CN102878394B - 一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，包括动平台、定平台，在动平台与定平台之间安装三组结构相同的驱动支路，每组驱动支路包括依次按照第一移动副、第二移动副、旋转副联接形成的PPR驱动链；PPR驱动链，即第一移动副的导轨与定平台固接，第二移动副的导轨与第一移动副的滑块固接，旋转副的转动铰链一端联接第二移动副的滑块上，另一端固接动平台；运动输入部分解耦，X向（Y向）的运动输入不会引起Y向（X向）从动；本专利简便易行的技术手段，克服了现有并联机构运动耦合、运动学求解复杂、设计加工繁琐等缺点，可以满足精密定位平台高精度的要求，在精密加工、微电子制造等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台
技术领域
本发明涉及位置调整机构，尤其涉及一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台。
背景技术
精密定位平台在微电子、精密加工等领域具有广泛需求。目前广泛应用的精密定位平台可分为串联平台和并联平台两大类。串联平台每一方向的运动都由一套独立的驱动装置控制，因而控制容易，但其结构庞大、安装繁琐、底层自由度受力大，易磨损变形。相比串联平台，并联平台具有无累积误差、精度高、动态响应快、结构紧凑、刚度好等优点。因此并联平台更能满足精密定位的要求。
一般用于精密定位的平面三自由度并联定位平台是一种3-PRP（3表示自由度数，P表示移动副，R表示旋转副）并联结构，其结构如图1所示。这种定位平台克服了串联平台结构复杂、动态响应性差等缺点，但这种设计使动平台X、Y、Theta（转动）运动高度耦合：当平台转过一定角度时，两个平动运动中任意一个运动，都会引起另外一个平动运动的从动。由于输入的高度耦合，各运动的输入误差不仅影响其驱动方向的位置精度，还影响其耦合方向的位置精度，误差因而被放大；同时，输入耦合使3-PRP并联平台运动学求解复杂，运动控制繁琐。
发明内容
本发明的目的在于克服现有3PRP并联平台耦合性强、精度较低、运动学求解复杂等问题，提供了一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，充分满足了定位平台的高精度的要求。
本发明通过下述技术方案实现：
一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，包括动平台、定平台，在动平台与定平台之间安装三组结构相同的驱动支路，每组驱动支路包括依次按照第一移动副、第二移动副、旋转副联接形成PPR的驱动链。
PPR驱动链，即第一移动副的导轨与定平台固接，第二移动副的导轨与第一移动副的滑块固接，旋转副的转动铰链一端联接第二移动副的滑块上，另一端固接动平台。
这三组结构相同的驱动支路分为，两组平行设置的Y向驱动支路和一组与Y向相垂直设置的X向驱动支路；即Y向驱动支路第一移动副的运动方向平行于Y轴，X向驱动支路第一移动副的运动方向垂直于Y轴。
动平台的边缘与定平台之间加装弹簧，弹簧的拉伸方向与水平面平行。
定位平台还加装有输入光栅闭环反馈装置。
本发明与现有的技术相比具有以下优点：
1、可以实现平面内正交方向的移动及垂直该平面的转动。
2、运动输入部分解耦，X向（Y向）的运动输入不会引起Y向（X向）从动。运动学求解简单，运动控制方便，精度高。
3、三条驱动支路结构相同，结构简单，设计安装较方便。
4、三组驱动支路支撑动平台，不需要辅助支撑，节省成本。
5、动平台的边缘与定平台之间加装弹簧，具有弹簧预紧，并装有输入光栅闭环反馈装置，进一步提高定位精度。
本发明简便易行的技术手段，克服了现有并联机构运动耦合、运动学求解复杂、设计加工繁琐等缺点，可以满足精密定位平台高精度的要求，在精密加工、微电子制造等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为现有技术平面三自由度并联定位平台结构示意图。
图2为本发明部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
实施例
如图2所示。本发明部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，包括动平台、定平台，在动平台与定平台之间安装三组结构相同的驱动支路，其中：每组驱动支路包括依次按照第一移动副3、第二移动副4、旋转副4-1联接形成的PPR驱动链，即第一移动副3的导轨3-1与定平台2固接，第二移动副4的导轨4-2与第一移动副3的滑块固接，旋转副4-1的转动铰链一端联接第二移动副4的滑块上，另一端固接动平台1。
需要说明的是，这三组结构相同的驱动支路分为，两组平行设置的Y向驱动支路11、12和一组与Y向相垂直设置的X向驱动支路13；即Y向驱动支路11、12的第一移动副的运动方向平行于Y轴，X向驱动支路13第一移动副的运动方向垂直于Y轴。
动平台1的边缘与定平台2之间加装弹簧（图中未示出），弹簧的拉伸方向与水平面平行，消除旋转副的偏心间隙和移动副（第一移动副3、第二移动副4）的法向间隙，提高定位精度。
定位平台还加装输入光栅闭环反馈装置（图中未示出），用于检测实际输入量并进行补偿，提高输入精度，从而改善平台定位精度。
下面结合图2，具体说明本专利的动作机理
当动平台1转过一定角度时，两组Y向驱动支路11、12的第一移动副、第二移动副的两个滑块分别平行，X向驱动支路13中第一移动副和第二移动副的两个滑块分别与两组Y向驱动支路11、12中的第一移动副和第二移动副的两个滑块垂直。X向驱动支路13（Y向驱动支路11、12）的运动输入，不会引起Y向驱动支路11、12（X向驱动支路13）的从动。因此X向驱动支路13（Y向驱动支路11、12）方向的运动误差不会传递给Y向驱动支路11、12（X向驱动支路13）方向。从而实现动平台1在X轴、Y轴方向平移的相对解耦，X轴、Y轴方向平移运动间互不影响，运动学求解容易，控制简单，并提高了精度。
如上所述，当Y向驱动支路11、12中两个伺服电机（图中未示出）运动输入相同时，X向驱动支路13中第二移动副4的滑块沿其导轨4-2移动，动平台1实现Y向平动；当X向驱动支路13的伺服电机输入一个运动量时，Y向驱动支路11、12中的第二移动副4的滑块沿其导轨4-2移动，动平台1实现X向平动；当Y向驱动支路11、12中两个伺服电机输入量不相同时，动平台1绕Z轴转动。
如上所述，便可较好地实现本发明。
上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，包括动平台、定平台，在动平台与定平台之间安装三组结构相同的驱动支路，其特征在于：每组驱动支路包括依次按照第一移动副、第二移动副、旋转副联接形成的PPR驱动链；
所述PPR驱动链，即第一移动副的导轨与定平台固接，第二移动副的导轨与第一移动副的滑块固接，旋转副的转动铰链一端联接在第二移动副的滑块上，另一端固接动平台；
这三组结构相同的驱动支路分为，两组平行设置的Y向驱动支路和一组与Y向相垂直设置的X向驱动支路；即Y向驱动支路第一移动副的运动方向平行于Y轴，X向驱动支路第一移动副的运动方向垂直于Y轴。
2.根据权利要求1所述的部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，其特征在于：动平台的边缘与定平台之间加装弹簧，弹簧的拉伸方向与水平面平行。
3.根据权利要求1所述的部分解耦的平面三自由度并联精密定位平台，其特征在于：定位平台还加装有输入光栅闭环反馈装置。
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