伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统及其调节方法
【专利摘要】伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统及其调节方法，属于超精密仪器设备平台【技术领域】。为了解决目前的动态调平系统对支撑高度很难实现快速高精度的调节的问题。所述电动调平系统包括基座、调平平台、气囊、M组电动支撑高度调节装置、电子水平仪和控制器。调平平台中心通过气囊支撑在基座上，在气囊的周围分布M组电动支撑高度调节装置，调平平台的基准面安装伺服式电子水平仪，控制器根据电子水平测得数据，控制M组电动支撑高度调节装置调节自身的支撑高度，从而实现对调平平台水平度的动态高精度调节。它用于调平平台。
【专利说明】伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统及其调节方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统及其调节方法，属于超精密仪器设备平台【技术领域】。
【背景技术】
[0002]调平平台被广泛应用于支撑安装高精度的测量仪器、制造设备、实验系统等。
[0003]传统的调平平台对载荷基准平面的水平度进行静态或准静态调节。当调平平台的载荷的质心分布动态变化或者其支撑基座受到干扰产生动态位移时，调平平台的水平度也呈现动态变化。静态或准静态的调平平台很难适应这种水平度需要动态调节的工况。
[0004]动态调平系统采用多点支撑(三个到六个)，每个支撑点采用液压或电动驱动机构对该支撑点的支撑高度进行调节。调平平台及负载的重量完全由这些支撑点承担。当调平平台的载荷重量很大时，每个支撑点需要提供支撑力很大。此时，每个支撑点的驱动调节机构机械设计笨重、驱动功率高，很难实现快速精密控制，对支撑高度很难实现快速高精度的调节。因而，调平平台的水平度也很难实现快速高精度调节。
[0005]随着技术的发展，不断涌现的大型、高精度的加工制造设备、测量实验仪器、仿真实验系统对重载高精度快速动态调平系统提出了迫切需求。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为了解决目前的动态调平系统对支撑高度很难实现快速高精度的调节的问题，本发明提供一种伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统及其调节方法。
[0007]本发明的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统，
[0008]所述电动调平系统包括基座、调平平台、气囊、M组电动支撑高度调节装置、电子水平仪和控制器；M的取值为大于2的整数；
[0009]电子水平仪设置在调平平台的上表面；
[0010]调平平台的下表面与气囊的顶部接触，气囊的底部固定在基座上，所述气囊的位置对应基座和调平平台的中心；
[0011]M组电动支撑高度调节装置设置在调平平台与基座之间，M组电动支撑高度调节装置等间距分布在气囊的外侧，M为正整数；
[0012]所述电动支撑高度调节装置包括伺服电机、伺服电机驱动器和伺服高度调节装置；
[0013]所述伺服电机、伺服电机驱动器和伺服高度调节装置的底端设置在基座上，伺服电机驱动器的驱动信号输出端与伺服电机的驱动信号输入端连接，伺服电机的动力输出端与伺服高度调节装置的动力输入端连接，伺服高度调节装置的顶端固定在调平平台的下表面；
[0014]电子水平仪的倾斜角信号输出端与控制器的倾斜角信号输入端连接，控制器的M个高度调节控制信号输出端分别与M组电动支撑高度调节装置的伺服电机驱动器的高度调节控制信号输入端连接。
[0015]所述M的取值为3、4或6。
[0016]它还包括多个紧固件，所述多个紧固件均用于气囊的顶部和底部分别与基座和调平平台的连接。
[0017]所述伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统的调节方法，所述调节方法通过在控制器内嵌入软件实现，所述软件的工作过程包括如下步骤:
[0018]接收电子水平仪测得的两个方向的水平倾斜角α和β的步骤，水平倾斜角α为调平平台的Y轴与水平面的夹角，水平倾斜角β为调平平台的X轴与水平面的夹角，调平平台的M个支撑点的几何中心指向其中相邻两个支撑点的连线中点为X轴，垂直于调平平台上表面向上为Z轴，Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系；
[0019]根据接收到的水平倾斜角α和β，再结合M组电动支撑高度调节装置设置的位置，计算M组电动支撑高度调节装置的高度调节量的步骤；
[0020]根据获得的M组电动支撑高度调节装置的高度调节量，分别控制相应的M组电动支撑高度调节装置的伺服电机进行动力输出，进而实现伺服高度调节装置的高度调节量的步骤。
[0021 ] 所述M的取值为3，且3组电动支撑高度调节装置以气囊4为中心呈正三角形设置时:
[0022]所述根据接收到的水平倾斜角α和β，再结合M组电动支撑高度调节装置设置的位置，计算M组电动支撑高度调节装置的高度调节量的步骤为:
[0023]3组电动支撑高度调节装置与调平平台的接触点分别为支撑点①、支撑点②和支撑点③，a为每两组电动支撑高度调节装置之间的距离，
[0024]支撑点②和支撑点③对水平倾斜角α进行补偿:
[0025]支撑点②在α方向的高度调节量为
【权利要求】
1.伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统，其特征是在于， 所述电动调平系统包括基座(1)、调平平台(6)、气囊(4)、M组电动支撑高度调节装置、电子水平仪(12)和控制器；M的取值为大于2的整数； 电子水平仪(12)设置在调平平台(6)的上表面；调平平台(6)的下表面与气囊(4)的顶部接触，气囊(4)的底部固定在基座(1)上，所述气囊(4)的位置对应基座(1)和调平平台(6)的中心；M组电动支撑高度调节装置设置在调平平台(6)与基座(1)之间，M组电动支撑高度调节装置等间距分布在气囊(4)的外侧，M为正整数； 所述电动支撑高度调节装置包括伺服电机(2)、伺服电机驱动器(13)和伺服高度调节装置；所述伺服电机(2)、伺服电机驱动器(13)和伺服高度调节装置的底端设置在基座(1)上，伺服电机驱动器(13)的驱动信号输出端与伺服电机(2)的驱动信号输入端连接，伺服电机(2)的动力输出端与伺服高度调节装置的动力输入端连接，伺服高度调节装置的顶端固定在调平平台(6)的下表面； 电子水平仪(12)的倾斜角信号输出端与控制器的倾斜角信号输入端连接，控制器的M个高度调节控制信号输出端分别与M组电动支撑高度调节装置的伺服电机驱动器(13)的高度调节控制信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统，其特征在于，所述伺服高度调节装置包括减速器(3)、滚珠丝杠(10)、丝母(11)、套筒(9)和球铰(8);所述减速器(3)固定在基座(1)上，伺服电机(2)的动力输出端与减速器(3)的动力输入端连接，减速器(3)的扭矩输出端与滚珠丝杠(10)的扭矩输入端连接，滚珠丝杠(10)通过丝母(11)与套筒(9)的一端连接，套筒(9)的的另一端与球铰(8)连接，球铰(8)固定在调平平台(6)的下表面。
3.根据权利要求1或2所述的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统，其特征在于，所述M的取值为3、4或6。
4.根据权利要求3所述的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统，其特征在于，它还包括多个紧固件(5)，所述多个紧固件(5)均用于气囊(4)的顶部和底部分别与基座(I)和调平平台(6)的连接。
5.权利要求1或2所述的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统的调节方法，其特征在于，所述调节方法通过在控制器内嵌入软件实现，所述软件的工作过程包括如下步骤: 接收电子水平仪(12)测得的两个方向的水平倾斜角α和β的步骤，水平倾斜角α为调平平台(6)的Y轴与水平面的夹角，水平倾斜角β为调平平台(6)的X轴与水平面的夹角，调平平台(6)的M个支撑点的几何中心指向其中相邻两个支撑点的连线中点为X轴，垂直于调平平台(6)上表面向上为Z轴，Y轴与X轴和Z轴构成右手坐标系； 根据接收到的水平倾斜角α和β，再结合M组电动支撑高度调节装置设置的位置，计算M组电动支撑高度调节装置的高度调节量的步骤； 根据获得的M组电动支撑高度调节装置的高度调节量，分别控制相应的M组电动支撑高度调节装置的伺服电机(2)进行动力输出，进而实现伺服高度调节装置的高度调节量的步骤。
6.根据权利要求5所述的伺服式重载荷超精密气囊支撑电动调平系统的调节方法，其特征在于， 所述M的取值为3，且3组电动支撑高度调节装置以气囊(4)为中心呈正三角形设置时， 所述根据接收到的水平倾斜角α和β，再结合M组电动支撑高度调节装置设置的位置，计算M组电动支撑高度调节装置的高度调节量的步骤为: 3组电动支撑高度调节装置与调平平台(6)的接触点分别为支撑点①、支撑点②和支撑点③，a为每两组电动支撑高度调节装置之间的距离， 支撑点②和支撑点③对水平倾斜角α进行补偿: 支撑点②在α方向的高度调节量为
【文档编号】G05D3/12GK103838259SQ201410114024
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】刘延芳, 陈学生, 齐冀, 齐乃明, 周文勇 申请人:哈尔滨工业大学, 北京宇航系统工程研究所