[實用新型]一種單驅動剛柔耦合精密運動平臺

有效

• 申請號: 201620682751.0
• 申請日: 2016-06-29
• 公開（公告）號: CN206123167U
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 楊志軍;白有盾;陳新;陳超然
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23Q1/25
• 分類號: B23Q1/25;H01L21/67
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本實用新型涉及電機驅動技術，更具體的涉及一種單驅動剛柔耦合精密運動平臺。

背景技術

高速精密運動平臺在半導體封裝等領域中被廣泛使用。高速精密運動平臺中運動副之間表面粗糙度的不確定變化會導致摩擦阻力的幅值不確定變化。而在運動平臺的啟動、停止和微進給過程中，運動平臺的速度相對較低，上述摩擦阻力的幅值波動容易導致運動平臺出現“爬行”現象。在閉環控制系統作用下，驅動器將會通過增大驅動力的方式來克服摩擦阻力，補償運動平臺定位誤差。在上述補償過程中，運動平臺將經歷頻繁的“靜止→運動”狀態切換。在“靜止→運動”過程中，運動副之間的摩擦阻力會經歷“靜摩擦力→動摩擦力”的狀態切換，而靜摩擦系數與動摩擦系數之間的差異會導致上述狀態切換瞬間的加速度突變，造成運動平臺在最終定位位置附近的“抖動”，影響定位精度。

如何降低在啟動、停止和微進給過程中由于摩擦狀態切換造成的定位誤差影響是影響高速精密運動平臺執行精度的重要問題。針對上述問題，目前存在如下解決方案：

1.建立精確的摩擦力模型，采用運動控制驅動力補償的方式。

2.采用無摩擦或低摩擦的運動副設計，例如采用氣浮軸承、磁懸浮軸承或微進給平臺的柔性鉸鏈等結構設計。

由于運動副之間的接觸面微觀特性差異與制造誤差等因素，很難建立高度精確的摩擦力模型，導致運動控制系統中需要采用復雜的補償控制方法。

氣浮軸承或磁懸浮軸承等低摩擦運動副的實施成本較高，限制了其使用范圍。柔性鉸鏈作為一種無外摩擦運動副，依靠彈性變形來實現連續高精度的運動。由于工作原理的限制，柔性鉸鏈運動副主要適用于微小行程的運動。 在大行程運動場合中，柔性鉸鏈往往會與摩擦運動副配合使用，組成宏微復合運動平臺來實現大行程高精度的運動，進而對大范圍運動進行補償。

專利201410696217.0提出了一種直線電機共定子雙驅動宏微一體化高速精密運動一維平臺。所提出的宏微運動平臺的宏動外框架和微動平臺分別與兩組直線電機動子連接。其中宏動外框架與微動平臺之間通過柔性鉸鏈連接，所述宏動外框架在對應直線電機動子的驅動下實現大行程的宏運動，所述微動平臺在對應的直線電機動子的驅動下來動態補償上述宏運動的運動偏差。利用上述宏微復合運動原理來實現大行程高精度的運動。由于所述運動平臺中微動平臺采用了無摩擦的柔性鉸鏈運動副設計，實現了定位過程中的連續位移變化。專利201410696217.0所提出的運動平臺存在的主要缺點有：(1)由于采用了宏微復合控制，運動平臺的宏動平臺和微動平臺分別需要各自的驅動器及位移傳感器來組成反饋系統，成本較高；(2)控制系統中需要考慮宏運動和微運動的切換控制，控制系統較為復雜；(3)平臺中運動部分的質量較大，不利于在高加速等大慣性影響的場合中使用；(4)宏動平臺的反饋控制系統仍要考慮定位階段的摩擦狀態影響，以確保定位過程中宏動平臺的位移偏差小于柔性鉸鏈運動副的極限變形范圍。

實用新型內容 為了解決上述技術問題，本實用新型的目的是實現電機驅動平臺的簡化控制和結構優化，具體來說，本實用新型提供了一種單驅動剛柔耦合精密運動平臺。本實用新型提供的單驅動剛柔耦合精密運動平臺，包括機座、直線導軌、剛柔耦合運動平臺、直線驅動器及位移傳感器，其中剛柔耦合平臺包括剛性框架、柔性鉸鏈和核心運動平臺；

所述剛柔耦合平臺的核心運動平臺通過柔性鉸鏈與所述剛性框架連接；

所述剛柔耦合平臺的核心運動平臺與直線驅動器連接，所述剛性框架通過導軌滑塊與固定在所述機座上的所述直線導軌連接，所述核心運動平臺在所述直線驅動器作用下帶動所述柔性鉸鏈彈性變形，并通過柔性鉸鏈帶動所述剛性框架在所述直線導軌長度方向上自由運動；

所述位移傳感器與所述核心運動平臺連接，用于測量核心運動平臺在運動方向上的位移。

優選地，所述直線驅動器為音圈電機或直線電機。

優選地，在所述剛柔耦合平臺的剛性框架與核心運動平臺間設置有限位裝置和阻尼器。

優選地，剛柔耦合平臺的所述核心運動平臺與所述剛性框架之間的柔性鉸鏈為對稱布置。

優選地，所述剛柔耦合運動平臺為一體式加工制造。

優選地，所述柔性鉸鏈為直梁型或切口型柔性鉸鏈。

本實用新型的有益效果：

1)采用無摩擦柔性鉸鏈運動副來實現高精度連續變化位移，避免了低速工況下運動副摩擦狀態切換導致加速度突變導致的位移“抖動”。