CN102360165B

CN102360165B - 用于浸没单元调节的3-psr-v并联机构

Info

Publication number: CN102360165B
Application number: CN 201110294641
Authority: CN
Inventors: 傅新; 邵杰杰; 王楚男; 陈文昱
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-09-28
Filing date: 2011-09-28
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-09-28
Also published as: CN102360165A

Abstract

本发明公开了一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构。该并联机构的固定平台和运动平台之间通过三根相同的支链相连，每条支链中从运动平台到固定平台依次为移动副、球面副和转动副，其中球面副与转动副之间有连杆相连，三根连杆的轴线在同一平面内。三个移动副为驱动副，三个移动副与固定平台之间分别通过固连在固定平台一侧的三根滑轨相连。三根滑轨的轴线与固定平台垂直并沿着以固定平台的中心为圆心的圆周均布，三个转动副的轴线与运动平台垂直并沿着以运动平台中心为圆心的圆周均布。本发明可用于少自由度并联机构适用的场合，也可用于浸没式光刻中对安装在运动平台上的浸没单元进行位姿调整，对于安装空间要求苛刻的场合尤为适用。

Description

用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构

技术领域

本发明是涉及一种三自由度并联机构，尤其是涉及一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构。

背景技术

在浸没式光刻设备进行曝光时，浸没单元将安装于硅片上方，并在承片台带动硅片进行扫描的过程中维持浸没流场。为了保证曝光质量，必须要保证浸没流场的均一稳定。浸没单元正常工作时需要控制浸没单元下表面与硅片上表面的距离，并保持平行或在一定角度范围内，因此需要有一个机构可以对浸没单元的空间姿态和位置进行自动调节。

现有的三自由度并联机构也可以完成这个功能，但存在以下缺点：

（1）已有的3-PRS，3-RPS等三自由度并联机构运动学逆解相对较复杂。

（2）已有的3-PRS，3-RPS等三自由度并联机构，当存在一定的运动范围要求时，在不增加机构复杂性的前提下，轴向安装尺寸过大。

（3）已有的3-PSP三自由度并联机构，当存在一定的运动范围要求时，在不增加机构复杂性的前提下，径向安装尺寸过大。

对于浸没式光刻机来说应将浸没单元的安装对整体光刻机的影响减小到最低。在满足调节范围需求的前提下，浸没单元的调节装置应该具有较小的安装尺寸。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，可以对安装在运动平台上的浸没单元进行位姿调整，运动学逆解简单的，安装空间小的三自由度并联机构。本发明也适用于一般三自由度并联机构应用的场合。

本发明采用的技术方案是：

本发明包括固定平台、运动平台和支链阵列；支链阵列包括第一支链，第二支链和第三支链；其中：

1）第一支链：包括第一滑轨，第一移动副，第一球面副，第一连杆和第一转动副；第一滑轨垂直安装在固定平台上，第一移动副安装在第一滑轨，第一移动副内侧面安装第一球面副，第一连杆的一端与第一球面副连接，第一连杆的另一端与第一转动副连接，第一转动副的轴线与运动平台垂直，第一转动副安装在运动平台侧面的圆弧环形槽中；

2）第二支链：包括第二滑轨，第二移动副，第二球面副，第二连杆和第二转动副；第二滑轨垂直安装在固定平台上，第二移动副安装在第二滑轨，第二移动副内侧面安装第二球面副，第二连杆的一端与第二球面副连接，第二连杆的另一端与第二转动副连接，第二转动副的轴线与运动平台垂直，第二转动副安装在运动平台侧面的圆弧环形槽中；

2）第三支链：包括第三滑轨，第三移动副，第三球面副，第三连杆和第三转动副；第三滑轨垂直安装在固定平台上，第三移动副安装在第三滑轨，第三移动副内侧面安装第三球面副，第三连杆的一端与第三球面副连接，第三连杆的另一端与第三转动副连接，第三转动副的轴线与运动平台垂直，第三转动副安装在运动平台侧面的圆弧环形槽中；

所述的三个滑轨在固定平台上沿着以固定平台中心为圆心的圆周上均布；所述的三个转动副的轴线在运动平台上沿着以运动平台中心为圆心的圆弧环形槽中均布。

所述的三根连杆在同一平面内，该平面与运动平台平面平行或重合。

当运动平台与固定平台平行时，所述的三根连杆的轴线均不通过运动平台的中心线；而当运动平台倾斜至极限位置，即运动平台与固定平台间的夹角达到最大值时，所述的三根连杆中将有一根连杆的轴线与运动平台的中心线相交。

运动平台在空间内的最大运动范围由以下三个几部分共同决定，即所述三个移动副的轴线相对于固定平台的中心线之间的距离、所述三个连杆的长度以及所述三个转动副的轴线相对于运动平台的中心线之间的距离。

三个连杆设计成相同长度，或设计成长度能够根据运动范围需求进行相应调节。本发明具有的有益的效果是：

1、本发明结构简单，机构关节少，可靠性好；

2、本发明对于运动学逆解的求解相对简单；

3、本发明可通过调节球面副与转动副之间的连杆长度获得不同的调节范围；

4、本发明在一定的运动范围内，在不增加机构复杂性的前提下，同时在轴向和径向安装尺寸都相对现有的三自由度并联机构小。

附图说明

图1是本发明的等轴测视图。

图2是本发明的机构简图。

图3是本发明初始位置时的俯视图。

图4是本发明最大运动极限位置时运动平台的俯视图。

图中：1、固定平台，2、支链阵列， 2A、第一支链，2B、第二支链，2C、第三支链， 3A、第一滑轨，3B、第二滑轨，3C、第三滑轨，4A、第一移动副，4B、第二移动副，4C、第三移动副，5A、第一球面副，5B、第二球面副，5C、第三球面副，6A、第一连杆，6B、第二连杆，6C、第三连杆，7A、第一转动副，7B、第二转动副，7C、第三转动副，8、运动平台。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1～图4所示，本发明包括固定平台1、运动平台8和支链阵列2；支链阵列包括第一支链2A，第二支链2B和第三支链2C；其中：

1）第一支链2A：包括第一滑轨3A，第一移动副4A，第一球面副5A，第一连杆6A和第一转动副7A；第一滑轨3A垂直安装在固定平台1上，第一移动副4A安装在第一滑轨3A，第一移动副4A内侧面安装第一球面副5A，第一连杆6A的一端与第一球面副5A连接，第一连杆6A的另一端与第一转动副7A连接，第一转动副7A的轴线与运动平台8垂直，第一转动副7A安装在运动平台8侧面的圆弧环形槽中；

2）第二支链2B：包括第二滑轨3B，第二移动副4B，第二球面副5B，第二连杆6B和第二转动副7B；第二滑轨3B垂直安装在固定平台1上，第二移动副4B安装在第二滑轨3B，第二移动副4B内侧面安装第二球面副5B，第二连杆6B的一端与第二球面副5B连接，第二连杆6B的另一端与第二转动副7B连接，第二转动副7B的轴线与运动平台8垂直，第二转动副7B安装在运动平台8侧面的圆弧环形槽中；

2）第三支链2C：包括第三滑轨3C，第三移动副4C，第三球面副5C，第三连杆6C和第三转动副7C；第三滑轨3C垂直安装在固定平台1上，第三移动副4C安装在第三滑轨3C，第三移动副4C内侧面安装第三球面副5C，第三连杆6C的一端与第三球面副5C连接，第三连杆6C的另一端与第三转动副7C连接，第三转动副7C的轴线与运动平台8垂直，第三转动副7C安装在运动平台(8)侧面的圆弧环形槽中；

所述的三个滑轨3A、3B、3C在固定平台1上沿着以固定平台中心为圆心的圆周上均布；所述的三个转动副4A、4B、4C的轴线在运动平台8上沿着以运动平台中心为圆心的圆弧环形槽中均布。

所述的三根连杆6A、6B、6C在同一平面内，该平面与运动平台8平面平行或重合。

当运动平台8与固定平台1平行时，所述的三根连杆6A、6B、6C的轴线均不通过运动平台8的中心线；而当运动平台8倾斜至极限位置，即运动平台8与固定平台1间的夹角达到最大值时，所述的三根连杆6A、6B、6C中将有一根连杆的轴线与运动平台8的中心线相交。

运动平台8在空间内的最大运动范围由以下三个几部分共同决定，即所述三个移动副4A、4B、4C的轴线相对于固定平台1的中心线之间的距离、所述三个连杆6A、6B、6C的长度以及所述三个转动副7A、7B、7C的轴线相对于运动平台8的中心线之间的距离。

三个连杆 6A、6B、6C设计成相同长度，或设计成长度能够根据运动范围需求进行相应调节。

如图1、图2所示，三个移动副4A、4B、4C为驱动，驱动方式可以采用滚珠丝杠、直线电机以及液压气动缸等直线执行器。三个移动副4A、4B、4C分别与三个球面副5A、5B、5C通过螺栓或焊接等方式固连在一起。三个球面副5A、5B、5C分别通过三根连杆6A、6B、6C与三个转动副7A、7B、7C采用螺栓或焊接等方式连接。三个滑轨3A、3B、3C的轴线均与固定平台1垂直并沿着以固定平台1的中心为圆心的圆周均布。三个转动副7A、7B、7C的轴线均与运动平台8垂直并沿着以运动平台8中心为圆心的圆周均布。

如图3所示，当三个移动副4A、4B、4C到固定平台1的距离相同时，三个球面副5A、5B、5C，三个转动副7A、7B、7C，三根连杆6A、6B、6C与运动平台8均在同一平面内。此时，三根连杆6A、6B、6C的轴线均不与运动平台8的中心线相交。

如图4所示，当三个移动副4A、4B、4C在电机等直线执行器的驱动下相对于固定平板1的距离不相等时，运动平台8会发生倾斜，即运动平台8与固定平台1之间的夹角不为零。通过控制三个移动副4A、4B、4C相对于固定平板1的距离可以控制运动平台8的空间姿态和位置，也可以通过控制三个移动副4A、4B、4C在特定距离时候的运动速度来控制运动平台8的运动速度。当运动平台8倾斜至极限位置，即运动平台8与固定平台1间的夹角达到最大值时，所述的三根连杆6A、6B、6C中将有一根连杆的轴线与运动平台8的中心线相交，并且第一、二、三移动副4A、4B、4C的三点连线呈等腰三角形。

当将该机构用于浸没式光刻机时，可以把浸没式光刻机的浸没单元固定在该并联机构的动平台上，通过调整动平台的空间位姿，即可调整浸没单元下表面相对于放置在硅片上表面的平行度，从而将浸没单元的安装对整体光刻机的影响减小到最低。

Claims

1.一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，其特征在于：包括固定平台(1)、运动平台(8)和支链阵列(2)；支链阵列包括第一支链(2A)，第二支链(2B)和第三支链(2C)；其中：

1）第一支链(2A)：包括第一滑轨(3A)，第一移动副(4A)，第一球面副(5A)，第一连杆(6A)和第一转动副(7A)；第一滑轨(3A)垂直安装在固定平台(1)上，第一移动副(4A)安装在第一滑轨(3A)，第一移动副(4A)内侧面安装第一球面副(5A)，第一连杆(6A)的一端与第一球面副(5A)连接，第一连杆(6A)的另一端与第一转动副(7A)连接，第一转动副(7A)的轴线与运动平台(8)垂直，第一转动副(7A)安装在运动平台(8)侧面的圆弧环形槽中；

2）第二支链(2B)：包括第二滑轨(3B)，第二移动副(4B)，第二球面副(5B)，第二连杆(6B)和第二转动副(7B)；第二滑轨(3B)垂直安装在固定平台(1)上，第二移动副(4B)安装在第二滑轨(3B)，第二移动副(4B)内侧面安装第二球面副(5B)，第二连杆(6B)的一端与第二球面副(5B)连接，第二连杆(6B)的另一端与第二转动副(7B)连接，第二转动副(7B)的轴线与运动平台(8)垂直，第二转动副(7B)安装在运动平台(8)侧面的圆弧环形槽中；

2）第三支链(2C)：包括第三滑轨(3C)，第三移动副(4C)，第三球面副(5C)，第三连杆(6C)和第三转动副(7C)；第三滑轨(3C)垂直安装在固定平台(1)上，第三移动副(4C)安装在第三滑轨(3C)，第三移动副(4C)内侧面安装第三球面副(5C)，第三连杆(6C)的一端与第三球面副(5C)连接，第三连杆(6C)的另一端与第三转动副(7C)连接，第三转动副(7C)的轴线与运动平台(8)垂直，第三转动副(7C)安装在运动平台(8)侧面的圆弧环形槽中；

所述的三个滑轨(3A、3B、3C)在固定平台(1)上沿着以固定平台中心为圆心的圆周上均布；所述的三个转动副（7A、7B、7C）的轴线在运动平台(8)上沿着以运动平台中心为圆心的圆弧环形槽中均布。

2.根据权利要求1所述的一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，其特征在于：所述的三根连杆(6A、6B、6C)在同一平面内，该平面与运动平台(8)平面平行或重合。

3.根据权利要求1所述的一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，其特征在于：当运动平台(8)与固定平台(1)平行时，所述的三根连杆(6A、6B、6C) 的轴线均不通过运动平台(8)的中心线；而当运动平台(8)倾斜至极限位置，即运动平台(8)与固定平台(1)间的夹角达到最大值时，所述的三根连杆(6A、6B、6C)中将有一根连杆的轴线与运动平台(8)的中心线相交。

4.根据权利要求1所述的一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，其特征在于：运动平台(8)在空间内的最大运动范围由以下三个几部分共同决定，即所述三个移动副(4A、4B、4C)的轴线相对于固定平台(1)的中心线之间的距离、所述三个连杆(6A、6B、6C)的长度以及所述三个转动副(7A、7B、7C)的轴线相对于运动平台(8)的中心线之间的距离。

5.根据权利要求1所述的一种用于浸没单元调节的3-PSR-V并联机构，其特征在于：三个连杆(6A、6B、6C)设计成相同长度，或设计成长度能够根据运动范围需求进行相应调节。