[發(fā)明專利]一種三自由度宏微運動并聯(lián)結構裝置及控制方法

有效

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• 申請日: 2019-08-29
• 公開（公告）號: CN110421553B
• 公開（公告）日: 2023-10-20
• 發(fā)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(chǎn)權代理有限公司 44245
• 代理人: 王東東

本發(fā)明公開了一種三自由度宏微運動并聯(lián)結構裝置及控制方法，包括機械本體部分、檢測部分及控制部分；機械本體部分包括氣浮平臺、平臺靜基座、微動平臺、驅(qū)動微動平臺宏動運動的宏動支鏈、驅(qū)動微動平臺精密微運動的微動支鏈，檢測部分包括光柵位移傳感器、光譜共焦式位移傳感器及短量程激光測距傳感器，控制部分包括音圈電機伺服放大器、直線精密單元伺服放大器、運動控制卡、數(shù)據(jù)采集卡及計算機。本發(fā)明音圈直線電機的宏動運動保證軌跡跟蹤和運動范圍，直線精密驅(qū)動單元驅(qū)動的微動運動實現(xiàn)高精度定位控制，宏動和微動集成解決大行程與高精度的矛盾，在較大工作空間內(nèi)實現(xiàn)高精度定位控制。

技術領域

本發(fā)明涉及精密定位領域，具體涉及一種三自由度宏微運動并聯(lián)結構裝置及控制方法。

背景技術

隨著科學技術的發(fā)展，精密制造、精密測量及精密定位技術在科研前沿和工業(yè)生產(chǎn)中占據(jù)越來越重要的地位。在IC制造中需要更高速、更高精度加工及高速掃描檢測的大行程精密定位平臺。在生物醫(yī)療領域，對生物細胞的搬運與轉移的操作行程比注射、切割、融合等等一系列的微操作都需要微型化的精密定位平臺。串聯(lián)機構精度低、累積誤差大、剛度低，不滿足高精密操作的要求。為達到高精度的定位要求，提出了并聯(lián)機構的概念。并聯(lián)方式驅(qū)動具有高剛度、高負載以及快速響應等特點。

為解決大行程高精度的這一個矛盾，急需一種具有毫米級行程、納米級定位精度的平臺，并聯(lián)結構的宏微結合驅(qū)動平臺是研究者得出的一種可行方案，但該方案需要保證宏動平臺的運動分辨率在微動平臺定位精度的范圍內(nèi)，這對宏動平臺的各項性能提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種三自由度宏微運動并聯(lián)結構裝置及控制方法。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種三自由度宏微運動并聯(lián)結構裝置，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(qū)動微動平臺宏動的宏動支鏈及驅(qū)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(guī)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。

所述控制部分包括數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集卡，所述數(shù)據(jù)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(qū)動宏動支鏈及微動支鏈運動。

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。

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。