CN108386447A - 一种刚柔耦合滑块及运动平台 - Google Patents

一种刚柔耦合滑块及运动平台 Download PDF

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    • F16C29/004—Fixing of a carriage or rail, e.g. rigid mounting to a support structure or a movable part

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Abstract

本发明公开了一种刚柔耦合滑块，所述滑块包括：滑动部件、安装在所述滑动部件上的刚性框架、与所述刚性框架通过柔性铰链组连接的导向块、能够使所述刚性框架产生变形的张紧力调节机构。本发明能够在微小位移模式和运动末端，采用低刚度模式，用弹性变形实现微小位移和误差的精密补偿；在高速运动阶段，采用搞刚度模式，减小部件在运动过程中的振动，提高控制带宽。

Description

一种刚柔耦合滑块及运动平台
技术领域
本发明涉及高速精密运动控制领域的技术领域，更具体地，涉及一种刚柔耦合滑块。
背景技术
高速精密运动控制领域，基于机械接触式运动副的运动机构受导轨摩擦和工作平台弹性振动的影响，精度只能达到微米级。在更高精度要求的场合，工业上需要采用气浮、磁悬浮和静压导轨等方式来降低甚至消除摩擦的影响，成本高，使用环境要求高，不适应用与量大面广的电子制造场合。然而，电子制造业的摩尔定律(当价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍)对封装装备精度和速度都提出了苛刻的要求。新一代5-7nm的半导体制程，要求封装精度达到亚微米级，必须寻求新的直线导轨形式。
在先技术：
CN201610508540.X一种单驱动刚柔耦合精密运动平台及其实现方法及应用，单驱动刚柔耦合运动平台，实现了刚柔耦合运动，但是工作面积小。另外，承受弯曲变形能力较差。
CN201510948662.6柔性直线运动副在直线轴承和其他连接部件之间使用了胶套，使得该发明柔性直线运动副可以吸收加工制造和安装产生的各种误差。
上述第一种发明均可以实现刚柔耦合运动，但是需要改变工作台的形式，推广起来可能比较困难。另外，如果存在疲劳寿命，需要用高疲劳寿命的钛合金制作时，整体平台制作，成本高。最后，柔性铰链的高速精密定位，还需要有合适的阻尼。第二种发明在直线轴承与外壳之间增加了胶套，来吸收制造误差。
发明内容
为解决机械接触式运动副的摩擦死区问题，本发明提出将现有机械接触式直线导轨滑块改造为刚柔耦合滑块，使得实现刚柔耦合运动的结构更加紧凑，不需要改变工作平台形式，更容易推广。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种刚柔耦合滑块，所述刚柔耦合滑块包括：滑动部件、安装在所述滑动部件上的刚性框架、与所述刚性框架通过柔性铰链组连接的导向块。
进一步，该刚柔耦合滑块还包括能够使所述刚性框架产生变形的张紧力调节机构。
进一步，所述张紧力调节机构包括：设置有倒角的楔形压块和设置在所述刚性框架上的倒角；所述楔形压块的倒角紧压所述刚性框架的倒角，以使所述刚性框架产生变形。
进一步，所述刚柔耦合滑块至少包括一对分别相向安装在所述刚性框架的底部和上部的所述楔形压块。
进一步，所述楔形压块通过螺钉调节松紧。
进一步，所述刚柔耦合滑块还包括可调阻尼器；所述可调阻尼器与所述导向块连接。
一种运动平台，所述运动平台包括：所述运动平台包括：底座、直线导轨、导轨滑块、工作台和用于驱动所述工作台的直线驱动器；其中，所述导轨滑块为前述的刚柔耦合滑块。
与现有技术相比，有益效果是：本发明提出了刚柔耦合滑块，在现有机械接触式直线导轨滑块上，增加一层柔性铰链方案，从而在直线导轨速度过零点通过弹性变形补偿摩擦死区。在原来的滑块上，在与工作部件连接处加装刚度可调柔性铰链和可调阻尼器，采用高疲劳寿命的材料制作，工作台安装在柔性铰链支撑的导向块上，实现在精密位移输出和运动副摩擦死区的位移补偿。在微小位移模式和运动末段，采用低刚度模式，用弹性变形实现微小位移和误差的精密补偿；在高速运动阶段，采用高刚度模式，减小运动平台在运动过程中的振动，提高控制带宽。
附图说明
图1是本发明的刚柔耦合滑块示意图。
图2是本发明的实施示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
如图1所示，一种刚柔耦合滑块，其包括：滑动部件3、安装在滑动部件3上的刚性框架7、与刚性框架7通过柔性铰链组8连接的导向块11。
优选地，该刚柔耦合滑块还包括使刚性框架产生变形的张紧力调节机构。该张紧力调节机构包括楔形的第一张紧力调节压块9和第二张紧力调节压块10。第一张紧力调节压块9和第二张紧力调节压块10分别设置有能够紧压刚性框架的倒角13、14。导向块11下侧设置有放置第二张紧力调节压块10的凹槽，导向块11上侧设置有放置第一张紧力调节压块9的凹槽。刚性框架上两面的中部均设有与两个压块的倒角13、14相配合的倒角15，第一张紧力调节压块9和第二张紧力调节压块10分别相向安装与刚性框架的上部和底部。导向块11中部设有通孔、第一张紧力调节压块9设有通孔，第二张紧力调节压块10设有螺纹孔。螺钉从上面分别穿过第一张紧力调节压块9的通孔、导向块11中部的通孔后拧入底部第二张紧力调节压块10的螺纹孔。当螺栓拧紧时，压块迫使刚性框架两边往外变形，从而实现柔性铰链8的刚度调节。
优选地，刚性框架7还装有可调阻尼器12与导向块11连接，通常可调阻尼器12的阻尼调节手柄朝外安装，方便可调阻尼器12的调节
在一个实施例中，本发明的刚柔耦合滑块可以用于运动平台中，如图2所示。该运动平台包括：底座21、直线导轨22、刚柔耦合滑块23、直线电机定子24、直线电机动子25、光栅尺读数头26和工作台27。底座21上安装直线导轨22和直线电机定子24，刚柔耦合滑块23安装在直线导轨22上。工作台27用螺栓和光栅尺读数头26、直线电机动子25、刚性框架中部的导向块连接在一起，通常一个工作平台需要四个刚柔耦合滑块23，工作台27与底座21上的光栅尺和直线电机定子24通过非接触组成检测和驱动元件。为了安全，底座21上还安装了防撞装置28。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种刚柔耦合滑块，其特征在于，所述刚柔耦合滑块包括：滑动部件、安装在所述滑动部件上的刚性框架、与所述刚性框架通过柔性铰链组连接的导向块。
2.根据权利要求1所述的刚柔耦合滑块，其特征在于，该刚柔耦合滑块还包括能够使所述刚性框架产生变形的张紧力调节机构。
3.根据权利要求2所述的刚柔耦合滑块，其特征在于，所述张紧力调节机构包括：设置有倒角的楔形压块和设置在所述刚性框架上的倒角；
所述楔形压块的倒角紧压所述刚性框架的倒角，以使所述刚性框架产生变形。
4.根据权利要求3所述的刚柔耦合滑块，其特征在于，所述刚柔耦合滑块至少包括一对分别相向安装在所述刚性框架的底部和上部的所述楔形压块。
5.根据权利要求3或4所述的刚柔耦合滑块，其特征在于，所述楔形压块通过螺钉调节松紧。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的刚柔耦合滑块，其特征在于，所述刚柔耦合滑块还包括可调阻尼器；所述可调阻尼器与所述导向块连接。
7.一种运动平台，所述运动平台包括：底座、直线导轨、导轨滑块、工作台和用于驱动所述工作台的直线驱动器；
其特征在于，所述导轨滑块为权利要求1-6任一项所述的刚柔耦合滑块。
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