[發明專利]一種三自由度宏微運動并聯結構裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201910807905.2
• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110421553B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發明（設計）人: 張憲民;姚錫森;邱志成
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

1.一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，包括機械本體部分、檢測部分及控制部分；

所述機械本體部分包括氣浮平臺，平臺靜基座、微動平臺、驅動微動平臺宏動的宏動支鏈及驅動微動平臺精密微運動的微動支鏈；

所述宏動支鏈由三個相同規格的音圈直線電機構成，三個音圈直線電機在平臺靜基座上呈圓周排列，互成120度；

所述微動支鏈包括微動傳動軸；所述微動傳動軸一端與微動平臺連接，其另一端與音圈直線電機連接；

所述檢測部分包括設置在宏動支鏈的光柵位移傳感器、設置在微動支鏈的光譜共焦式位移傳感器及設置在平臺靜基座的短量程激光測距傳感器；

所述控制部分分別與檢測部分、宏動支鏈及微動支鏈連接。

2.根據權利要求1所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述控制部分包括數據采集卡、計算機、運動控制卡、音圈電機伺服放大器及直線精密單元伺服放大器；

光柵位移傳感器、光譜共焦式位移傳感器及短量程激光測距傳感器采集信號輸入數據采集卡，所述數據采集卡與計算機連接，計算機與運動控制卡相互連接，運動控制卡輸出控制信號到音圈電機伺服放大器及直線精密單元伺服放大器，進一步驅動宏動支鏈及微動支鏈運動。

3.根據權利要求1所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述微動傳動軸包括微動傳動軸基體、柔性鉸鏈及微動傳動軸移動塊，所述微動傳動軸基體通過柔性鉸鏈與微動傳動軸移動塊連接，所述微動傳動軸基體的一端通過固定軸與音圈直線電機連接，將音圈直線電機的運動傳遞至微動傳動軸，所述微動傳動軸移動塊通過階梯軸與微動平臺連接。

4.根據權利要求3所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述音圈直線電機包括導軌、音圈直線電機滑塊、音圈直線電機推板、音圈直線電機線圈、音圈直線電機套筒、音圈直線電機支板及音圈直線電機底板，音圈直線電機底板固定于平臺靜基座上，音圈直線電機滑塊在音圈直線電機推板和音圈直線電機線圈的推動下在導軌上相對音圈直線電機底板的移動，音圈直線電機滑塊與固定軸連接。

5.根據權利要求3所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述微動傳動軸基體上設有壓電陶瓷驅動器、驅動器調整塊及驅動器固定塊，所述壓電陶瓷驅動器的尾端與驅動器調整塊連接，其頭端與驅動器固定塊連接，所述驅動器調整塊固定在微動傳動軸基體上，所述驅動器調整塊固定在微動傳動軸移動塊。

6.根據權利要求3所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述微動傳動軸基體上設有配重塊。

7.根據權利要求4所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述音圈直線電機滑塊上還設有電機-光柵尺連接塊。

8.根據權利要求3所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述微動移動軸移動塊固定有微動檢測塊，微動移動軸移動塊移動時，檢測塊被帶動產生相對光譜共焦式位移傳感器的位移。

9.根據權利要求1所述的一種三自由度宏微運動并聯結構裝置，其特征在于，所述微動傳動軸由一金屬板經線切割技術加工制成。

10.一種如權利要求1-9任一項所述的三自由度宏微運動并聯結構裝置的控制方法，其特征在于，包括：

第一步，將相應傳感器進行初始化復位操作；

第二步，微動平臺的宏動定位，具體是：規劃微動平臺的運動軌跡，利用光柵位移傳感器檢測宏動支鏈的位置信息，傳送至數據采集卡，并傳送至計算機，由計算機計算運動軌跡，然后傳送軌跡信號至運動控制卡的D/A轉換電路輸出至音圈直線電機伺服放大器，控制音圈直線電機產生相應的運動；

第三步，微動平臺的精密定位，具體為：用于檢測微動支鏈的光譜共焦式位移傳感器將位置信息傳送至數據采集卡，然后傳送至計算機，由計算機計算運動軌跡，然后傳送軌跡信號至運動控制卡的D/A轉換電路輸出至直線精密單元伺服放大器，控制壓電陶瓷驅動器產生相應的運動；

第四步，經過第二、第三步驟的驅動定位下，由于溫度、變形、摩擦等因素的影響，微動平臺只運動至目標定位點附近，通過三個方向的短量程激光測距傳感器檢測微動平臺的三條邊的距離信息，傳送至計算機后通過相關算法計算當前微動平臺的位置得到控制量，最后將控制信息傳送至運動控制卡，繼續進行微動平臺的補償控制，最終實現精確定位。