一種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機械設(shè)計與制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺ο
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對具有高精度和分辨率的大尺度運動平臺的需求越來越迫切，這類平臺在諸如1C制造裝備、超精密加工和測量、生物醫(yī)學(xué)工程、航天航空等領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)大尺度精密運動平臺一般采用伺服電機驅(qū)動和精密滾珠絲杠傳動的方式，也有采用直線電機直接驅(qū)動的方式。這類運動平臺的傳動部件在運動過程中不可避免的存在間隙、非線性摩擦、溫升、磨損等，因此難以獲得很高的運動精度，一般都限制在微米級別。雖然可以通過對滾珠絲杠進(jìn)行預(yù)緊消除間隙，以及采用氣浮支撐減小摩擦力，這可以在一定程度上提高平臺的運動精度，但是仍然難以滿足應(yīng)用需求。為了解決常規(guī)運動平臺傳動部件在運動過程中所出現(xiàn)的不利影響，出現(xiàn)了柔性鉸鏈機構(gòu)。這類機構(gòu)完全通過柔性鉸鏈的材料變形傳遞運動，因此具有運動無間隙、摩擦磨損，無需潤滑的優(yōu)點，同時利用壓電陶瓷致動器進(jìn)行驅(qū)動，其運動精度可以達(dá)到納米級別，因此在超精密領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。然而，受到了材料變形最大應(yīng)力的限制，這類機構(gòu)的行程很小，一般只有幾十微米，難以滿足大尺度運動需求。
[0004]為了能夠同時滿足大行程及高精度的運動要求，出現(xiàn)了宏微運動平臺，整個系統(tǒng)有宏動和微動兩個部分組成，其中宏動機構(gòu)可以實現(xiàn)大范圍的粗運動，微動機構(gòu)補償系統(tǒng)的運動誤差實現(xiàn)高精度的運動，從而有效地提高系統(tǒng)的分辨率、定位精度和跟蹤精度，宏微雙重驅(qū)動技術(shù)為實現(xiàn)大行程、高精度運動提供了有效地手段。目前的宏微平臺都是采用的在單軸或者ΧΥ運動平臺上串聯(lián)疊加微動驅(qū)動平臺，如上述壓電陶瓷驅(qū)動的柔性鉸鏈機構(gòu)。這種形式的宏微平臺可以在大尺度范圍內(nèi)實現(xiàn)很高的運動精度及分辨率，但是串聯(lián)疊加形式的宏微平臺存在著承載能力弱、固有頻率低、運動誤差耦合等缺點，只能適用于輕載、動態(tài)特性要求較低的場合。
[0005]因此如何設(shè)計具有高精度和分辨率，且具有高承載能力，動態(tài)性能優(yōu)異的大尺度運動平臺是一項具有挑戰(zhàn)和急需解決的任務(wù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為如下。
[0007]—種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺，其特征在于，第一直線驅(qū)動系統(tǒng)、第二直線驅(qū)動系統(tǒng)分別相互平行并對稱固定于基座1的平面前后兩側(cè)，第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈?zhǔn)峭耆嗤?；終端平臺2置于第一直線驅(qū)動系統(tǒng)與第二直線驅(qū)動系統(tǒng)之間，終端平臺2為Υ字形，三個頂端分別各自通過一個轉(zhuǎn)動軸與三個支鏈的一端相連，第一支鏈、第二支鏈的另一端分別通過固定旋轉(zhuǎn)軸鉸接在第一直線進(jìn)給平臺17上，第三支鏈的另一端通過固定旋轉(zhuǎn)軸鉸接在第二直線進(jìn)給平臺35上；第一直線進(jìn)給平臺17通過導(dǎo)軌滑塊與第一直線驅(qū)動系統(tǒng)中的直線導(dǎo)軌相連，第二直線進(jìn)給平臺35通過導(dǎo)軌滑塊與第二直線驅(qū)動系統(tǒng)中的直線導(dǎo)軌相連；兩個直線光柵尺分別平行于第一直線驅(qū)動系統(tǒng)與第二直線驅(qū)動系統(tǒng)的直線導(dǎo)軌；在基座1上固定安裝有平面光柵54 ;
[0008]直線驅(qū)動系統(tǒng)的宏動和各支鏈的微動控制終端平臺的2的位置，在給定了終端平臺2所需達(dá)到的位置值后，通過機構(gòu)的位置逆解，分別獲得第一直線進(jìn)給平臺17和第二直線進(jìn)給平臺35的運動位置量，第一直線進(jìn)給平臺17的運動量通過第一直線光柵尺19進(jìn)行精確測量，將第一直線進(jìn)給平臺17的運動誤差量反饋給第一直線進(jìn)給平臺17上的第一伺服電機4進(jìn)行全閉環(huán)補償控制以保證第一直線進(jìn)給平臺17的運動位置；第二直線進(jìn)給平臺35的運動量通過第二直線光柵尺37進(jìn)行精確測量，將第二直線進(jìn)給平臺35的運動誤差量反饋給第二直線進(jìn)給平臺35上的第二伺服電機22進(jìn)行全閉環(huán)補償控制以保證第二直線進(jìn)給平臺35的運動位置；通過平面光柵54能測量出終端平臺2的運動誤差，將該誤差量利用各支鏈中的壓電陶瓷致動器進(jìn)行補償。
[0009]所述第一直線驅(qū)動系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)包括第一伺服電機支撐座3固定在基座1的上；第一伺服電機4固定安裝在第一伺服電機支撐座3上；第一滾珠絲杠5通過第一聯(lián)軸器6與第一伺服電機4的轉(zhuǎn)軸相連接；第一滾珠絲杠5在靠近第一聯(lián)軸器6的一端通過固定在基座1上的第一滾珠絲杠固定支撐座7進(jìn)行支撐轉(zhuǎn)動，第一滾珠絲杠5的另一端通過固定在基座1上的第一滾珠絲杠浮動支撐座8進(jìn)行支撐轉(zhuǎn)動；在第一滾珠絲杠5上套接有第一絲杠螺母9，第一絲杠螺母座10與第一絲杠螺母9固定連接；在第一滾珠絲杠5的兩側(cè)分別布置有第一直線導(dǎo)軌11和第二直線導(dǎo)軌12，第一直線導(dǎo)軌11和第二直線導(dǎo)軌12分別與第一直線滾珠絲杠5軸線相平行，且第一導(dǎo)軌11與第一滾珠絲杠5的距離和第二直線導(dǎo)軌12與第一滾珠絲杠5的距離相等，第一直線導(dǎo)軌11和第二直線導(dǎo)軌12固定安裝于基座1上；在第一直線導(dǎo)軌11上安置有第一導(dǎo)軌滑塊13和第二導(dǎo)軌滑塊14，在第二直線導(dǎo)軌12上安置有第三導(dǎo)軌滑塊15和第四導(dǎo)軌滑塊16 ;第一直線進(jìn)給平臺17固定安裝于第一導(dǎo)軌滑塊13、第二導(dǎo)軌滑塊14、第三導(dǎo)軌滑塊15、第四導(dǎo)軌滑塊16和第一絲杠螺母座10上，第一滾珠絲杠5的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動第一絲杠螺母9沿著第一滾珠絲杠5的軸向運動，從而能通過第一絲杠螺母座10帶動第一直線進(jìn)給平臺17移動，在第一直線進(jìn)給平臺17外側(cè)固定安裝有第一光柵連接板18 ;第一直線光柵尺19的第一光柵讀數(shù)頭20與第一光柵連接板18固定連接，第一直線光柵尺19固定安裝于基座1上，且與第一滾珠絲杠5軸線相平行。
[0010]所述第二直線驅(qū)動系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)包括第二伺服電機支撐座21固定在基座1上；第二伺服電機22固定安裝在第二伺服電機支撐座21上；第二滾珠絲杠23通過第二聯(lián)軸器24與第二伺服電機22的轉(zhuǎn)軸相連接；第二滾珠絲杠23在靠近第二聯(lián)軸器24的一端通過固定在基座1上的第二滾珠絲杠固定支撐座25進(jìn)行支撐轉(zhuǎn)動，第二滾珠絲杠23的另一端通過固定在基座1上的第二滾珠絲杠浮動支撐座26進(jìn)行支撐轉(zhuǎn)動；在第二滾珠絲杠絲杠23上套接有第二絲杠螺母27，第二絲杠螺母座28與第二絲杠螺母27固定連接；在第二滾珠絲杠23的兩側(cè)分別布置有第三直線導(dǎo)軌29和第四直線導(dǎo)軌30，第三直線導(dǎo)軌29和第四直線導(dǎo)軌30分別與第二滾珠絲杠23軸線相平行，且第三直線導(dǎo)軌29與第二滾珠絲杠23的距離和第四直線導(dǎo)軌30與第二滾珠絲杠23的距離相等，第三直線導(dǎo)軌29和第四直線導(dǎo)軌30固定安裝于基座1上；在第三直線導(dǎo)軌29上安置有第五導(dǎo)軌滑塊31和第六導(dǎo)軌滑塊32，在第四直線導(dǎo)軌30上安置有第七導(dǎo)軌滑塊33和第八導(dǎo)軌滑塊34 ;第二直線進(jìn)給平臺35固定安裝于第五導(dǎo)軌滑塊31、第六導(dǎo)軌滑塊32、第七導(dǎo)軌滑塊33、第八導(dǎo)軌滑塊34和第二絲杠螺母座28上，第二滾珠絲杠23的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動第二絲杠螺母27沿著第二滾珠絲杠23的軸向運動，從而能通過第一絲杠螺母座28帶動第二直線進(jìn)給平臺35移動；在第二直線進(jìn)給平臺35外側(cè)固定安裝有第二光柵連接板36 ;第二直線光柵尺37的第二光柵讀數(shù)頭38與第二光柵連接板固定連接，第二直線光柵尺37固定安裝于基座1上，且與第二滾珠絲杠23軸線相平行。
[0011]所述第一直線進(jìn)給平臺17、第一支鏈、第二支鏈、終端平臺2上的第一轉(zhuǎn)動軸40-1和第二轉(zhuǎn)動軸40-2共同構(gòu)成了平行四邊形機構(gòu)，限制了終端平臺2的轉(zhuǎn)動自由度，因此終端平臺2僅具有平面移動自由度。
[0012]所述支鏈的主體部分為鉸鏈基體41-1 ;在鉸鏈基體41-1中包含有柔性單元，通過對其變形的控制實現(xiàn)平臺的微動補償；柔性單元由柔性單元驅(qū)動平臺41-1-1、柔性單元終端平臺41-1-2、與支鏈基體41-1軸線相垂直的矩形柔性鉸鏈甲41-1-3、矩形柔性鉸鏈乙41-1-4、矩形柔性鉸鏈丙41-1-5、矩形柔性鉸鏈丁 41-1-6，和與支鏈基體41_1軸線相平行的矩形柔性鉸鏈戊41-1-7共同組成；柔性單元驅(qū)動平臺41-1-1通過矩形柔性鉸鏈甲41-1-3、矩形柔性鉸鏈乙41-1-4與鉸鏈基體41-1固定連接；柔性單元終端平臺41_1_2通過矩形柔性鉸鏈丙41-1-5、