[發明專利]具有偏轉補償的開放框架并聯式雙軸柔性平臺

有效

• 申請號: 201710351688.1
• 申請日: 2017-05-18
• 公開（公告）號: CN107402549B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 埃文·莫熱
• 申請（專利權）人: 艾羅德克有限公司
• 主分類號: G05B19/404
• 分類號: G05B19/404
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 顧紅霞;張蕓

本發明公開了一種平臺系統，包括：至少一個柔性框架，其具有固定的中心和能移動的遠端，至少一個柔性框架構造為使與至少一個柔性框架能操作地連接的臺面沿著至少一條運動軸線位移；以及至少兩個致動器，其包括定位在至少一個柔性框架內的第一致動器和第二致動器。第一致動器以從至少一個柔性框架的至少一個梁偏轉的第一角度定位在至少一個柔性框架內，并且第二致動器以從至少一個梁偏轉的第二角度定位在至少一個柔性框架內。至少兩個致動器構造為隨著至少兩個致動器從第一收縮位置伸展到第二伸展位置而產生補償位移以抵消偏轉誤差。

技術領域

本發明所公開的實施例總體上涉及具有致動器和移動臺面的平臺系統，該平臺系統通過產生補償差異位移以抵消偏轉誤差來補償和校正臺面位移期間的偏轉誤差。

背景技術

小尺寸定位系統(即，納米定位器)廣泛用于許多研究和工業領域，包括生物醫學工程、電子制造和半導體制造。這些定位系統必須具有在微小距離內的精心受控運動，以便可以使檢查或組裝既快速又精確。小尺寸定位系統的一個特別重要的實施方式是使用柔性平臺。柔性平臺使用部署在柔性框架中的致動器來控制移動臺面的位移。可使用單個致動器使臺面沿著軸線移動，但致動器可能產生較小的位移誤差，除非致動器被其他元件錨固或引導。

圖1示出了每條軸線具有單個致動器的一個這樣的現有技術的直接驅動柔性平臺系統。圖中示出了開放框架并聯式運動柔性平臺，其包括固定基準框架102、移動臺面104、兩個正交致動器106和兩個位置傳感器108。致動器106在通電時沿其長度伸展，從而移動臺面104。位置傳感器108感測由致動器106引起的位移。通過將每個致動器106連接到由計算機軟件控制的不同的電子放大器(未示出)來產生運動。致動器106和傳感器108并聯，這意味著它們都直接連接到固定框架102。這種平臺的預期用途是將附接到臺面104上的樣品定位成具有兩個自由度，以便可以通過傳感器測量樣品或由機床操作樣品。臺面104中的孔允許從兩側接近樣品。由于通過與另一軸線的致動機構的交叉聯接而在每條軸線中引入的幾何誤差，因此該現有技術的平臺系統不精確。

可以部署兩個或更多個致動器以減少單個致動器的誤差。當將兩個致動器一起部署在柔性框架內以產生沿著單條軸線的運動時，可以實現更精確的運動。然而，串聯致動器可能由于延長致動器而產生的橫向反作用力從而依然產生小誤差。具體地說，反作用力可能產生圍繞與臺面垂直的軸線的旋轉，這被稱為偏轉誤差。由于偏轉誤差而引起的位移誤差在臺面的中心可能較小，但是小的旋轉誤差可能導致臺面邊緣處的更大位移誤差，這可能導致制造成本增加、生產效率降低或甚至因錯誤組裝的產品而造成的浪費。

圖2示出了每條運動軸線具有兩個致動器106的現有技術平臺系統。柔性框架110中的位于圖2底部處的致動器106構造為引起沿軸線A的位移，而柔性框架110中的位于圖2右側的致動器106構造為引起沿軸線B的位移。每條運動軸線彼此垂直。采用延伸臂112將臺面104連接到柔性框架110。該設計固有的是圍繞軸線C的旋轉誤差，即通過用柔性框架110致動致動器106而產生的偏轉誤差。如圖所示，當圖2底部的用于軸線A的致動器106伸展時，系統從狀態“a”移位到狀態“b”。延伸臂112與容納有用于軸線A的致動器106的柔性框架110連接且使臺面104從104a偏轉到104b。如圖所示，用電信號激活用于軸線A的未伸展的致動器106a，使得它們伸展到106b，并將柔性框架110從110a位移到110b，并且將延伸臂112從112a位移到112b。對于作為壓電致動器的致動器，電信號可以是施加的電壓，使得壓電致動器與施加的電壓成正比地伸展。偏轉誤差使系統元件(包括用于軸線B的未伸展的致動器106及其相應的柔性框架110)位置偏離。如圖2所示，偏轉誤差可能在納米級檢查或制造過程中造成有害的不精確性。

因此，在本領域中需要一種具有致動器且能夠在臺面位移期間補償和校正偏轉誤差的平臺系統。

發明內容

總的來說，本發明提供了一種這樣的平臺系統：其用于使用柔性框架內的至少兩個致動器來沿著至少一個運動軸線移動臺面，并且通過至少兩個致動器的定位來消除偏轉(yaw，也稱為“偏航”)誤差。