CN110281036B - 一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台 - Google Patents

一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台，该刚柔耦合运动平台包括：核心运动平台、刚性支撑平台、柔性铰链组和测量系统；所述核心运动平台和所述刚性支撑平台通过所述柔性铰链组连接；所述测量系统用于测量所述核心运动平台和所述刚性支撑平台之间的相对位移。由核心运动平台和刚性支撑平台上分别安装检测元件得到两者的位移关系，计算得到核心运动平台和刚性支撑平台位移差补入电机，从而提高平台响应速度和平台的定位精度，实现高速精密定位。

Description

一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台
技术领域
本发明涉及高精密运动平台技术领域，更具体地，涉及一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台。
背景技术
高速精密运动控制领域，基于机械导轨的运动平台存在摩擦死区，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，不适应用于量大面广的电子制造场合。刚柔耦合运动平台巧妙地结合了直线平台运动范围大和柔性铰链弹性变形克服摩擦死区等优点，从而实现精密运动。单测平台测量安装在核心运动平台上，摩擦力与弹性变形完全当作扰动来处理，刚性支撑平台对平台定位精度和响应速度影响较大。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种双测量的刚柔耦合运动平台，在核心运动平台和刚性支撑平台上分别安装位移测量元件，两个元件使用同一套光栅尺，构成单驱动双反馈刚柔耦合运动平台；双反馈平台通过两个传感器，可以判断柔性铰链的变形状态，从而调整驱动，减少高速运动过程中的振动。另外，可以判断运动是刚体运动为主还是弹性振动为主，可以切换控制模型，从而实现高速精密运动。本发明采用的技术方案如下。
一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台，所述刚柔耦合运动平台包括：核心运动平台、刚性支撑平台、柔性铰链组和测量系统；所述核心运动平台和所述刚性支撑平台通过所述柔性铰链组连接；所述测量系统用于测量所述核心运动平台和刚性支撑平台之间的相对位移。
进一步，所述测量系统包括：连接板、相对位移检测元件和光栅尺；所述连接板的一端固定在所述刚性支撑平台上，所述连接板的另一端固定在所述核心运动平台上；所述光栅尺通过所述连接板安装在所述核心运动平台上；所述相对位移检测元件通过所述连接板安装在所述刚性支撑平台上。
进一步，所述刚柔耦合运动平台还包括位移测量元件，所述位移测量元件安装在所述核心运动平台上，用于读取所述核心运动平台的位移。
进一步，所述测量系统包括：第一位移检测元件和第二位移检测元件；所述第一位移检测元件安装在所述核心运动平台上，所述第二位移检测元件安装在所述刚性支撑平台上。
进一步，所述第二位移检测元件通过螺栓支架可拆卸地安装在所述刚性支撑平台上。
进一步，所述第一位移检测元件和所述第二位移检测元件共用光栅尺。
进一步，所述刚柔耦合运动平台还包括调节机构，所述调节机构用于调节所述柔性铰链组的刚度。
进一步，所述调节机构设置在所述核心运动平台与所述刚性支撑平台之间，通过改变所述核心运动平台与所述刚性支撑平台之间的相对位置来调节所述柔性铰链组的刚度。
一种精密运动平台，所述精密运动平台包括：底座、固定在所述底座上的直线导轨、滑块、前述的刚柔耦合运动平台、驱动器；所述刚柔耦合运动平台中的核心运动平台与所述驱动器连接，所述刚性支撑平台通过所述滑块与所述直线导轨连接。
与现有技术相比，有益效果是：
1、由核心运动平台和刚性支撑平台上分别安装检测元件得到两者的位移关系，计算得到核心运动平台和刚性支撑平台位移差补入电机，可以降低刚性支撑平台对核心运动平台扰动的影响，从而提高平台响应速度和平台的定位精度，实现高速精密定位。
2、平台主体的刚性支撑平台通过螺栓和第二位移检测元件相连接，拆装方便，通过拆下和装上刚性支撑平台的位移检测元件，可实现单驱动单测量平台和单驱动双反馈平台的转换，提高平台利用率，降低实验成本。
附图说明
图1是精密运动平台的整体示意图。
图2是实施例一的刚柔耦合运动平台示意图。
图3是实施例一的刚柔耦合运动平台的测量系统局部安装放大图。
图4是实施例二的刚柔耦合运动平台局部视图。
图5是实施例二的刚柔耦合运动平台局部剖视图。
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。
实施例一
如图1、2所示，一种精密运动平台，该精密运动平台包括：底座A4、固定在底座A4上的直线导轨A5、滑块A6、刚柔耦合运动平台A1和驱动器。刚柔耦合运动平台A1包括：核心运动平台A102、刚性支撑平台A103、柔性铰链组A101和测量系统A2。核心运动平台A102和刚性支撑平台A103通过柔性铰链组A101连接。测量系统A2用于测量核心运动平台A102和刚性支撑平台A103之间的相对位移。刚柔耦合运动平台A1中的核心运动平台A102与所述驱动器连接，刚性支撑平台A103通过滑块A6与直线导轨A5连接。
如图3所示，测量系统A2包括：连接板组件、相对位移检测元件A202和光栅尺A203。其中，连接板组件包括：第一连接板A201和第二连接板A204。第一连接板A201的一端和第二连接板A204的一端连接。第一连接板A201的另一端被固定在刚性支撑平台A103上，第二连接板A204的另一端被固定在核心运动平台A102上；光栅尺A203通过第二连接板A204安装在核心运动平台A102上；相对位移检测元件A202通过第一连接板A201安装在刚性支撑平台A103上。整个测量系统A2用于检测核心运动平台A102和刚性支撑平台A103相对位移，从而对控制输入进行补偿，降低刚性支撑平台A103对核心运动平台A102扰动的影响，从而提高平台响应速度和平台的定位精度。
优选地，刚柔耦合运动平台A1还包括位移测量元件A7，位移测量元件A7安装在核心运动平台A102上，用于读取核心运动平台A102的位移。
优选地，刚柔耦合运动平台还包括调节机构A104，调节机构A104设置在核心运动平台A102与刚性支撑平台A103之间，安装在核心运动平台A102两端，通过改变核心运动平台A102与刚性支撑平台A103之间的相对位置来调节柔性铰链组A101的刚度。
实施例二
实施例二与实施例一都是通过测量核心运动平台和刚性支撑平台之间的相对位移，从而对控制输入进行补偿，降低刚性支撑平台对核心运动平台扰动的影响，从而提高平台响应速度和平台的定位精度，但实施例二的刚柔耦合运动平台的设置与实施例一不同。如图4、5所示，该刚柔耦合运动平台B1同样包括：核心运动平台B102、刚性支撑平台B103、柔性铰链组B101和测量系统。核心运动平台B102和刚性支撑平台B103通过柔性铰链组B101连接。驱动器B104安装在核心运动平台B102上，驱动核心运动平台B102运动。测量系统包括：第一位移检测元件B105和第二位移检测元件B106。第一位移检测元件B105安装在核心运动平台B102上，用于读取核心运动平台B102的位移；第二位移检测元件B106通过螺栓可拆卸地安装在刚性支撑平台B103上，用于读取刚性支撑平台B103的位移。
优选地，第一位移检测元件B105和第二位移检测元件B106共用光栅尺，两位移检测元件位于同一直线，同一高度。
优选地，如图5所示，第二位移检测元件B106通过螺栓支架可拆卸地安装在刚性支撑平台上B103，拆装方便，通过拆下和装上刚性支撑平台的位移检测元件，可实现单驱动单测量平台和单驱动双反馈平台的转换，提高平台利用率，降低实验成本。
优选地，刚柔耦合运动平台还包括调节机构B107，调节机构B107设置在核心运动平台B102与刚性支撑平台B103之间，安装在核心运动平台B102两端，通过改变核心运动平台B102与刚性支撑平台B103之间的相对位置来调节柔性铰链组B101的刚度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (4)

1.一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台，其特征在于，所述刚柔耦合运动平台包括：核心运动平台、刚性支撑平台、柔性铰链组和测量系统；
所述核心运动平台和所述刚性支撑平台通过所述柔性铰链组连接；
所述测量系统用于测量所述核心运动平台和所述刚性支撑平台之间的相对位移；
所述测量系统包括：连接板组件、相对位移检测元件和光栅尺；
所述连接板组件包括：第一连接板和第二连接板；
所述第一连接板的一端和所述第二连接板的一端连接；
所述第一连接板的另一端被固定在核心运动平台上，所述第二连接板的另一端被固定在刚性支撑平台上；
所述光栅尺通过所述第一连接板安装在所述核心运动平台上；
所述相对位移检测元件通过所述第二连接板安装在所述刚性支撑平台上；
所述刚柔耦合运动平台还包括位移测量元件，所述位移测量元件安装在所述核心运动平台上，用于读取所述核心运动平台的位移。
2.根据权利要求1所述的一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台，其特征在于，所述刚柔耦合运动平台还包括调节机构，所述调节机构用于调节所述柔性铰链组的刚度。
3.根据权利要求2所述的一种双测量的单驱动刚柔耦合运动平台，其特征在于，所述调节机构设置在所述核心运动平台与所述刚性支撑平台之间，通过改变所述核心运动平台与所述刚性支撑平台之间的相对位置来调节所述柔性铰链组的刚度。
4.一种精密运动平台，其特征在于，所述精密运动平台包括：底座、固定在所述底座上的直线导轨、滑块、权利要求1-3任一项所述的刚柔耦合运动平台、驱动器；
所述刚柔耦合运动平台中的核心运动平台与所述驱动器连接，所述刚性支撑平台通过所述滑块与所述直线导轨连接。
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