一种垂直运动的宏微复合定位平台的制作方法

本发明涉及一种宏微复合定位平台，尤其是指一种垂直运动的宏微复合定位平台。

背景技术：

精密定位技术是精密工程中一个最为关键的技术，它的研究对于，微纳米技术、电子、精密制造工艺等高静尖技术的发展都具有重要的作用，目前的技术基本是：把宏、微复合双重驱动结合起来,宏动台以地面为参照物,由高精度的伺服电动机或者直线电机和丝杠组成，通过宏动台导轨导向，实现运动平台大范围的移动；微动台附着于宏动台上,并以宏动台为参照物,由压电型驱动器和弹性铰链构成，压电驱动器输出位移，通过微动台导轨导向，实现平台的微小位移,补偿宏动台大行程运动造成的位移精度误差。宏微两级运动的点位控制是分离进行控制，具有先后关系。宏动台的运动行程通常可达数百毫米，速度也可达上百毫米每秒，宏动台运动结束后，微动台根据测得的定位误差做补偿进给，定位控制只对始末两点间的位置精度有要求，对中间位置的定位精度和运动轨迹无要求，采用反馈进行控制,从而保证整个平台大行程、高精度定位的要求。而多数的宏微复合定位平台都是满足在平面式的高精度大行程定位要求，而不能满足垂直轴的高精度大行程定位要求。而如果直接将宏微复合定位平台竖直安装进行定位运动，则需要克服重力效应，却不可避免的增加了宏微复合定位平台的自身载荷。

现有对垂直运动进行定位的宏运动平台采用大行程高精度的电机实现微米级的定位，并在宏运动平台上叠加微运动平台，而微动平台采用垂直运动的柔性铰链结构配合压电陶瓷驱动实现垂直轴高精度大行程定位运动。但是这种定位平台存在以下缺点：1)利用柔性铰链叠加的结构会给平台产生了较大误差而且压电陶瓷驱动柔性铰链会产生较大的振动，大大降低了平台的精度，限制了整个系统的速度和加速度，使得系统工作效率低；2)利用柔性铰链的驱动叠加结构会导致自身定位平台的重量过重，不利于平台的高加速定位运动；3)压电陶瓷等微驱动的定位精度虽然能达到纳米级，但是行程小。并且压电马达驱动的运动平台虽然能够实现大行程、高分辨率的运动性能，但其运动速度低；4)加工柔性铰链需要的尺寸精度要求高，而且难以做到闭环反馈。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述问题，提供一种运动平稳、定位精度高和使用方便的垂直运动的宏微复合定位平台。

本发明的目的可采用以下技术方案来达到：

一种垂直运动的宏微复合定位平台，包括底座和安装于底座上的宏运动装置、微运动装置、传感器和控制器，所述宏运动装置的动力输出端在底座上水平运动，所述微运动装置在底座上垂直运动，所述宏运动装置的动力输出端与所述微运动装置连接；所述宏运动装置的动力输出端上设有第一楔形面，所述微运动装置上设有与所述第一楔形面相对应的第二楔形面，所述宏运动装置的动力输出端通过第一楔形面和第二楔形面顶压微运动装置而推动微运动装置在底座上垂直运动；形成楔形增力结构；所述传感器固定安装于所述微运动装置上，所述控制器与所述传感器和宏运动装置电连接。

进一步地，所述宏运动装置包括伸缩电机、压电陶瓷和楔形块，所述伸缩电机固定安装于所述底座上，且伸缩电机的输出轴通过压电陶瓷与所述楔形块固定连接，所述第一楔形面设于所述楔形块上，所述第一楔形面与第二楔形面相互接触且顶压，所述压电陶瓷与所述控制器电连接。

进一步地，所述微运动装置包括导杆和可滑动套设于导杆上的滑台，所述导杆固定安装于所述底座上，所述第二楔形面设于所述滑台的下端，所述第二楔形面与第一楔形面相互接触且顶压，所述传感器固定安装于所述滑台上。

作为一种优选的方案，所述底座上设有导轨和可滑动安装于导轨上的滑块，所述滑块上固定安装有连接座，所述压电陶瓷和楔形块固定安装于连接座上。

作为一种优选的方案，所述伸缩电机的输出轴通过顶块与所述压电陶瓷固定连接，所述顶块与连接座之间安装有弹性件。

作为一种优选的方案，所述导杆设为两个，所述滑台的两端分别可滑动套设于两个所述导杆上。

作为一种优选的方案，所述弹性件为弹簧。

作为一种优选的方案，所述传感器为光栅尺传感器。

实施本发明，具有如下有益效果：

1、本发明的宏运动装置输出水平运动，通过第一楔形面和第二楔形面连接而形成的楔形增力结构推动微运动装置进行垂直运动，将水平运动转化为垂直运动。在宏运动输出动力推动微运动装置时，由于第一楔形面和第二楔形面之间为面接触，使得第二楔形面能相对于第一楔形面平稳地滑动，使得微运动装置能与宏运动装置同步运动，减小了微运动装置的运动误差，保证了运动的精度和准确性，具有运动平稳、误差小和定位精度高的特点。

2、本发明在宏运动装置工作时，控制器向压电陶瓷输入一定的电压，此时，压电陶瓷长度保持不变。楔形块推动微运动装置运动的过程中，控制器控制伸缩电机伸缩到设定的数值后，宏运动装置停止；然后控制器通过传感器检测微运动装置的运动距离是否达到预定的值；如果微运动装置的运动距离不符合数值，控制器输出相应的电压到压电陶瓷，使压电陶瓷伸长或缩短而再次推动微运动装置运动进行补偿，直到控制器通过传感器检测到微运动装置的运动距离达到准确的数值为止，最终实现垂直定位平台的高精度定位要求，具有定位准确和稳定可靠的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种垂直运动的宏微复合定位平台的第一结构示意图；

图2是本发明一种垂直运动的宏微复合定位平台的第二结构示意图；

图3是本发明一种垂直运动的宏微复合定位平台的第三结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参照图1至图3，本实施例涉及一种垂直运动的宏微复合定位平台，包括底座1和安装于底座1上的宏运动装置2、微运动装置3、传感器4和控制器，所述宏运动装置2的动力输出端在底座1上水平运动，所述微运动装置3在底座1上垂直运动，所述宏运动装置2的动力输出端与所述微运动装置3连接；所述宏运动装置2的动力输出端上设有第一楔形面21，所述微运动装置3上设有与所述第一楔形面21相对应的第二楔形面31，所述宏运动装置2的动力输出端通过第一楔形面21和第二楔形面31顶压微运动装置3而推动微运动装置3在底座1上垂直运动；形成楔形增力结构；所述传感器4固定安装于所述微运动装置3上，所述控制器与所述传感器4和宏运动装置2电连接。

该结构的宏运动装置2输出水平运动，通过第一楔形面21和第二楔形面31连接而形成的楔形增力结构推动微运动装置3进行垂直运动，将水平运动转化为垂直运动。在宏运动输出动力推动微运动装置3时，由于第一楔形面21和第二楔形面31之间为面接触，使得第二楔形面31能相对于第一楔形面21平稳地滑动，使得微运动装置3能与宏运动装置2同步运动，减小了微运动装置3的运动误差，保证了运动的精度和准确性，具有运动平稳、误差小和定位精度高的特点。

如图2和图3所示，所述宏运动装置2包括伸缩电机22、压电陶瓷23和楔形块24，所述伸缩电机22固定安装于所述底座1上，且伸缩电机22的输出轴通过压电陶瓷23与所述楔形块24固定连接，所述第一楔形面21设于所述楔形块24上，所述第一楔形面21与第二楔形面31相互接触且顶压，所述压电陶瓷23与所述控制器电连接。在宏运动装置2工作时，伸缩电机22的输出轴伸出而通过压电陶瓷23推动楔形块24水平运动。在楔形块24的第一楔形面21的顶压作用下，第二楔形面31相对于第一楔形面21滑动而使得微运动装置3平稳地在竖直方向上进行垂直运动。

在宏运动装置2工作时，控制器向压电陶瓷23输入一定的电压，此时，压电陶瓷23长度保持不变。楔形块24推动微运动装置3运动的过程中，控制器控制伸缩电机22伸缩到设定的数值后，宏运动装置2停止；然后控制器通过传感器4检测微运动装置3的运动距离是否达到预定的值；如果微运动装置3的运动距离不符合数值，控制器输出相应的电压到压电陶瓷23，使压电陶瓷23伸长或缩短而再次推动微运动装置3运动进行补偿，直到控制器通过传感器4检测到微运动装置3的运动距离达到准确的数值为止，最终实现垂直定位平台的高精度定位要求，具有定位准确和稳定可靠的特点。

如图3所示，所述微运动装置3包括导杆32和可滑动套设于导杆32上的滑台33，所述导杆32固定安装于所述底座1上，所述第二楔形面31设于所述滑台33的下端，所述第二楔形面31与第一楔形面21相互接触且顶压，所述传感器4固定安装于所述滑台33上。滑台33在楔形块24的第一块楔形面的顶压作用下，滑台33做垂直运动。在滑台33做垂直运动时，控制器通过传感器4对滑台33的运动距离进行精确检测。滑台33在导杆32的限位和导向作用下能做垂直直线运动，保证滑台33运动的直线性和运动精度。

为了防止压电陶瓷23和楔形块24的运动出现晃动的不稳定性，保证压电陶瓷23和楔形块24运动的直线性，所述底座1上设有导轨5和可滑动安装于导轨5上的滑块51，所述滑块51上固定安装有连接座6，所述压电陶瓷23和楔形块24固定安装于连接座6上。压电陶瓷23和楔形块24在导轨5和滑动的约束作用下只能沿着导轨5方向做直线运动，保证了宏运动装置2的运动稳定性和预设运动距离的准确性。

所述伸缩电机22的输出轴通过顶块7与所述压电陶瓷23固定连接，所述顶块7与连接座6之间安装有弹性件8。压电陶瓷23在伸长或缩短而推动滑台33垂直运动的过程中，压电陶瓷23带动连接座6一起运动。连接座6的运动在弹性件8的弹力的缓冲作用下，不会产生运动冲击的问题，使得与连接座6固定连接的楔形块24也能平稳地做直线运动，保证滑台33运动的平稳性。

为了提高滑台33垂直运动的直线性和稳定性，所述导杆32设为两个，所述滑台33的两端分别可滑动套设于两个所述导杆32上。

所述弹性件8为弹簧。当然，其它的弹性零件也适用于本发明。

所述传感器4为光栅尺传感器。当然，其它可以用于检测滑台33的运动距离的传感器4也适用于本发明。

本发明的工作原理：

如图1至图3所示，在宏运动装置2工作时，控制器向压电陶瓷23输入一定的电压，此时，压电陶瓷23长度保持不变，而伸缩电机22的轴出轴伸出并通过顶块7、压电陶瓷23和楔形块24推动滑台33向上垂直运动。楔形块24推动滑台33运动的过程中，控制器控制伸缩电机22伸缩到设定的数值后，伸缩电机22停止；然后控制器通过传感器4检测滑台33的运动距离是否达到预定的值；如果滑台33的运动距离达不到数值，控制器输出相应的电压到压电陶瓷23，使压电陶瓷23伸长而再次推动滑台33运动进行补偿，直到控制器通过传感器4检测到滑台33的运动距离达到准确的数值为止，最终实现垂直定位平台的高精度定位要求，具有定位准确和稳定可靠的特点。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。