一种并联式宏微高精度运动平台的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械设计与制造技术领域,具体涉及一种并联式宏微高精度运动平台ο
【背景技术】
[0002]随着现代科学技术的发展,对具有高精度和分辨率的大尺度运动平台的需求越来越迫切,这类平台在诸如1C制造装备、超精密加工和测量、生物医学工程、航天航空等领域都有着广泛的应用。
[0003]传统大尺度精密运动平台一般采用伺服电机驱动和精密滚珠丝杠传动的方式,也有采用直线电机直接驱动的方式。这类运动平台的传动部件在运动过程中不可避免的存在间隙、非线性摩擦、温升、磨损等,因此难以获得很高的运动精度,一般都限制在微米级别。虽然可以通过对滚珠丝杠进行预紧消除间隙,以及采用气浮支撑减小摩擦力,这可以在一定程度上提高平台的运动精度,但是仍然难以满足应用需求。为了解决常规运动平台传动部件在运动过程中所出现的不利影响,出现了柔性铰链机构。这类机构完全通过柔性铰链的材料变形传递运动,因此具有运动无间隙、摩擦磨损,无需润滑的优点,同时利用压电陶瓷致动器进行驱动,其运动精度可以达到纳米级别,因此在超精密领域中得到广泛应用。然而,受到了材料变形最大应力的限制,这类机构的行程很小,一般只有几十微米,难以满足大尺度运动需求。
[0004]为了能够同时满足大行程及高精度的运动要求,出现了宏微运动平台,整个系统有宏动和微动两个部分组成,其中宏动机构可以实现大范围的粗运动,微动机构补偿系统的运动误差实现高精度的运动,从而有效地提高系统的分辨率、定位精度和跟踪精度,宏微双重驱动技术为实现大行程、高精度运动提供了有效地手段。目前的宏微平台都是采用的在单轴或者ΧΥ运动平台上串联叠加微动驱动平台,如上述压电陶瓷驱动的柔性铰链机构。这种形式的宏微平台可以在大尺度范围内实现很高的运动精度及分辨率,但是串联叠加形式的宏微平台存在着承载能力弱、固有频率低、运动误差耦合等缺点,只能适用于轻载、动态特性要求较低的场合。
[0005]因此如何设计具有高精度和分辨率,且具有高承载能力,动态性能优异的大尺度运动平台是一项具有挑战和急需解决的任务。
【发明内容】
[0006]为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为如下。
[0007]—种并联式宏微高精度运动平台,其特征在于,第一直线驱动系统、第二直线驱动系统分别相互平行并对称固定于基座1的平面前后两侧,第一支链、第二支链和第三支链是完全相同的;终端平台2置于第一直线驱动系统与第二直线驱动系统之间,终端平台2为Υ字形,三个顶端分别各自通过一个转动轴与三个支链的一端相连,第一支链、第二支链的另一端分别通过固定旋转轴铰接在第一直线进给平台17上,第三支链的另一端通过固定旋转轴铰接在第二直线进给平台35上;第一直线进给平台17通过导轨滑块与第一直线驱动系统中的直线导轨相连,第二直线进给平台35通过导轨滑块与第二直线驱动系统中的直线导轨相连;两个直线光栅尺分别平行于第一直线驱动系统与第二直线驱动系统的直线导轨;在基座1上固定安装有平面光栅54 ;
[0008]直线驱动系统的宏动和各支链的微动控制终端平台的2的位置,在给定了终端平台2所需达到的位置值后,通过机构的位置逆解,分别获得第一直线进给平台17和第二直线进给平台35的运动位置量,第一直线进给平台17的运动量通过第一直线光栅尺19进行精确测量,将第一直线进给平台17的运动误差量反馈给第一直线进给平台17上的第一伺服电机4进行全闭环补偿控制以保证第一直线进给平台17的运动位置;第二直线进给平台35的运动量通过第二直线光栅尺37进行精确测量,将第二直线进给平台35的运动误差量反馈给第二直线进给平台35上的第二伺服电机22进行全闭环补偿控制以保证第二直线进给平台35的运动位置;通过平面光栅54能测量出终端平台2的运动误差,将该误差量利用各支链中的压电陶瓷致动器进行补偿。
[0009]所述第一直线驱动系统的具体结构包括第一伺服电机支撑座3固定在基座1的上;第一伺服电机4固定安装在第一伺服电机支撑座3上;第一滚珠丝杠5通过第一联轴器6与第一伺服电机4的转轴相连接;第一滚珠丝杠5在靠近第一联轴器6的一端通过固定在基座1上的第一滚珠丝杠固定支撑座7进行支撑转动,第一滚珠丝杠5的另一端通过固定在基座1上的第一滚珠丝杠浮动支撑座8进行支撑转动;在第一滚珠丝杠5上套接有第一丝杠螺母9,第一丝杠螺母座10与第一丝杠螺母9固定连接;在第一滚珠丝杠5的两侧分别布置有第一直线导轨11和第二直线导轨12,第一直线导轨11和第二直线导轨12分别与第一直线滚珠丝杠5轴线相平行,且第一导轨11与第一滚珠丝杠5的距离和第二直线导轨12与第一滚珠丝杠5的距离相等,第一直线导轨11和第二直线导轨12固定安装于基座1上;在第一直线导轨11上安置有第一导轨滑块13和第二导轨滑块14,在第二直线导轨12上安置有第三导轨滑块15和第四导轨滑块16 ;第一直线进给平台17固定安装于第一导轨滑块13、第二导轨滑块14、第三导轨滑块15、第四导轨滑块16和第一丝杠螺母座10上,第一滚珠丝杠5的旋转将驱动第一丝杠螺母9沿着第一滚珠丝杠5的轴向运动,从而能通过第一丝杠螺母座10带动第一直线进给平台17移动,在第一直线进给平台17外侧固定安装有第一光栅连接板18 ;第一直线光栅尺19的第一光栅读数头20与第一光栅连接板18固定连接,第一直线光栅尺19固定安装于基座1上,且与第一滚珠丝杠5轴线相平行。
[0010]所述第二直线驱动系统的具体结构包括第二伺服电机支撑座21固定在基座1上;第二伺服电机22固定安装在第二伺服电机支撑座21上;第二滚珠丝杠23通过第二联轴器24与第二伺服电机22的转轴相连接;第二滚珠丝杠23在靠近第二联轴器24的一端通过固定在基座1上的第二滚珠丝杠固定支撑座25进行支撑转动,第二滚珠丝杠23的另一端通过固定在基座1上的第二滚珠丝杠浮动支撑座26进行支撑转动;在第二滚珠丝杠丝杠23上套接有第二丝杠螺母27,第二丝杠螺母座28与第二丝杠螺母27固定连接;在第二滚珠丝杠23的两侧分别布置有第三直线导轨29和第四直线导轨30,第三直线导轨29和第四直线导轨30分别与第二滚珠丝杠23轴线相平行,且第三直线导轨29与第二滚珠丝杠23的距离和第四直线导轨30与第二滚珠丝杠23的距离相等,第三直线导轨29和第四直线导轨30固定安装于基座1上;在第三直线导轨29上安置有第五导轨滑块31和第六导轨滑块32,在第四直线导轨30上安置有第七导轨滑块33和第八导轨滑块34 ;第二直线进给平台35固定安装于第五导轨滑块31、第六导轨滑块32、第七导轨滑块33、第八导轨滑块34和第二丝杠螺母座28上,第二滚珠丝杠23的旋转将驱动第二丝杠螺母27沿着第二滚珠丝杠23的轴向运动,从而能通过第一丝杠螺母座28带动第二直线进给平台35移动;在第二直线进给平台35外侧固定安装有第二光栅连接板36 ;第二直线光栅尺37的第二光栅读数头38与第二光栅连接板固定连接,第二直线光栅尺37固定安装于基座1上,且与第二滚珠丝杠23轴线相平行。
[0011]所述第一直线进给平台17、第一支链、第二支链、终端平台2上的第一转动轴40-1和第二转动轴40-2共同构成了平行四边形机构,限制了终端平台2的转动自由度,因此终端平台2仅具有平面移动自由度。
[0012]所述支链的主体部分为铰链基体41-1 ;在铰链基体41-1中包含有柔性单元,通过对其变形的控制实现平台的微动补偿;柔性单元由柔性单元驱动平台41-1-1、柔性单元终端平台41-1-2、与支链基体41-1轴线相垂直的矩形柔性铰链甲41-1-3、矩形柔性铰链乙41-1-4、矩形柔性铰链丙41-1-5、矩形柔性铰链丁 41-1-6,和与支链基体41_1轴线相平行的矩形柔性铰链戊41-1-7共同组成;柔性单元驱动平台41-1-1通过矩形柔性铰链甲41-1-3、矩形柔性铰链乙41-1-4与铰链基体41-1固定连接;柔性单元终端平台41_1_2通过矩形柔性铰链丙41-1-5、