CN101000807A - 基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台。将平面电机底座固定在基座上，平面电机动平台悬浮在平面电机底座上，微运动平台底座固定在平面电机动平台上，在同一块材料一体加工出来的柔性铰链与定位平台固定在微运动平台底座上，X向与Y向超磁致伸缩驱动器的输出杆相互垂直分别紧靠在定位平台的X向与Y向侧面，X向与Y向超磁致伸缩驱动器支座分别固定在微运动平台底座上。本发明能在大范围内实现快速移动，在小范围内实现高精度的位置调整；产生的驱动力大，可用于有较大负载的场合；平面电机采用的是悬浮结构，超磁致伸缩微驱动器驱动的是与柔性铰链一体加工的定位平台，使得整个结构避免了摩擦力的影响。

Description

基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台

技术领域

本发明涉及定位装置，尤其是涉及一种基于平面电机与超磁致伸缩驱动器，能实现宏/微两级驱动的精密定位平台。

背景技术

在大规模集成电路、微机械、航天技术、计量科学与技术、光学与电子工程、精密工程、生物芯片制造、纳米科学与技术等领域中迫切需要高精度的大范围定位技术。在传统的高精度定位系统中，大多采用旋转式电机与压电陶瓷驱动器相结合的宏/微两级进给系统，即以旋转式步进电机及滚珠丝杠结构进行大行程的宏定位，以压电陶瓷驱动器进行微小行程的精定位。采用这种结构，不但使得结构复杂，中间传动机构易因为丝杠的反向间隙及摩擦引入传动误差，而且采用压电陶瓷驱动器进行精定位存在工作电压高、驱动功率小、滞后大的不足。

发明内容

为了克服现有的大行程精密定位平台的不足，本发明的目的在于提供一种基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台，该精密定位平台不仅能实现大行程的精密定位，而且能大大提高定位平台的驱动能力，还能避免由于丝杠传动摩擦力与反向间隙所产生的传动误差。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

它包括平面电机底座、平面电机动平台、微运动平台底座、X向超磁致伸缩驱动器、Y向超磁致伸缩驱动器、柔性铰链与定位平台；平面电机底座固定在基座上，平面电机动平台悬浮在平面电机底座上，微运动平台底座固定在平面电机动平台上，在同一块材料一体加工出来的柔性铰链与定位平台固定在微运动平台底座上，X向超磁致伸缩驱动器与Y向超磁致伸缩驱动器的输出杆相互垂直分别紧靠在定位平台的X向侧面与Y向侧面，X向超磁致伸缩驱动器与Y向超磁致伸缩驱动器分别用支座固定在微运动平台底座上。

所述的在同一块材料一体加工出来的柔性铰链与定位平台，柔性铰链为直角铰链，且在定位平台的X、Y两个侧面上分别加工出半圆槽，X向超磁致伸缩驱动器与Y向超磁致伸缩驱动器的输出杆安置在半圆槽上，便于紧靠在定位平台相应的侧面上。

所述的X向超磁致伸缩驱动器和Y向超磁致伸缩驱动器结构相同，均包括端盖、壳体、超磁致伸缩材料、输出杆、螺帽、预压弹簧、激励线圈和心线圈骨架；超磁致伸缩材料置于空心线圈骨架中，激励线圈绕在空心线圈骨架外，并安装在壳体内，超磁致伸缩材料的一端由固定在壳体的端盖顶紧，超磁致伸缩材料的另一端由输出杆的一端面顶紧，输出杆的另一端伸入预压弹簧中，拧紧螺帽，通过预压弹簧将输出杆固定在壳体中。

本发明具有的有益效果是：能在大范围内实现快速移动，在小范围内实现高精度的位置调整；产生的驱动力大，可用于有较大负载的场合；因为平面电机采用的是磁悬浮结构，超磁致伸缩微驱动器驱动的是与柔性铰链一体加工的定位平台，使得整个结构避免了摩擦力的影响；平面电机实现宏运动的最大速度可达500mm/s，重复定位精度为6μm；超磁致伸缩微驱动器实现微运动的最大驱动力为400N，最大伸长量为8μm，重复定位精度达40nm。

附图说明

图1是本发明的整体结构原理示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

图3是柔性铰链与定位平台的结构原理图。

图4是图3的A向视图。

图5是图3的I-I放大图。

图6是超磁致伸缩驱动器的结构原理图。

图中：1.平面电机底座，2.平面电机动平台，3.微运动平台底座，4.X向超磁致伸缩驱动器，5.一号支座，5’.二号支座，5”.三号支座，6.Y向超磁致伸缩驱动器，7.四号支座，7’.五号支座，7”.六号支座，8.柔性铰链，9.定位平台，10.直角槽，10’.直角槽，11.端盖，12.壳体，13.超磁致伸缩材料，14.输出杆，15.螺帽，16.预压弹簧，17.激励线圈，18.空心线圈骨架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明包括平面电机底座1、平面电机动平台2、微运动平台底座3、X向超磁致伸缩驱动器4、Y向超磁致伸缩驱动器6、柔性铰链8与定位平台9；平面电机底座1固定在基座上，平面电机动平台2悬浮在平面电机底座1上，微运动平台底座3固定在平面电机动平台2上，在同一块材料一体加工出来的柔性铰链8与定位平台9采用定位销与螺钉固定在微运动平台底座3上，X向超磁致伸缩驱动器4与Y向超磁致伸缩驱动器6的输出杆相互垂直分别紧靠在定位平台9的X向侧面与Y向侧面，X向超磁致伸缩驱动器4采用一号支座5、二号支座5’、三号支座5”固定在微运动平台底座3上，Y向超磁致伸缩驱动器6采用四号支座7、五号支座7’、六号支座7”固定在微运动平台底座3上。

如图3、图5所示，所述的在同一块材料一体加工出来的柔性铰链8与定位平台9，通过切削直角铰链槽10、10’，在定位平台9的四个角上加工出能在X、Y方向上产生微小位移的柔性铰链8，在定位平台9的X、Y两个侧面上分别加工出半圆槽，X向超磁致伸缩驱动器4与Y向超磁致伸缩驱动器6的输出杆安置在半圆槽上，便于紧靠在定位平台9相应的侧面上。当X向超磁致伸缩驱动器4与Y向超磁致伸缩驱动器6伸长时，由柔性铰链8带动定位平台9实现微小位移。

如图6所示，所述的X向超磁致伸缩驱动器4和Y向超磁致伸缩驱动器6结构相同，均包括端盖11、壳体12、超磁致伸缩材料13、输出杆14、螺帽15、预压弹簧16、激励线圈17和心线圈骨架18；超磁致伸缩材料13置于空心线圈骨架18中，激励线圈17绕在空心线圈骨架18外，并安装在壳体12内，超磁致伸缩材料13的一端由固定在壳体12的端盖11顶紧，超磁致伸缩材料13的另一端由输出杆14的一端面顶紧，输出杆14的另一端伸入预压弹簧16中，拧紧螺帽15，通过预压弹簧16将输出杆14固定在壳体12中。

本发明的工作原理如下：

将安装有超磁致伸缩微驱动器、柔性性铰链及定位平台的微运动平台固定在平面电机的动平台上；大行程的宏运动采用平面电机实现，微运动采用超磁致伸缩微驱动器实现；当平面电机产生的宏运动快速接近预定位置并进入超磁致伸缩微驱动器的微行程范围内后，由超磁致伸缩微驱动器推动柔性铰链，通过柔性铰链的微小变形来实现定位平台的微运动，并最终到达预定位置。

大行程的宏运动采用平面电机进行大范围的运动定位，在接近预定位置时减速，并在进入超磁致伸缩微驱动器的微行程范围内后要保持静止状态，便于进行微运动的精密定位。

在微小行程的微运动中，螺帽15、预压弹簧16保证超磁致伸缩材料13工作在受压的状态下，端盖11、壳体12用于固定空心线圈骨架18及超磁致伸缩材料13，并与超磁致伸缩材料13共同形成磁回路，从激励线圈17中输入激励电流(已叠加偏置电流)，产生的磁场使超磁致伸缩材料13发生伸长或缩短，推动柔性铰链8，使柔性铰链8发生微小变形，实现定位平台9无摩擦的微小行程精密定位。

Claims (3)

1.基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台，其特征在于：它包括平面电机底座(1)、平面电机动平台(2)、微运动平台底座(3)、X向超磁致伸缩驱动器(4)、Y向超磁致伸缩驱动器(6)、柔性铰链(8)与定位平台(9)；平面电机底座(1)固定在基座上，平面电机动平台(2)悬浮在平面电机底座(1)上，微运动平台底座(3)固定在平面电机动平台(2)上，在同一块材料一体加工出来的柔性铰链(8)与定位平台(9)固定在微运动平台底座(3)上，X向超磁致伸缩驱动器(4)与Y向超磁致伸缩驱动器(6)的输出杆相互垂直分别紧靠在定位平台(9)的X向侧面与Y向侧面，X向超磁致伸缩驱动器(4)与Y向超磁致伸缩驱动器(6)分别用支座固定在微运动平台底座(3)上。

2.根据权利要求1所述的基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台，其特征在于：所述的在同一块材料一体加工出来的柔性铰链(8)与定位平台(9)，柔性铰链(8)为直角铰链，且在定位平台(9)的X、Y两个侧面上分别加工出半圆槽，X向超磁致伸缩驱动器(4)与Y向超磁致伸缩驱动器(6)的输出杆安置在半圆槽上，便于紧靠在定位平台(9)相应的侧面上。

3.根据权利要求1所述的基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台，其特征在于：所述的X向超磁致伸缩驱动器(4)和Y向超磁致伸缩驱动器(6)结构相同，均包括端盖(11)、壳体(12)、超磁致伸缩材料(13)、输出杆(14)、螺帽(15)、预压弹簧(16)、激励线圈(17)和心线圈骨架(18)；超磁致伸缩材料(13)置于空心线圈骨架(18)中，激励线圈(17)绕在空心线圈骨架(18)外，并安装在壳体(12)内，超磁致伸缩材料(13)的一端由固定在壳体(12)的端盖(11)顶紧，超磁致伸缩材料(13)的另一端由输出杆(14)的一端面顶紧，输出杆(14)的另一端伸入预压弹簧(16)中，拧紧螺帽(15)，通过预压弹簧(16)将输出杆(14)固定在壳体(12)中。

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