一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法

本发明涉及精密运动控制，具体而言，涉及一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法。

背景技术：

1、精密运动平台在微机电系统、半导体芯片、精密光学仪器和生物医学工程等尖端领域与新兴行业具有非常广泛的应用。近年来，随着精密运动控制技术的发展，对于精密运动平台的要求不断向高精度、高带宽、大行程方向发展，基于柔性铰链的柔性机构得到了广泛的应用。常规刚性运动平台在关节处不可避免地存在间隙、摩擦和磨损，难以实现纳米级的运动精度。柔性机构依靠柔性铰链的弹性变形传递力和运动，彻底消除了关节运动过程中的间隙和摩擦，可以获得超高的运动分辨率和重复定位精度。相对于悬浮式纳米运动平台，利用柔性机构替代气浮或磁浮系统，不仅可以显著降低运动平台的结构尺寸和成本，同时，柔性机构的弹性也提高了平台的运动刚度，有利于解决悬浮式纳米运动平台带宽低的问题。

2、目前，基于弹性簧片的柔性机构可以在毫米级的运动范围内进行无间隙传动，为柔性精密运动平台实现大范围精密操作提供了可能。然而，由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼，导致基于弹性簧片的柔性精密运动平台大多为弱阻尼系统，高速运动时极易诱发振动，不仅影响平台的运动精度，也降低了系统的稳定性。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法，旨在解决现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

2、一方面，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台，该柔性精密运动平台包括：音圈驱动电机，用于在所述音圈驱动电机通电时，洛伦兹力使得所述音圈驱动电机的动子产生沿预设方向的运动和作用力；柔性导向机构，与所述音圈驱动电机的动子相连接，用于随所述音圈驱动电机的动力输出端沿预设方向进行运动；电涡流阻尼器，所述电涡流阻尼器的移动导体板与所述柔性导向机构相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，所述移动导体板在柔性导向机构的带动下切割磁感线，产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

3、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述电涡流阻尼器包括：阻尼定子，所述阻尼定子上设有定子槽口；励磁线圈，设置在所述阻尼定子上，在所述励磁线圈进行通电时，产生定子磁场；移动导体板，以能够移动的方式设置在所述阻尼定子的定子槽口处，用于在随所述柔性导向机构移动时，切割磁感线，产生电涡流，电涡流产生与定子磁场极性相反的磁场，进而产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

4、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，该柔性精密运动平台还包括：位置传感器，用于获取所述柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置；控制器，其分别与所述位置传感器、所述电涡流阻尼器相连接，用于基于所述位置传感器获取的柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差，并控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。

5、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述柔性导向机构包括：两个固定台；运动台，间隔设置在两个所述固定台之间，并且，所述运动台的两侧各通过两个柔性簧片与两个固定台相连接，并在所述运动台和两个所述固定台之间形成两个阻尼孔，所述运动台用于连接所述音圈驱动电机的动子，以随所述音圈驱动电机的动子沿预设方向进行运动，并带动各所述柔性簧片进行变形，所述电涡流阻尼器的移动导体板能够安装在所述阻尼孔处，以施加阻尼力至所述柔性簧片上，以抑制所述运动台的振动。

6、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述运动台上设有卡固槽口，所述音圈驱动电机的动子能够卡设在所述卡固槽口处，以使所述音圈驱动电机的动子能够带动所述运动台进行运动。

7、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述音圈驱动电机包括：磁钢，作为动子；上磁轭和下磁轭，对称设置在所述磁钢的上下两侧，并且，所述上磁轭和所述下磁轭上均设有线圈控制组件，线圈控制组件通电时，在所述上磁轭和下磁轭之间的电机槽口处产生磁场，洛伦兹力使磁钢能够在所述上磁轭和所述下磁轭之间，产生沿预设方向上的运动，以驱动所述柔性导向机构的动力输出端进行运动。

8、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述电涡流阻尼器上还设有散热机构，用于通过气体带走所述电涡流阻尼器上产生的热量。

9、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述散热机构包括：励磁线圈架，所述励磁线圈架上设有环形凹槽，所述电涡流阻尼器的励磁线圈能够在所述环形凹槽内绕设在所述励磁线圈架上；气路通道，沿所述励磁线圈架的外周设置，气体能够在所述气路通道内流动，以带走所述励磁线圈上的热量。

10、进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述气路通道包括：流入段，所述流入段依次绕各所述励磁线圈架的外周呈蛇形延伸布置；流出段，所述流出段的入口端与所述流入段的出口端相连通，并且，所述流出段向所述流入段的入口端延伸。

11、另一方面，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，该控制方法包括如下步骤：获取柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置；基于所述柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差；控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。

12、本发明提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法，基于主动阻尼的柔性精密运动平台，采用柔性导向机构进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器，使得精密运动平台结构紧凑，还可以大范围内地精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题，即解决了现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

13、进一步地，同时内置散热机构，这显著提高了精密运动平台在长时间运行过程中的稳定性和效率，为精密运动平台提供了卓越的性能和适用性。

技术特征：

1.一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述电涡流阻尼器包括：

3.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，还包括：

4.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述柔性导向机构包括：

5.根据权利要求4所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，

6.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述音圈驱动电机包括：

7.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，

8.根据权利要求7所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述散热机构包括：

9.根据权利要求8所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述气路通道包括：

10.一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明提供了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法。该柔性精密运动平台包括：音圈驱动电机；柔性导向机构与音圈驱动电机的动子相连接；电涡流阻尼器的移动导体板与柔性导向机构相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，移动导体板在柔性导向机构的带动下切割磁感线，产生阻碍移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。本发明基于主动阻尼的柔性精密运动平台，采用柔性导向机构进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器，大范围精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题。

技术研发人员：尤光辉,杨淼,祝洲杰,方一仁
受保护的技术使用者：浙江机电职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17