專利名稱：并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及兩軸聯(lián)動解耦機構技術領域，更具體地，涉及一種并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺。
背景技術：
目前廣泛采用的兩軸平面運動平臺多采用旋轉電機加滾珠絲杠等傳動方式，在這種情況下，旋轉電機通過絲杠將旋轉運動轉化為直線運動，存在傳動環(huán)節(jié)，使得運動副之間存在間隙等非線性環(huán)節(jié)，且運動部分質量大，限制了平臺的運動速度、加速度及控制精度等性能指標。所以開發(fā)新型驅動方式和機構(低摩擦、高加速度、運動解耦機構)的高速高精度運動系統(tǒng)已成為激光加工、精密光電檢測等領域的重要研究內容。目前國際以及國內精密定位平臺多采用直線電機驅動的方式取代以往的旋轉電機驅動方式以簡化工作組件組成、減少裝配和組件間隙誤差。例如美國H2W Tech公司生產的31-0305xy音圈電機驅動平臺，是目前市場上較為成熟及定位精度較高的一款定位平臺。其理論上具有無線分辨率、無滯后、高響應、高速、體積小等優(yōu)點。但是經過我們的應用發(fā)現其存在的以下不足如音圈電機驅動線纜隨各級運動平臺運動對于高速軌跡跟蹤控制產生干擾；底層平臺驅動質量較大對于高速、高加速軌跡跟蹤控制存在先天不足。

發(fā)明內容
本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術問題之一。為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種并聯(lián)的運動質量小、精度高的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺。根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，包括基座；第一和第二直線電機，所述第一和第二直線電機分別安裝在所述基座上且分別沿相互垂直的第一和第二水平方向延伸，所述第一和第二直線電機分別包括第一和第二電機動子，所述第一和第二電機動子分別與所述第一和第二直線電機相連且分別在所述第一和第二直線電機的驅動下沿所述第一和第二水平方向移動；和運動平臺，所述運動平臺安裝在所述第一和第二直線電機之間，所述運動平臺的第一和第二側邊分別與所述第一和第二電機動子相連且分別在所述第一和第二電機動子的驅動下沿所述第一和第二水平方向移動。根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，采用并聯(lián)式結構，結構簡單且對稱，第一和第二水平方向的運動組件可以互換，便于加工及維護，并且在工作時更容易保證運動平臺在運動時的水平度，從驅動力電信號的輸入到運動平臺的運動的執(zhí)行結果在每個運動方向上更加一致，有利于控制平面運動的軌跡輪廓精度。另外，根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，還可以具有如下附加的技術特征根據本發(fā)明的一個實施例，所述運動平臺大體形成為矩形，所述運動平臺的第一側邊上形成有沿所述第二水平方向延伸的第一滑軌，所述第二側邊上形成有沿所述第一水平方向延伸的第二滑軌，所述第一側邊與所述第一電機動子之間設有與所述第一滑軌適配的第一滑塊，所述第一滑軌可滑動地安裝在所述第一滑塊內以使所述運動平臺在所述第二水平方向運動；所述第二側邊與所述第二電機動子之間設有與所述第二滑軌適配的第二滑塊，所述第二滑軌可滑動地安裝在所述第二滑塊內以使所述運動平臺在所述第一水平方向運動?？蛇x地，所述第一直線電機上形成有沿所述第一水平方向延伸的第一導軌，所述第二直線電機上形成有沿所述第二水平方向延伸的第二導軌且所述第一和第二導軌垂直相連，所述第一滑塊與所述第一電機動子通過第一連接塊相連且所述第一連接塊下部形成有與所述第一導軌適配的第一滑槽，所述第二滑塊與所述第二電機動子通過第二連接塊相連且所述第二連接塊下部形成有與所述第二導軌適配的第二滑槽。優(yōu)選地，所述第一和第二滑軌與所述運動平臺一體形成。根據本發(fā)明的一個實施例，還包括第一和第二位移傳感器，所述第一和第二位移傳感器分別安裝在所述基座的第一和第二水平方向上以檢測所述運動平臺的移動距離?？蛇x地，所述第一和第二位移傳感器分別包括第一和第二光柵，所述第一和第二光柵分別安裝在所述第一和第二連接塊上；和第一和第二計數器，所述第一和第二計數器分別安裝在所述基座的第一和第二水平方向上以計量所述第一和第二光柵在所述第一和第二水平方向上的移動距離。根據本發(fā)明的一個實施例，所述第一和第二直線電機為音圈直線電機?？蛇x地，所述第一和第二直線電機的第一和第二電機動子為永磁體。根據本發(fā)明的一個實施例，所述第一和第二直線電機的電磁線圈固定安裝在所述基座上，且所述第一和第二直線電機的電纜線由所述第一和第二電機動子引出。本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的立體圖；圖2是根據圖1中所示的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的右視圖；圖3是根據圖1中所示的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的左視圖；圖4是根據圖1中所示的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的俯視圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“長度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。下面結合附圖具體描述根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺。如圖1至圖4所示，根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺包括基座
10、第一直線電機20、第二直線電機30和運動平臺40。具體而言，第一直線電機20和第二直線電機30分別安裝在基座10上且分別沿相互垂直的第一水平方向(如圖1中所示的X向)和第二水平方向(如圖1中所示的Y向)延伸。第一直線電機20和第二直線電機30分別包括第一電機動子21和第二電機動子31,第一電機動子21和第二電機動子31分別與第一直線電機20和第二直線電機30相連且分別在第一直線電機20和第二直線電機30的驅動下沿第一和第二水平方向移動。運動平臺40安裝在第一直線電機20和第二直線電機30之間，運動平臺40的第一和第二側邊分別與第一電機動子21和第二電機動子31相連且分別在第一電機動子21和第二電機動子31的驅動下沿第一和第二水平方向移動。由此，根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，采用并聯(lián)式結構，結構簡單且對稱，第一和第二水平方向的運動組件可以互換，便于加工及維護，并且在工作時更容易保證運動平臺40在運動時的水平度，從驅動力電信號的輸入到運動平臺40運動的執(zhí)行結果在每個運動方向上更加一致，有利于控制平面運動的軌跡輪廓精度。根據本發(fā)明的一個實施例，運動平臺40大體形成為矩形，運動平臺40的第一側邊上形成有沿第二水平方向延伸的第一滑軌41，第二側邊上形成有沿第一水平方向延伸的第二滑軌42。并且，第一側邊與第一電機動子21之間設有與第一滑軌41適配的第一滑塊22，第一滑軌41可滑動地安裝在第一滑塊22內以使運動平臺40在第二水平方向運動；第二側邊與第二電機動子31之間設有與第二滑軌42適配的第二滑塊32，第二滑軌42可滑動地安裝在第二滑塊32內以使運動平臺40在第一水平方向運動。由此，通過第一滑軌41與第一滑塊22以及第二滑軌42與第二滑塊32的配合，可以實現運動平臺40在第一和第二水平方向上的運動。優(yōu)選地，如圖2和圖3所示，根據本發(fā)明的一個實施例，第一直線電機20上形成有沿第一水平方向延伸的第一導軌25，第二直線電機30上形成有沿第二水平方向延伸的第二導軌35且第一導軌25和第二導軌35垂直相連。第一滑塊22與第一電機動子21通過第一連接塊23相連且第一連接塊23下部形成有與第一導軌25適配的第一滑槽24，相應地，第二滑塊32與第二電機動子31通過第二連接塊33相連且第二連接塊33下部形成有與第二導軌35適配的第二滑槽34。由此,通過第一導軌25和第二導軌35與第一滑塊22和第二滑塊32的配合，可以實現運動平臺40在第一和第二水平方向上的運動，并且保證了運動平臺40在第一和第二水平方向上的運動軌跡。另外，運動平臺40與第一直線電機20和第二直線電機30的連接結構簡單，減少了線纜對于運動平臺40的非線性干擾，提高了系統(tǒng)剛度，增加了系統(tǒng)帶寬。需要理解的是，第一滑軌41與第二滑軌42與運動平臺40的連接結構沒有特殊限制，優(yōu)選地，根據本發(fā)明的一個實施例，第一滑軌41和第二滑軌42與運動平臺40 —體形成。由此，在不影響其裝配以及功能的前提下，可以提高運動平臺40整體的結構穩(wěn)定性，并且降低制備成本。為了檢測并記錄運動平臺40的移動距離，如圖4所示，根據本發(fā)明的一個實施例，還包括第一位移傳感器50和第二位移傳感器60,第一位移傳感器50和第二位移傳感器60分別安裝在基座10的第一和第二水平方向上以檢測運動平臺40的移動距離。具體地,第一位移傳感器50和第二位移傳感器60分別包括第一光柵51和第二光柵61，第一計數器52和第二計數器62。其中，第一光柵51和第二光柵61分別安裝在第一連接塊23和第二連接塊33上，也可以分別安裝在第一滑槽24和第二滑槽34上。其具體安裝方法沒有特殊限制，將第一光柵51和第二光柵61分別貼在第一滑槽24和第二滑槽34上即可。第一計數器52和第二計數器62分別安裝在基座10的第一和第二水平方向上以計量第一光柵51和第二光柵61在第一和第二水平方向上的移動距離，從而計量運動平臺在第一和第二水平方向上的移動距離。第一計數器52和第二計數器62可以通過螺釘固定安裝在基座10上，并且其計量結果可以通過信號線輸出。根據本發(fā)明的一個實施例，第一直線電機20和第二直線電機30為音圈直線電機。優(yōu)選地，第一直線電機20和第二直線電機30的第一電機動子21和第二電機動子31為永磁體。關于音圈直線電機以及永磁體，對于本領域普通技術人員來說，是可以理解并且容易實現的，因此不做詳細描述。根據本發(fā)明的一個實施例，第一直線電機20和第二直線電機30的電磁線圈固定安裝在基座10上，且第一直線電機20和第二直線電機30的電纜線由第一電機動子21和第二電機動子31引出。由此，通過信號線可直接從電磁線圈上引出，通過控制流入電磁線圈的電流，即可完成運動平臺40在第一和第二水平方向上的運動。下面具體描述根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺的工作原理。當只為第一直線電機20通電工作時，第一電機動子21沿第一水平方向運動，并且驅動第一滑塊22，第一滑塊22帶動運動平臺40，使運動平臺40的第二滑軌42與第二滑塊32形成相對運動，即運動平臺40沿第一水平方向發(fā)生位移。此時，第一滑軌41與第一滑塊22之間沒有相對運動，除運動平臺40外的運動質量只有第一電機動子21、第一滑塊22、第一滑軌41、第二滑軌42、第一連接塊23和第一滑槽24。第一位移傳感器50測量運動平臺40沿第一水平方向發(fā)生位移的距離。當只為第二直線電機30通電工作時，第二電機動子31沿第二水平方向運動，并且驅動第二滑塊32，第二滑塊32帶動運動平臺40，使運動平臺40的第一滑軌41與第一滑塊22形成相對運動，即運動平臺40沿第二水平方向發(fā)生位移。此時，第二滑軌42與第二滑塊32之間沒有相對運動，除運動平臺40外的運動質量只有第二電機動子31、第二滑塊32、第一滑軌41、第二滑軌42、第二連接塊33和第二滑槽34。第二位移傳感器60測量運動平臺40沿第二水平方向發(fā)生位移的距離。當第一直線電機20和第二直線電機30同時通電工作時，運動平臺40在第一和第二水平方向形成的平面，即圖1中所示的XY平面內做平面運動。第一位移傳感器50和第二位移傳感器60分別測量出運動平臺40在第一和第二水平方向兩個方向上的位移，并反饋給計算機，通過控制算法計算電機所需的控制電壓，從而實現運動平臺40的精密運動控制。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。盡管上面已經示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
權利要求
1.一種并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，包括: 基座; 第一和第二直線電機，所述第一和第二直線電機分別安裝在所述基座上且分別沿相互垂直的第一和第二水平方向延伸，所述第一和第二直線電機分別包括第一和第二電機動子，所述第一和第二電機動子分別與所述第一和第二直線電機相連且分別在所述第一和第二直線電機的驅動下沿所述第一和第二水平方向移動；和 運動平臺，所述運動平臺安裝在所述第一和第二直線電機之間，所述運動平臺的第一和第二側邊分別與所述第一和第二電機動子相連且分別在所述第一和第二電機動子的驅動下沿所述第一和第二水平方向移動。
2.根據權利要求1所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述運動平臺大體形成為矩形，所述運動平臺的第一側邊上形成有沿所述第二水平方向延伸的第一滑軌，所述第二側邊上形成有沿所述第一水平方向延伸的第二滑軌， 所述第一側邊與所述第一電機動子之間設有與所述第一滑軌適配的第一滑塊，所述第一滑軌可滑動地安裝在所述第一滑塊內以使所述運動平臺在所述第二水平方向運動； 所述第二側邊與所述第二電機動子之間設有與所述第二滑軌適配的第二滑塊，所述第二滑軌可滑動地安裝在所述第二滑塊內以使所述運動平臺在所述第一水平方向運動。
3.根據權利要求2所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一直線電機上形成有沿所述第一水平方向延伸的第一導軌，所述第二直線電機上形成有沿所述第二水平方向延伸的第二導軌且所述第一和第二導軌垂直相連， 所述第一滑塊與所述第一電機動子通過第一連接塊相連且所述第一連接塊下部形成有與所述第一導軌適配的第一滑槽，所述第二滑塊與所述第二電機動子通過第二連接塊相連且所述第二連接塊下 部形成有與所述第二導軌適配的第二滑槽。
4.根據權利要求2所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一和第二滑軌與所述運動平臺一體形成。
5.根據權利要求3所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，還包括第一和第二位移傳感器，所述第一和第二位移傳感器分別安裝在所述基座的第一和第二水平方向上以檢測所述運動平臺的移動距離。
6.根據權利要求5所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一和第二位移傳感器分別包括: 第一和第二光柵，所述第一和第二光柵分別安裝在所述第一和第二連接塊上；和 第一和第二計數器，所述第一和第二計數器分別安裝在所述基座的第一和第二水平方向上以計量所述第一和第二光柵在所述第一和第二水平方向上的移動距離。
7.根據權利要求1-6中任一項所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一和第二直線電機為音圈直線電機。
8.根據權利要求7所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一和第二直線電機的第一和第二電機動子為永磁體。
9.根據權利要求7所述的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，其特征在于，所述第一和第二直線電機的電磁線圈固定安裝在所述基座上，且所述第一和第二直線電機的電纜線由所述第一和第二電機動子引出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，包括基座；第一和第二直線電機；和運動平臺，所述運動平臺安裝在所述第一和第二直線電機之間，所述運動平臺的第一和第二側邊分別與所述第一和第二電機動子相連且分別在所述第一和第二電機動子的驅動下沿所述第一和第二水平方向移動。根據本發(fā)明實施例的并聯(lián)運動解耦伺服控制平臺，采用并聯(lián)式結構，結構簡單且對稱，第一和第二水平方向的運動組件可以互換，便于加工及維護，并且在工作時更容易保證運動平臺在運動時的水平度，從驅動力電信號的輸入到運動平臺的運動的執(zhí)行結果在每個運動方向上更加一致，有利于控制平面運動的軌跡輪廓精度。
文檔編號H02P5/46GK103078568SQ201210575659
公開日2013年5月1日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者張震, 王鵬, 閆鵬, 劉鵬博, 葉佩青 申請人:清華大學