專(zhuān)利名稱(chēng)：高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及兩軸聯(lián)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)和直驅(qū)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種高剛度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)。
背景技術(shù)：
目前廣泛采用的兩軸平面運(yùn)動(dòng)平臺(tái)多采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲杠等傳動(dòng)方式，該方式下，旋轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)絲杠將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，存在傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使得運(yùn)動(dòng)副之間存在間隙等非線性環(huán)節(jié)，且運(yùn)動(dòng)部分質(zhì)量大，限制了平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度、加速度及控制精度等性能指標(biāo)。所以開(kāi)發(fā)新型驅(qū)動(dòng)方式和機(jī)構(gòu)(低摩擦、高加速度、運(yùn)動(dòng)解耦機(jī)構(gòu))的高速高精度運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)已成為激光加工、精密光電檢測(cè)等領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。目前高速精密/超精密伺服平臺(tái)多采用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式取代以往的旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式以簡(jiǎn)化工作組件組成、減少裝配和組件間隙誤差。
串聯(lián)式平臺(tái)由底層驅(qū)動(dòng)電機(jī)和上層驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)，其中底層電機(jī)的負(fù)載必然大于上層電機(jī)的負(fù)載，在設(shè)計(jì)上存在先天的不對(duì)稱(chēng)性；底層平臺(tái)驅(qū)動(dòng)質(zhì)量較大、運(yùn)動(dòng)慣量較大，不利于高速、高加速軌跡跟蹤控制的實(shí)施。并聯(lián)式平臺(tái)以其高對(duì)稱(chēng)性，以及完全獨(dú)立的解耦機(jī)構(gòu)在高速高加速軌跡跟蹤控制方面具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問(wèn)題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種并聯(lián)的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量小、精度高、具有相當(dāng)負(fù)載能力的并聯(lián)式雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)，包括:基座、第一直線電機(jī)組、第二直線電機(jī)組、解耦組件、和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。所述第一直線電機(jī)組包括兩個(gè)平行放置的第一直線電機(jī)，所述第二直線電機(jī)組包括兩個(gè)平行放置的第二直線電機(jī)，所述第一直線電機(jī)安裝在所述基座上且所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)動(dòng)子可沿第一水平方向移動(dòng)，所述第二直線電機(jī)安裝在所述基座上且所述第二直線電機(jī)的第二電機(jī)動(dòng)子可沿第二水平方向移動(dòng)，所述第一水平方向和第二水平方向相互垂直；解耦組件，所述解耦組件包括兩層，所述解耦組件的下層包括兩個(gè)沿所述第一水平方向的第一導(dǎo)軌組和兩個(gè)沿所述第二水平方向的第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組分別與所述第一電機(jī)動(dòng)子和所述基座相連且所述第二導(dǎo)軌組分別與所述第二電機(jī)動(dòng)子和所述基座相連，所述解耦組件的上層包括沿所述第二水平方向的第一滑軌組和沿所述第一水平方向的第二滑軌組；所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝在所述第一直線電機(jī)組和所述第二直線電機(jī)組之間，所述第一滑軌組分別與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和所述第一電機(jī)動(dòng)子相連，所述第二滑軌組分別與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和所述第二電機(jī)動(dòng)子相連，所述第一直線電機(jī)組可驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿所述第一水平方向移動(dòng)，所述第二電機(jī)組可驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿所述第二水平方向移動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)，采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)稱(chēng)，第一和第二水平方向的運(yùn)動(dòng)組件可以互換，便于加工及維護(hù)，采用雙驅(qū)式結(jié)構(gòu)，有利于驅(qū)動(dòng)力通過(guò)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量中心從而防止平臺(tái)在水平面方向的扭轉(zhuǎn)，下層的雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)增加了平臺(tái)的整體剛度有利于保證平臺(tái)的平面運(yùn)動(dòng)精度及平臺(tái)的水平度；本發(fā)明第一傳感器與第二傳感器直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在第一和第二水平方向的位移信號(hào)從而行成全閉環(huán)反饋；從驅(qū)動(dòng)力電信號(hào)的輸入到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行結(jié)果在每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上更加一致，并且有利于控制平面運(yùn)動(dòng)的軌跡輪廓精度。另外，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，還可以具有如下附加的技術(shù)特征:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電機(jī)動(dòng)子上設(shè)有第一連接塊，所述第一滑軌組包括第一滑塊和與所述第一滑塊相適配的第一滑軌，所述第一滑塊在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底面沿所述第二水平方向延伸，且所述第一滑軌與所述第一電機(jī)動(dòng)子通過(guò)第一連接塊相連，所述第二電機(jī)動(dòng)子上設(shè)有第二連接塊，所述第二滑軌組包括第二滑塊和與所述第二滑塊相適配的第二滑軌，所述第二滑塊在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底面沿所述第一水平方向延伸，所述第二滑軌與所述第二電機(jī)動(dòng)子通過(guò)第二連接塊相連?？蛇x地，所述第一導(dǎo)軌組包括第一導(dǎo)軌和與所述第一導(dǎo)軌相適配的第一滑槽，所述第一導(dǎo)軌在所述基座上沿所述第一水平方向延伸，所述第一滑槽設(shè)在所述第一連接塊的下部，所述第二導(dǎo)軌組包括第二導(dǎo)軌和與所述第二導(dǎo)軌相適配的第二滑槽，所述第二導(dǎo)軌在所述基座上沿所述第二水平方向延伸，所述第二滑槽設(shè)在所述第二連接塊的下部。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一導(dǎo)軌組與所述第一滑軌組相互垂直，所述第二導(dǎo)軌組與所述第二滑軌組相互垂直。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一電機(jī)動(dòng)子和所述第二電機(jī)動(dòng)子均為永磁體。

優(yōu)選地，所述第一滑塊和所述第二滑塊與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一體形成。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括第一位移傳感器和第二位移傳感器，所述第一位移傳感器安裝在所述第一連接塊上用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第一水平方向移動(dòng)的位移，所述第二位移傳感器安裝在所述第二連接塊上用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第二水平方向移動(dòng)的位移。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一位移傳感器包括:第一光柵和第一計(jì)數(shù)器。所述第一光柵安裝在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第一水平方向的第一側(cè)邊上；所述第一計(jì)數(shù)器安裝在所述第一連接塊上以計(jì)量所述第一光柵在所述第一水平方向上的移動(dòng)位移。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第二位移傳感器包括:第二光柵和第二計(jì)數(shù)器。第二光柵安裝在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第二水平方向的第二側(cè)邊上；所述第二計(jì)數(shù)器安裝在所述第二連接塊上以計(jì)量所述第二光柵在所述第二水平方向上的移動(dòng)位移。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一直線電機(jī)和第二直線電機(jī)為音圈直線電機(jī)。可選地，所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)動(dòng)子為永磁體，第二直線電機(jī)的第二電機(jī)動(dòng)子為永磁體。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述第一直線電機(jī)和第二直線電機(jī)的電磁線圈均固定安裝在所述基座上，且所述第一直線電機(jī)的電纜線由所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)定子引出，所述第二直線電機(jī)的電纜線由所述第二直線電機(jī)的第二電機(jī)定子引出。從而避免了電纜線運(yùn)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)性能造成的影響。
本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的等軸側(cè)圖；圖2是根據(jù)圖1中所示的并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的右視圖；圖3是根據(jù)圖1中所示的并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的俯視圖；圖4是根據(jù)圖1中所示的并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的實(shí)施例等軸側(cè)圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。如圖1至圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，包括:基座10、第一直線電機(jī)組20、第二直線電機(jī)組30、解耦組件和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40。第一直線電機(jī)組20包括兩個(gè)平行放置的第一直線電機(jī)，第二直線電機(jī)組30包括兩個(gè)平行放置的第二直線電機(jī)，所述第一直線電機(jī)安裝在基座10上且所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)動(dòng)子21可沿第一水平方向(即如圖1所示的Y向)移動(dòng)，所述第二直線電機(jī)安裝在基座10上且所述第二直線電機(jī)的第二電機(jī)動(dòng)子31可沿第二水平方向(即如圖1所示的Y向)移動(dòng)，第一水平方向和第二水平方向相互垂直。所述解耦組件包括兩層，所述解耦組件的下層包括兩個(gè)沿所述第一水平方向的第一導(dǎo)軌組和兩個(gè)沿所述第二水平方向的第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組分別與第一電機(jī)動(dòng)子21和基座10相連，且所述第二導(dǎo)軌組分別與第二電機(jī)動(dòng)子31和基座10相連，所述解耦組件的上層 包括沿所述第二水平方向的第一滑軌組和沿所述第一水平方向的第二滑軌組。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40安裝在第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30之間，所述第一滑軌組分別與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40和第一電機(jī)動(dòng)子21相連，所述第二滑軌組分別與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40和第二電機(jī)動(dòng)子31相連，第一直線電機(jī)組20可驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿所述第一水平方向移動(dòng)，第二直線電機(jī)組30可驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿所述第二水平方向移動(dòng)。第一電機(jī)動(dòng)子21上設(shè)有第一連接塊23，所述第一滑軌組包括第一滑塊41和與第一滑塊41相適配的第一滑軌22，第一滑塊41在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的底面沿所述第二水平方向延伸，第一滑軌22與第一電機(jī)動(dòng)子21通過(guò)第一連接塊23相連,第二電機(jī)動(dòng)子31上設(shè)有第二連接塊33，所述第二滑軌組包括第二滑塊42和與第二滑塊42相適配的第二滑軌32，第二滑塊42在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的底面沿所述第一水平方向延伸，第一滑軌22與第二電機(jī)動(dòng)子31通過(guò)第二連接塊33相連。所述第一導(dǎo)軌組包括第一導(dǎo)軌25和與第一導(dǎo)軌25相適配的第一滑槽24，第一導(dǎo)軌25在基座10上沿所述第一水平方向延伸，第一滑槽24設(shè)在第一連接塊23的下部，所述第二導(dǎo)軌組包括第二導(dǎo)軌35和與第二導(dǎo)軌35相適配的第二滑槽34,第二導(dǎo)軌35在基座10上沿所述第二水平方向延伸，第二滑槽34設(shè)在第二連接塊33的下部。所述第一導(dǎo)軌組與所述第一滑軌組相互垂直，所述第二導(dǎo)軌組與所述第二滑軌組相互垂直。第一滑塊41和第二滑塊42與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40 —體形成。第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31均為永磁體。所述第一直線電機(jī)和第二直線電機(jī)的電磁線圈均固定安裝在基座10上，且所述第一直線電機(jī)的電纜線由第一直線電機(jī)的第一電機(jī)定子引出，所述第二直線電機(jī)的電纜線由第二直線電機(jī)的第二電機(jī)定子引出。

還包括第一位移傳感器和第二位移傳感器，所述第一位移傳感器安裝在第一連接塊23上用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第一水平方向移動(dòng)的位移，所述第二位移傳感器安裝在第二連接塊33上用于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第二水平方向移動(dòng)的位移。所述第一位移傳感器包括:第一光柵和第一計(jì)數(shù)器。所述第一光柵安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第一水平方向的第一側(cè)邊上，從而使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的整體布局更加緊湊；所述第一計(jì)數(shù)器安裝在第一連接塊23上以計(jì)量所述第一光柵在所述第一水平方向上的移動(dòng)位移。所述第二位移傳感器包括:第二光柵和第二計(jì)數(shù)器。第二光柵安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第二水平方向的第二側(cè)邊上，從而使得運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的整體布局更加緊湊；所述第二計(jì)數(shù)器安裝在第二連接塊33上以計(jì)量所述第二光柵在所述第二水平方向上的移動(dòng)位移。 下面結(jié)合附圖具體描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)。如圖1至圖4所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)包括:基座
10、第一直線電機(jī)組20、第二直線電機(jī)組30和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40。具體而言，第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30分別安裝在基座10上且分別沿相互垂直的第一水平方向(如圖1中所示的Y向)和第二水平方向(如圖1中所示的X向)延伸。第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30分別包括第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31，第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31分別與第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30相連且分別在第一直線電機(jī)20和第二直線電機(jī)30的驅(qū)動(dòng)下沿第一水平方向和第二水平方向移動(dòng)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40安裝在第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30之間，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的底面分別與第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31相連且分別在第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31的驅(qū)動(dòng)下沿第一和第二水平方向移動(dòng)。由此，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)，采用并聯(lián)式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且對(duì)稱(chēng)，第一和第二水平方向的運(yùn)動(dòng)組件可以互換，便于加工及維護(hù)，并且在工作時(shí)更容易保證運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在運(yùn)動(dòng)時(shí)的水平度，采用雙驅(qū)式結(jié)構(gòu)，有利于驅(qū)動(dòng)力通過(guò)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量中心從而防止了平臺(tái)在水平面方向的扭轉(zhuǎn)的趨勢(shì)，雙下層導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)增加了平臺(tái)的整體剛性有利于保證平臺(tái)平面運(yùn)動(dòng)精度；本發(fā)明第一傳感器與第二傳感器更精確、直接的檢測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)信號(hào)在控制上行成全閉環(huán)；從驅(qū)動(dòng)力電信號(hào)的輸入到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行結(jié)果在每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上更加一致，有利于控制平面運(yùn)動(dòng)的軌跡輪廓精度。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40大體行程為矩形，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的底面設(shè)有沿第二水平方向延伸形成的第一滑塊41，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的底面設(shè)有沿第一水平方向延伸形成的第二滑塊42。并且，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40與第一電機(jī)動(dòng)子21之間設(shè)有與第一滑塊41適配的第一滑軌22，第一滑塊41可滑動(dòng)地安裝在第一滑軌22內(nèi)以使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第二水平方向運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40與第二電機(jī)動(dòng)子組31之間設(shè)有與第二滑塊42適配的第二滑軌32，第二滑塊42可滑動(dòng)地安裝在第二滑軌32內(nèi)以使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一水平方向運(yùn)動(dòng)。由此，通過(guò)第一滑塊41與第一滑軌22以及第二滑塊42與第二滑軌32的配合，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一水平方向和第二水平方向上的運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，如圖2和圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一直線電機(jī)組20上形成有沿第一水平方向延伸的第一導(dǎo)軌25，第二直線電機(jī)30上形成有沿第二水平方向延伸的兩條第二導(dǎo)軌35且兩條第一導(dǎo)軌25和兩條第二導(dǎo)軌35相互垂直。第一滑軌22與第一電機(jī)動(dòng)子組21通過(guò)第一連 接塊23相連且第一連接塊23下部形成有與第一導(dǎo)軌25適配的第一滑槽24，相應(yīng)地，第二滑軌32與第二電機(jī)動(dòng)子組31通過(guò)第二連接塊33相連且第二連接塊33下部形成有與第二導(dǎo)軌35適配的第二滑槽34。由此，通過(guò)第一導(dǎo)軌25和第二導(dǎo)軌35與第一滑塊軌22和第二滑塊軌32的配合，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一和第二水平方向上的運(yùn)動(dòng)，并且保證了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一和第二水平方向上的運(yùn)動(dòng)軌跡。另外，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40只通過(guò)第一滑軌22、第二滑軌32與第一直線電機(jī)20和第二直線電機(jī)30連接，減少了線纜對(duì)于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的非線性干擾，提高了系統(tǒng)剛度，增加了系統(tǒng)帶寬。需要理解的是，第一滑塊41與第二滑塊42與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的連接結(jié)構(gòu)沒(méi)有特殊限制，優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一滑塊41和第二滑塊42與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40 —體形成。由此，在不影響其裝配以及功能的前提下，可以提高運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且降低制備成本。為了檢測(cè)并記錄運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的移動(dòng)距離，如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括第一位移傳感器50和第二位移傳感器60,第一位移傳感器50和第二位移傳感器60分別安裝在第一連接塊23和第二連接快33上以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的移動(dòng)距離。具體地，第一位移傳感器50包括第一光柵51和第一計(jì)數(shù)器52。其中，第一光柵51安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的第一水平方向側(cè)邊上。其具體安裝方法沒(méi)有特殊限制，將第一光柵51貼在平臺(tái)40底面的側(cè)邊即可。
第一計(jì)數(shù)器52安裝在第一連接塊23上以計(jì)量第一光柵51在第一水平方向上的移動(dòng)距離，從而計(jì)量運(yùn)動(dòng)平臺(tái)在第一水平方向上的移動(dòng)距離。第一計(jì)數(shù)器52可以通過(guò)螺釘固定安裝在第一連接塊23上，并且其計(jì)量結(jié)果可以通過(guò)信號(hào)線輸出。第二位移傳感器60包括:第二光柵61和第二計(jì)數(shù)器62。其中，第二光柵61安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的第二水平方向側(cè)邊上。其具體安裝方法沒(méi)有特殊限制，將第二光柵61貼在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40底面的側(cè)邊即可。第二計(jì)數(shù)器62安裝在第二連接塊33上以計(jì)量第二光柵61在第二水平方向上的移動(dòng)距離，從而計(jì)量運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第二水平方向上的移動(dòng)距離。第二計(jì)數(shù)器62可以通過(guò)螺釘固定安裝在第二連接塊33上，并且其計(jì)量結(jié)果可以通過(guò)信號(hào)線輸出。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30為音圈直線電機(jī)。優(yōu)選地，第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30的第一電機(jī)動(dòng)子21和第二電機(jī)動(dòng)子31為永磁體。關(guān)于音圈直線電機(jī)以及永磁體，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，是可以理解并且容易實(shí)現(xiàn)的，因此不做詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30的電磁線圈固定安裝在基座10上，且第一直線電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30的電纜線由第一電機(jī)動(dòng)子組21和第二電機(jī)動(dòng)子組31引出。由此，通過(guò)信號(hào)線可直接從電磁線圈上引出，通過(guò)控制流入電磁線圈的電流，即可完成運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一和第二水平方向上的運(yùn)動(dòng)。下面具體描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)的工作原理。

當(dāng)只為第一直線電機(jī)組20通電工作時(shí)，第一電機(jī)動(dòng)子組21沿第一水平方向運(yùn)動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)第一滑軌22，第一滑軌22帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的第二滑塊42與第二滑軌32形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第一水平方向發(fā)生位移。此時(shí)，第一滑塊41與第一滑軌22之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，除運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40外的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量只有第一電機(jī)動(dòng)子組21、第一滑塊41、第二滑塊42、第一滑軌22、第一連接塊23和第一滑槽24。第一位移傳感器50測(cè)量運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第一水平方向發(fā)生位移的距離。當(dāng)只為第二直線電機(jī)組30通電工作時(shí)，第二電機(jī)動(dòng)子組31沿第二水平方向運(yùn)動(dòng)，并且驅(qū)動(dòng)第二滑軌32，第二滑軌32帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40，使運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40的第一滑塊41與第一滑軌22形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第二水平方向發(fā)生位移。此時(shí)，第二滑塊42與第二滑軌32之間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，除運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40外的運(yùn)動(dòng)質(zhì)量只有第二電機(jī)動(dòng)子組31、第一滑塊41、第二滑塊42、第二滑軌22、第二連接塊33和第二滑槽34。第二位移傳感器60測(cè)量運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40沿第二水平方向發(fā)生位移的距離。當(dāng)?shù)谝恢本€電機(jī)組20和第二直線電機(jī)組30同時(shí)通電工作時(shí)，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一水平方向和第二水平方向形成的平面，即圖1中所示的XY平面內(nèi)做平面運(yùn)動(dòng)。第一位移傳感器50和第二位移傳感器60分別測(cè)量出運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一水平方向和第二水平方向兩個(gè)方向上的位移，并反饋給計(jì)算機(jī)，通過(guò)控制算法計(jì)算電機(jī)所需的控制電壓，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)40在第一水平方向和第二水平方向上的精密運(yùn)動(dòng)控制。與現(xiàn)有的并聯(lián)式伺服平臺(tái)相比，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)更加緊湊，具有更高的系統(tǒng)剛度。具體地講，與中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利“并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)”相比，由于本發(fā)明中工作臺(tái)的底面由兩條導(dǎo)軌支撐，因此顯著提高了其負(fù)載能力；且底層的雙導(dǎo)軌設(shè)計(jì)顯著抑制了并聯(lián)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)，從而提高了伺服平臺(tái)的穩(wěn)定性與運(yùn)動(dòng)精度；與美國(guó)伊利諾伊大學(xué)J.A.Stori等人發(fā)明的一種并聯(lián)解耦運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相比，本發(fā)明改善并提高了系統(tǒng)剛度和平面運(yùn)動(dòng)精度，兩層導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)有助于降低運(yùn)動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量中心，從而在高頻運(yùn)動(dòng)情況下使得結(jié)構(gòu)件更加穩(wěn)定，且驅(qū)動(dòng)力通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量中心從而減少了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的扭轉(zhuǎn)等干擾；此外，采用音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)在理論上具有無(wú)線分辨率、無(wú)滯后、高響應(yīng)、高速、體積小等優(yōu)點(diǎn)。在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi) 可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
權(quán)利要求
1.一種高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，包括: 基座; 第一直線電機(jī)組和第二直線電機(jī)組，所述第一直線電機(jī)組包括兩個(gè)平行放置的第一直線電機(jī)，所述第二直線電機(jī)組包括兩個(gè)平行放置的第二直線電機(jī)，所述第一直線電機(jī)安裝在所述基座上且所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)動(dòng)子可沿第一水平方向移動(dòng)，所述第二直線電機(jī)安裝在所述基座上且所述第二直線電機(jī)的第二電機(jī)動(dòng)子可沿第二水平方向移動(dòng)，所述第一水平方向和第二水平方向相互垂直； 解耦組件，所述解耦組件包括兩層，所述解耦組件的下層包括兩個(gè)沿所述第一水平方向的第一導(dǎo)軌組和兩個(gè)沿所述第二水平方向的第二導(dǎo)軌組，所述第一導(dǎo)軌組分別與所述第一電機(jī)動(dòng)子和所述基座相連且所述第二導(dǎo)軌組分別與所述第二電機(jī)動(dòng)子和所述基座相連，所述解耦組件的上層包括沿所述第二水平方向的第一滑軌組和沿所述第一水平方向的第二滑軌組；和 運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)安裝在所述第一直線電機(jī)組和所述第二直線電機(jī)組之間，所述第一滑軌組分別與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和所述第一電機(jī)動(dòng)子相連，所述第二滑軌組分別與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和所述第二電機(jī)動(dòng)子相連，所述第一直線電機(jī)組可驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿所述第一水平方向移動(dòng)，所述第二電機(jī)組可驅(qū)動(dòng)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿所述第二水平方向移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高剛度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第一電機(jī)動(dòng)子上設(shè)有第一連接塊，所述第一滑軌組包括第一滑塊和與所述第一滑塊相適配的第一滑軌，所述第一滑塊在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底面沿所述第二水平方向延伸，且所述第一滑軌與所述第一電機(jī)動(dòng)子通過(guò)第一連接塊相連，所述第二電機(jī)動(dòng)子上設(shè)有第二連接塊，所述第二滑軌組包括第二滑塊和與所述第二滑塊相適配的第二滑軌，所述第二滑塊在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的底面沿所述第一水平方向延伸，所述第二滑軌與所述第二電機(jī)動(dòng)子通過(guò)第二連接塊相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)，其特征在于，所述第一導(dǎo)軌組包括第一導(dǎo)軌和與所述第一 導(dǎo)軌相適配的第一滑槽，所述第一導(dǎo)軌在所述基座上沿所述第一水平方向延伸，所述第一滑槽設(shè)在所述第一連接塊的下部，所述第二導(dǎo)軌組包括第二導(dǎo)軌和與所述第二導(dǎo)軌相適配的第二滑槽，所述第二導(dǎo)軌在所述基座上沿所述第二水平方向延伸，所述第二滑槽設(shè)在所述第二連接塊的下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高剛度并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第一導(dǎo)軌組與所述第一滑軌組相互垂直，所述第二導(dǎo)軌組與所述第二滑軌組相互垂直。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的并聯(lián)運(yùn)動(dòng)解耦伺服控制平臺(tái)，其特征在于，所述第一滑塊和所述第二滑塊與所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)一體形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第一電機(jī)動(dòng)子和所述第二電機(jī)動(dòng)子均為永磁體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第一直線電機(jī)和第二直線電機(jī)的電磁線圈均固定安裝在所述基座上，且所述第一直線電機(jī)的電纜線由所述第一直線電機(jī)的第一電機(jī)定子引出，所述第二直線電機(jī)的電纜線由所述第二直線電機(jī)的第二電機(jī)定子引出。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，還包括第一位移傳感器和第二位移傳感器，所述第一位移傳感器安裝在所述第一連接塊上用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第一水平方向移動(dòng)的位移，所述第二位移傳感器安裝在所述第二連接塊上用于檢測(cè)所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第二水平方向移動(dòng)的位移。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第一位移傳感器包括: 第一光柵，所述第一光柵安裝在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第一水平方向的第一側(cè)邊上；和第一計(jì)數(shù)器，所述第一計(jì)數(shù)器安裝在所述第一連接塊上以計(jì)量所述第一光柵在所述第一水平方向上的移動(dòng)位移。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，其特征在于，所述第二位移傳感器包括: 第二光柵，第二光柵安裝在所述運(yùn)動(dòng)平臺(tái)沿第二水平方向的第二側(cè)邊上；和第二計(jì)數(shù)器，所述第二計(jì)數(shù)器安裝在所述第二連接塊上以計(jì)量所述第二光柵在所述第二水平方向上的移動(dòng)位移。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高剛度并聯(lián)雙驅(qū)運(yùn)動(dòng)解耦伺服平臺(tái)，主要包括基座、第一直線電機(jī)組、第二直線電機(jī)組、解耦組件和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，采用并聯(lián)式雙驅(qū)結(jié)構(gòu)，下層兩條平行導(dǎo)軌增加了平臺(tái)的整體剛度，更有效地抑制了平臺(tái)在水平方向的俯仰和扭轉(zhuǎn)，上層導(dǎo)軌同時(shí)起到了對(duì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的支撐，提高了負(fù)載能力。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、對(duì)稱(chēng)，兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)組件可以完全互換，便于加工及維護(hù)；采用雙驅(qū)式設(shè)計(jì)使得驅(qū)動(dòng)力直接通過(guò)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)質(zhì)量中心，有效抑制了平臺(tái)在水平方向的扭轉(zhuǎn)，從而使得從平臺(tái)驅(qū)動(dòng)力電信號(hào)的輸入到運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行結(jié)果在每個(gè)運(yùn)動(dòng)方向上更加一致，有利于控制平面運(yùn)動(dòng)的軌跡輪廓精度。
文檔編號(hào)G05B19/18GK103226342SQ20131015712
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者張震, 王鵬, 閆鵬 申請(qǐng)人:清華大學(xué)