[發明專利]接觸式剛度切換裝置及使用其的剛柔耦合運動平臺和方法

有效

• 申請號: 201811452523.4
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109465652B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 曾丹平;楊志軍;李艷龍;潘加鍵;黃瑞銳
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: B23Q1/26
• 分類號: B23Q1/26
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 楊曉松

本發明公開了一種帶剛度切換裝置的剛柔耦合平臺，所述剛柔耦合平臺包括：中空剛性框架、核心運動平臺和柔性鉸鏈；所述中空剛性框架通過所述柔性鉸鏈與所述核心運動平臺連接；所述剛柔耦合運動平臺還包括剛度切換裝置；所述剛度切換裝置固定于所述中空剛性框架與所述核心運動平臺之間的空隙；所述剛度切換裝置包括致動機構和楔形塊；所述致動機構控制所述楔形塊在所述空隙中移動，以改變所述核心運動平臺與所述剛性框架之間的所述空隙大小，從而改變所述柔性鉸鏈的剛度。本發明能夠解決剛柔耦合平臺在高速運動過程中的振動問題，實現高低剛度切換，避免了低剛度柔性鉸鏈高速時振動和高剛度柔性鉸鏈補償效果不佳的矛盾。

技術領域

本發明涉及電機驅動技術，更具體的涉及一種帶剛度切換裝置的剛柔耦合平臺及運動平臺。

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。

為了降低在啟動、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，提出一種非常有效的方案——基于柔性鉸鏈的剛柔耦合運動平臺，依靠柔性鉸鏈彈性變形來實現連續高精度的運動。柔性鉸鏈運動副的工作原理限制了其主要適用于微小行程的運動。因此，在大行程運動過程中，柔性鉸鏈往往會與有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，對大范圍運動進行補償。

然而，在這個大范圍的運動過程中，由于柔性鉸鏈本身的剛度非常小，因此柔性鉸鏈會隨著平臺的運動而不斷往復振動，會影響大范圍運動過程中精密平臺的剛度和運動精度。

發明內容

本發明旨在提出一種帶剛度切換裝置的剛柔耦合平臺，在宏動平臺進行大范圍運動過程中，該裝置將微動平臺“鎖死”，從而抑制柔性鉸鏈的振動，即在這個過程中，精密運動平臺可視為一個剛性平臺；當精密運動平臺啟動、停止和微進給過程中時，該裝置自動“解鎖”，放開柔性鉸鏈，使得微動平臺進行微小行程的運動，得以對大范圍運動進行補償。如此便可降低精密運動平臺在大范圍運動過程中柔性鉸鏈的振動對平臺剛度和運動精度的影響，同時也能降低精密運動平臺在啟動、停止和微進給過程中摩擦力變化導致的“爬行”對運動和定位精度的影響。具體技術方案如下。

一種帶剛度切換裝置的剛柔耦合平臺，所述剛柔耦合平臺包括：中空剛性框架、核心運動平臺和柔性鉸鏈；所述中空剛性框架通過所述柔性鉸鏈與所述核心運動平臺連接；所述剛柔耦合運動平臺還包括剛度切換裝置；所述剛度切換裝置固定于所述中空剛性框架與所述核心運動平臺之間的空隙；所述剛度切換裝置包括致動機構和楔形塊；所述致動機構控制所述楔形塊在所述空隙中移動，以改變所述核心運動平臺與所述剛性框架之間的所述空隙大小，從而改變所述柔性鉸鏈的剛度。

進一步，所述楔形塊包括上端楔形塊和下端楔形塊；所述致動機構包括軸、彈簧、電磁鐵和推拉電磁鐵；所述上端楔形塊固定在所述軸的上端，兩個所述楔形塊之間均設置有彈簧，下端楔形塊的下方設有電磁鐵，軸的下端連接推拉電磁鐵。

進一步，所述剛性框架和/或所述核心運動平臺留有通孔；所述軸穿過所述通孔與所述剛性框架和/或所述核心運動平臺連接；所述彈簧包括上彈簧和下彈簧；所述上彈簧設置在所述通孔與所述上楔形塊之間；所述下彈簧設置在所述通孔與所述下端楔形塊之間。

進一步，所述通孔應預留出一定的余量，給軸留出一個橫向的運動空間。