara串联机械手的选型是根据最大工作区间长度来定的，因此在长条形的工作空间上，其整体表现为占地面积大，空间利用率低的现象。
102.(4)安装方式多样：本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d可顶部安装也可侧边安装，安装简单灵活，增大了对设备的整体布局设计的多样性。
103.(5)性价比高：本技术中的yz轴换向传动机构10、20、30、40的结构简单、轻巧，其成本相比delta并联机械手、scara串联机械手低很多，真正的实现了高速、高精度、低成本，极具市场前景。
104.综上，由于本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d包括：基体50、第一动子60、第二动子70、第三动子80、yz轴换向传动机构10、20、30、40及执行件90，以基体50上
水平向右的方向作x轴的正方向，以基体50上水平向前的方向作y轴的正方向，以基体50上竖直向上的方向作z轴正方向建立空间直角坐标系；第一动子60、第二动子70及第三动子80均沿平行于x轴的方向移动设于基体50上，yz轴换向传动机构10、20、30、40同时关联传动于第一动子60、第二动子70、第三动子80及执行件90四者之间，yz轴换向传动机构10、20、30、40将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移。则，通过第一动子60、第二动子70及第三动子80均沿平行于x轴的方向移动设于基体50上的并联结构，当第一动子60、第二动子70及第三动子80根据运动需求沿平行于x轴的方向发生不同的位移，即可通过yz轴换向传动机构10、20、30、40将第一动子60、第二动子70及第三动子80沿x轴方向的位移传动转换为执行件90于x轴、y轴及z轴三个方向上的位移，即实现了将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度。一方面，结构简单紧凑，替代传统的串联结构，减少运动惯量，很好的解决了运动惯量大的问题，使得动作快速灵活，且制造成本也大大降低。另一方面，通过yz轴换向传动机构10、20、30、40将三个x轴方向的自由度转换成于x轴、y轴及z轴三个不同方向上的自由度，能够很好的保留第一动子60、第二动子70及第三动子80的位移精度，使得精度分布均匀，且精度大大提高。再者，安装简单灵活，且能够适应不同形状、不同大小的工作空间，特别适用于长宽比大的长条形工作空间内的运动，空间利用率大大提高，无需设置多个，使用成本也大大降低。从而使得本技术的三自由度换向装置100a、100b、100c、100d具有高性价比的优点，真正的实现了高速、高精度、低成本，极具市场前景。
105.以上结合实施例对本技术进行了描述，但本技术并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本技术的本质进行的修改、等效组合。