CN103522079A - 双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，包括基座和工作平台，所述工作平台设有X向驱动机构和Y向驱动机构，所述X向驱动机构和所述Y向驱动机构的直线电机定子均固定在所述基座上，Y向定位平台上设有X向工作平台导轨，X向工作平台导轨上设有与其滑动连接的所述工作平台，所述工作平台通过双弹簧预紧柔性解耦机构与所述X向定位平台连接。本发明采用直线电机直接驱动运动部件，通过设计双弹簧预紧柔性解耦机构实现定位平台的运动解耦，以高精度的光栅传感器作为末端反馈元件，整个系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、控制方便等特点，可以很好地保证系统运动的高速和高精度。

Description

双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台
技术领域
本发明属于精密加工制造领域，具体涉及一种由直线电机直接驱动，具有双弹簧预紧柔性解耦机构的，适用于自动化高速精密加工制造装备使用的定位平台装置。
背景技术
近年来，随着精密制造、微电子与生物医学产业的蓬勃发展，高速、高精密、高可靠性已成为当今先进制造技术领域的重要发展趋势。自动化高速精密加工制造装备作为先进制造的重要组成部分，其性能好坏直接决定着相关产业的发展速度。在传统的自动化加工制造设备中，大行程宏观运动定位平台多采用旋转电机+滚珠丝杠的传动形式，由于中间存在转化环节，传动中不可避免的存在摩擦和运动间隙，限制了系统运动速度的提高和高速运动的稳定性。直线电机直接驱动运动部件，可以获得较高的速度和加速度，但另一方面，现有的联动式电机驱动二维定位平台结构通常是保证一个运动方向的驱动电机静止，而另一方向的驱动电机随运动平台运动，这无疑会增加运动惯量，从而影响定位平台的运动速度和精度。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，该平台能实现高速高精度运动。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，包括基座和工作平台，所述工作平台设有X向驱动机构和Y向驱动机构，所述X向驱动机构包括固定在所述基座上的X向直线导轨和X向直线电机定子，与所述X向直线电机定子适配的X向直线电机动子，与所述X向直线电机动子固接的X向定位平台，所述X向定位平台与所述X向直线导轨滑动连接，所述Y向驱动机构包括固定在所述基座上的Y向直线导轨和Y向直线电机定子，与所述Y向直线电机定子适配的Y向直线电机动子，与所述Y向直线电机动子固接的Y向定位平台，所述Y向定位平台与所述Y向直线导轨滑动连接，所述Y向定位平台上设有X向工作平台导轨，所述X向工作平台导轨上设有与其滑动连接的所述工作平台，所述工作平台通过双弹簧预紧柔性解耦机构与所述X向定位平台连接，所述双弹簧预紧柔性解耦机构包括与所述工作平台刚性连接的悬臂式解耦运动导向方框板，所述方框板设有左右两个X向板条和前后两个Y向板条，两个所述X向板条的中部均形成有弹性铰链，前Y向板条与所述工作平台刚性连接，后Y向板条与预紧机构滑动接触，所述预紧机构为沿所述X向定位平台的X向轴线对称分布的结构，所述预紧机构包括固定在所述X向定位平台上的一个铰接立柱和两个连接立柱，所述铰接立柱位于所述方框板内，两个所述连接立柱位于所述方框板外，在所述铰接立柱上设有两个预紧拉杆，所述预紧拉杆的一端与所述铰接立柱转动连接，所述预紧拉杆的另一端与预紧弹簧的一端连接，所述预紧弹簧的另一端与靠近的所述连接立柱连接，所述预紧拉杆中间安装有安装柱，所述安装柱上安装有后部滚针轴承，所述后部滚针轴承与所述后Y向板条的内侧面滚动摩擦连接；在所述方框板内还设有与所述前Y向板条的内侧面滚动摩擦连接的前部滚针轴承，所述前部滚针轴承安装在支承柱上，所述支承柱固定在所述X向定位平台上。
所述前部滚针轴承和后部滚针轴承为间隔设置的两个。
所述预紧拉杆为折弯杆。
所述Y向定位平台的侧面中部安装有Y向光栅传感器的光栅尺，与所述Y向光栅传感器的光栅尺适配的Y向光栅传感器的读数头安装在所述基座上；所述工作平台的侧面中部安装有X向光栅传感器的光栅尺，与所述X向光栅传感器的光栅尺适配的X向光栅传感器的读数头安装在所述Y向定位平台上。
本发明具有的优点和积极效果是：采用直线电机直接驱动，无中间的传动环节，而且直线电机具有无滞后、高响应、高速度及高加速度、力特性好等特点，可有效提高该定位平台的性能。采用双弹簧预紧柔性解耦机构实现了定位平台的二维运动解耦，并将电机定子均固定置于基座上，有效减小了运动重量与惯量。此外，采用双弹簧预紧的方式，有效提高了解耦机构的刚度，有效保证了定位平台结构的紧凑型，从而减小了定位平台运动部件的惯量变化。当工作平台运动到极限位置时，前部滚针轴承和后部滚针轴承分别作为双导轮能大大减小驱动力偏离工作平台质心的距离，减小定位平台由于驱动力偏离质心而产生的转矩，能大大提高其定位精度。以高精度的光栅传感器作为末端反馈元件，整个系统具有结构紧凑、体积小、质量轻、控制方便等特点，可以很好地保证系统运动的高速度和高精度，适用于自动化高速精密加工制造装备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的双弹簧预紧柔性解耦机构结构示意图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1～图2，一种双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，包括基座1和工作平台11，所述工作平台11设有X向驱动机构和Y向驱动机构，所述X向驱动机构包括固定在所述基座1上的X向直线导轨2和X向直线电机定子3，与所述X向直线电机定子3适配的X向直线电机动子16，与所述X向直线电机动子16固接的X向定位平台4，所述X向定位平台4与所述X向直线导轨2滑动连接，所述Y向驱动机构包括固定在所述基座1上的Y向直线导轨6和Y向直线电机定子7，与所述Y向直线电机定子7适配的Y向直线电机动子8，与所述Y向直线电机动子8固接的Y向定位平台15，所述Y向定位平台15与所述Y向直线导轨6滑动连接，所述Y向定位平台15上设有X向工作平台导轨12，所述X向工作平台导轨12上设有与其滑动连接的所述工作平台11，所述工作平台11通过双弹簧预紧柔性解耦机构5与所述X向定位平台4连接，所述双弹簧预紧柔性解耦机构5包括与所述工作平台11刚性连接的悬臂式解耦运动导向方框板，所述方框板设有左右两个X向板条5-13、5-19和前后两个Y向板条5-12、5-15，两个所述X向板条5-13、5-19的中部均形成有弹性铰链，前Y向板条5-15与所述工作平台11刚性连接，后Y向板条5-12与预紧机构滑动接触，所述预紧机构为沿所述X向定位平台4的X向轴线对称分布的结构，所述预紧机构包括固定在所述X向定位平台4上的一个铰接立柱5-6和两个连接立柱5-1、5-11，所述铰接立柱5-6位于所述方框板内，两个所述连接立柱5-1、5-11位于所述方框板外，在所述铰接立柱5-6上设有两个预紧拉杆5-3、5-9，所述预紧拉杆5-3、5-9的一端与所述铰接立柱5-6转动连接，所述预紧拉杆5-3、5-9的另一端与预紧弹簧5-2、5-10的一端连接，所述预紧弹簧5-2、5-10的另一端与靠近的所述连接立柱5-1、5-11连接，所述预紧拉杆5-3、5-9中间安装有安装柱5-5、5-8，所述安装柱5-5、5-8上安装有后部滚针轴承5-4、5-7，所述后部滚针轴承5-4、5-7与所述后Y向板条5-12的内侧面滚动摩擦连接；在所述方框板内还设有与所述前Y向板条5-15的内侧面滚动摩擦连接的前部滚针轴承5-14、5-18，所述前部滚针轴承5-14、5-18安装在支承柱5-16、5-17上，所述支承柱5-16、5-17固定在所述X向定位平台4上。本发明为保证X、Y两方向空间布局的合理性，X向直线电机定子3固定在基座1上，Y向直线电机定子7固定安装在基座1上，减轻了运动部件的重量，降低了惯量。双弹簧预紧柔性解耦机构5的作用是运动解耦，保证X向直线电机定子3固定安装在基座1上，从而不参与Y向运动。
在本实施例中，为了减小驱动力偏离工作平台质心的距离，减小定位平台由于驱动力偏离质心而产生的转矩，提高其定位精度，所述前部滚针轴承5-14、5-18和后部滚针轴承5-4、5-7均为间隔设置的两个。进一步的，为使定位平台的结构更加紧凑，所述预紧拉杆5-3、5-9为折弯杆。为了便于控制，提高定位精度，本实施例采用高精度光栅传感器作为末端反馈元件。在所述Y向定位平台15的侧面中部安装有Y向光栅传感器的光栅尺9，与所述Y向光栅传感器的光栅尺9适配的Y向光栅传感器的读数头10安装在所述基座1上；所述工作平台11的侧面中部安装有X向光栅传感器的光栅尺13，与所述X向光栅传感器的光栅尺13适配的X向光栅传感器的读数头14安装在所述Y向定位平台15上。
当X向直线电机动子16通以电流时，借助X向直线导轨2，X向直线电机动子16带动X向定位平台4沿X向运动，进而带动双弹簧预紧柔性解耦机构5和工作平台11沿X向运动。当Y向直线电机动子8通以电流时，借助Y向直线导轨6，Y向直线电机动子8驱动Y向定位平台15沿Y向运动。工作平台11位于Y向定位平台15的上方，并与其一起运动。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，包括基座和工作平台，所述工作平台设有X向驱动机构和Y向驱动机构，其特征在于，
所述X向驱动机构包括固定在所述基座上的X向直线导轨和X向直线电机定子，与所述X向直线电机定子适配的X向直线电机动子，与所述X向直线电机动子固接的X向定位平台，所述X向定位平台与所述X向直线导轨滑动连接，
所述Y向驱动机构包括固定在所述基座上的Y向直线导轨和Y向直线电机定子，与所述Y向直线电机定子适配的Y向直线电机动子，与所述Y向直线电机动子固接的Y向定位平台，所述Y向定位平台与所述Y向直线导轨滑动连接，
所述Y向定位平台上设有X向工作平台导轨，所述X向工作平台导轨上设有与其滑动连接的所述工作平台，所述工作平台通过双弹簧预紧柔性解耦机构与所述X向定位平台连接，所述双弹簧预紧柔性解耦机构包括与所述工作平台刚性连接的悬臂式解耦运动导向方框板，所述方框板设有左右两个X向板条和前后两个Y向板条，两个所述X向板条的中部均形成有弹性铰链，前Y向板条与所述工作平台刚性连接，后Y向板条与预紧机构滑动接触，所述预紧机构为沿所述X向定位平台的X向轴线对称分布的结构，所述预紧机构包括固定在所述X向定位平台上的一个铰接立柱和两个连接立柱，所述铰接立柱位于所述方框板内，两个所述连接立柱位于所述方框板外，在所述铰接立柱上设有两个预紧拉杆，所述预紧拉杆的一端与所述铰接立柱转动连接，所述预紧拉杆的另一端与预紧弹簧的一端连接，所述预紧弹簧的另一端与靠近的所述连接立柱连接，所述预紧拉杆中间安装有安装柱，所述安装柱上安装有后部滚针轴承，所述后部滚针轴承与所述后Y向板条的内侧面滚动摩擦连接；在所述方框板内还设有与所述前Y向板条的内侧面滚动摩擦连接的前部滚针轴承，所述前部滚针轴承安装在支承柱上，所述支承柱固定在所述X向定位平台上。
2.根据权利要求1所述的双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，其特征在于，所述前部滚针轴承和所述后部滚针轴承均为间隔设置的两个。
3.根据权利要求1所述的双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，其特征在于，所述预紧拉杆为折弯杆。
4.根据权利要求1所述的双弹簧预紧柔性解耦直线电机定位平台，其特征在于，所述Y向定位平台的侧面中部安装有Y向光栅传感器的光栅尺，与所述Y向光栅传感器的光栅尺适配的Y向光栅传感器的读数头安装在所述基座上；所述工作平台的侧面中部安装有X向光栅传感器的光栅尺，与所述X向光栅传感器的光栅尺适配的X向光栅传感器的读数头安装在所述Y向定位平台上。
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