CN110370228A - 一种大行程柔性铰链平台 - Google Patents

一种大行程柔性铰链平台 Download PDF

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Abstract

本发明涉及高精密运动技术领域，更具体地，涉及一种大行程柔性铰链平台。所述大行程柔性铰链平台包括：支撑座、连接架、微承载平台、X轴柔性铰链片、Y轴柔性铰链片；所述X轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述支撑座上；所述Y轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述微承载平台上；所述柔性铰链片的刚度可以通过调节夹紧位置来调节，实现变工况的匹配。本发明利用刚度可调柔性铰链实现多轴动态特性协调，柔性铰链的非线性弹性变形实现大行程高速插补，从而实现高效加工。

Description

一种大行程柔性铰链平台
技术领域
本发明涉及高精密运动的技术领域，更具体地，涉及一种大行程柔性铰链平台及其控制方法。
背景技术
激光打孔，集成电路引线键合等，需要毫米级的频繁操作。采用运动平台实现插补，由于导轨的摩擦和惯性，速度低。采用交叉滚柱导轨，则出现导轨局磨损。现有柔性铰链普遍行程小，只有几百微米。大行程的需要采用放大机构，高速时产生多模态叠加响应，难于实现精密控制。
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，提供一种大行程柔性铰链平台，本发明采用的技术方案如下。
一种大行程柔性铰链平台，所述平台包括：支撑座、连接架、微承载平台、X轴柔性铰链片、Y轴柔性铰链片；所述X轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述支撑座上；所述Y轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述微承载平台上。
进一步，所述平台还包括：微X轴直线驱动器和微Y轴直线驱动器；所述微X轴直线驱动器上用于驱动所述连接架产生X向运动；所述微Y轴直线驱动器上用于驱动所述微承载平台产生Y向运动，并通过所述Y轴柔性铰链片带动所述连接架产生Y向运动。
进一步，所述X轴柔性铰链片有两组，所述Y轴柔性铰链片有两组；两组所述X轴柔性铰链片和两组所述Y轴柔性铰链片成平行四边形布置。
进一步，所述连接架整体上呈三角形；所述三角形连接架的顶角与所述微承载平台共同固定一组所述Y轴柔性铰链片，所述三角形连接架底部有突出部，所述突出部与所述微承载平台共同固定另一组所述Y轴柔性铰链片；所述三角形连接架的一个底角与所述支撑座共同固定一组所述X轴柔性铰链片，所述三角形连接架的另一个底角与所述支撑座共同固定另一组所述X轴柔性铰链片。
进一步，所述X轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述连接架刚性连接；所述X轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述支撑座刚性连接；所述Y轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述连接架刚性连接；所述Y轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述微承载平台刚性连接。
进一步，所述X轴柔性铰链片上设置有用于调节X轴柔性铰链片的工作长度U形孔槽；和/或，所述Y轴柔性铰链片上设置有用于调节Y轴柔性铰链片的工作长度U形孔槽。
进一步，所述大行程柔性铰链平台还包括基座，所述支撑座、所述连接架和所述微承载平台均安装在所述基座上。
进一步，所述大行程柔性铰链平台还包括基座，所述支撑座、所述连接架和所述微承载平台均安装在所述基座上；所述微X轴直线驱动器上的相对运动部件分别固定在所述基座和所述连接架上；所述微Y轴直线驱动器上的相对运动部件分别固定在所述基座和所述微承载平台上。
进一步，所述微承载平台上还设置有微X轴编码器与微Y轴编码器，分别用于测量所述微承载平台的X/Y方向的运动信息。
进一步，所述微X轴直线驱动器与所述微Y轴直线驱动器为动圈式和/或动磁式音圈电机。
与现有技术相比，有益效果是：
1、传统的柔性铰链行程小，位移放大机构多模态叠加，动态响应复杂。本发明单级机构，频率单一，容易控制。
2、传统柔性铰链采用对称布置的柔性铰链，消除寄生位移，但是行程小。本发明采用大宽厚比弹簧薄片，兼顾音圈电机小推力下实现大变形和工作负载能力。工作方向可以实现大变形，并保证了疲劳寿命。
3、夹紧位置可调方式实现刚度频率可调，消除设计制造误差，保证多轴协调工作性能。
4、工作台配重设计，使得工作台在柔性铰链负载方向变形时仍能保持水平。
5、大行程柔性铰链机构属于低频非线性系统，采用偏差+初始刚度阻尼力补偿+其他不确定项扰动估计补偿，实现高频精密插补控制。
6、以柔性铰链初始频率为中心，工作过程的频率变化为误差进行运动规划可靠性设计，实现高速精密定位。
7、结合其他大行程平台扩大运动范围，可以用激光微孔阵列加工、集成电路焊线等局部高速插补运动，阵列间歇运动的场合。
附图说明
图1是大行程柔性铰链平台轴测图。
图2是大行程柔性铰链平台轴测剖视图。
图3是大行程柔性铰链平台俯视图。
图4是大行程柔性铰链平台局部剖视放大图。
图5是大行程柔性铰链平台平面剖视图(静止状态)。
图6是大行程柔性铰链平台平面剖视图(工作状态)。
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，一种大行程柔性铰链平台(1)包括：基座(102)、X轴柔性铰链片(103a)、Y轴柔性铰链片(103b)、微承载平台(106)、连接架(108)、微X轴直线驱动器(101a)、微Y轴直线驱动器(101b)等部件。如图2与图3所示，所述大行程柔性铰链平台(1)的X轴柔性铰链片(103a)与Y轴柔性铰链片(103b)有两组，呈正交布置，且都是大宽厚比。可以理解的是，两组正交布置是一个优选例，本领域技术人员可以根据实际情况合理设置各自布置的数量、组数和位置。其中，两组X轴柔性铰链片(103a)两端分别固定在连接架(108)与支撑座(104)上，两组Y轴柔性铰链片(103b)两端分别固定在连接架(108)与微承载平台(106)。其中，连接架(108)整体上呈三角形，顶角与微承载平台(106)共同固定一组Y轴柔性铰链片(103b)，三角形连接架(108)底部有突出部，突出部与微承载平台(106)共同固定另一组Y轴柔性铰链片(103b)。三角形连接架(108)的一个底角与支撑座(104)共同固定一组X轴柔性铰链片(103a)，三角形连接架(108)的另一个底角与支撑座(104)共同固定另一组X轴柔性铰链片(103a)。可以理解的是，连接架(108)起到的是为X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)固定的作用，本领域技术人员可以根据实际的需求，采用不同形状的连接架(108)，甚至可以采取连接架以外的方式固定方式。所述支撑座(104)与大行程柔性铰链平台(1)中的基座(102)刚性连接。所述微承载平台(106)上设置有微X轴编码器(105a)与微Y轴编码器(105b)，分别用于测量微承载平台(106)的X/Y方向的运动信息。可以理解的是，只要能测量微承载平台(106)的X/Y方向的运动信息，本领域技术人员可以根据实际需要采用其他的测量手段以及测量的位置。
所述大行程柔性铰链平台(1)还设置有微X轴直线驱动器(101a)与微Y轴直线驱动器(101b)。所述微X轴直线驱动器(101a)上的相对运动部件分别固定在基座(102)和连接架(108)上，用于驱动连接架(108)产生X向运动。所述微Y轴直线驱动器(101b)上的相对运动部件分别固定在基座(102)和微承载平台(106)上，用于驱动微承载平台(106)以及通过所述Y轴柔性铰链片(103b)所连接的连接架(108)产生Y向运动。
特别的，本发明所述的微X轴直线驱动器(101a)与微Y轴直线驱动器(101b)为动圈式或动磁式音圈电机，即可以采用定子固定在支撑座(104)或基座(102)上、线圈固定在连接架(108)或微承载平台(106)的动圈式安装布局，也可以采用线圈固定在在支撑座(104)或基座(102)上、定子固定在连接架(108)或微承载平台(106)的动磁式安装布局。
本发明所述的大行程柔性铰链平台(1)的工作原理如图5、图6所示，所述X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)为大宽厚比柔性铰链，且两两成平行四边形布置，在所述微X轴直线驱动器(101a)与微Y轴直线驱动器(101b)的作用下产生形变，从而带动所述微承载平台(106)产生二维运动。当然，微X轴直线驱动器(101a)与微Y轴直线驱动器(101b)的设置是为了通过X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)带动微承载平台(106)，本领域技术人员也可以采取其他的方式手段实现这种效果。
优选的，如图2所示，大行程柔性铰链平台(1)的工作负载(109)采用偏心安装方式。所述工作负载(109)在微承载平台(106)上安装后的工作重心偏向微承载平台(106)在所述基座(102)的安装位置，利用所述工作负载(109)的偏心负载来平衡X/Y轴柔性铰链片(103a、103b)由于单侧承载导致的单侧偏移，使得所述工作负载(109)可以工作在水平XY平面。
特别的，本发明所述微XY运动平台(1)中的X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)采用夹紧块(107)螺纹紧固方式与连接架(108)、微承载平台(106)、支撑座(104)等部件刚性连接。本领域技术人员也可以根据实际需要采用其他的固定方式。
特别的，如图4所示，所述X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)上设置有U形孔槽，用于调节X轴柔性铰链片(103a)和Y轴柔性铰链片(103b)的工作长度，从而实现了微运动平台(1)的动力学特性调节。
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 (10)

1.一种大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述平台包括：支撑座、连接架、微承载平台、X轴柔性铰链片、Y轴柔性铰链片；
所述X轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述支撑座上；
所述Y轴柔性铰链片两端分别被固定在所述连接架与所述微承载平台上。
2.根据权利要求1所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述平台还包括：微X轴直线驱动器和微Y轴直线驱动器；
所述微X轴直线驱动器上用于驱动所述连接架产生X向运动；
所述微Y轴直线驱动器上用于驱动所述微承载平台产生Y向运动，并通过所述Y轴柔性铰链片带动所述连接架产生Y向运动。
3.根据权利要求2所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述X轴柔性铰链片有两组，所述Y轴柔性铰链片有两组；
两组所述X轴柔性铰链片和两组所述Y轴柔性铰链片成平行四边形布置。
4.根据权利要求3所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述连接架整体上呈三角形；
所述三角形连接架的顶角与所述微承载平台共同固定一组所述Y轴柔性铰链片，所述三角形连接架底部有突出部，所述突出部与所述微承载平台共同固定另一组所述Y轴柔性铰链片；
所述三角形连接架的一个底角与所述支撑座共同固定一组所述X轴柔性铰链片，所述三角形连接架的另一个底角与所述支撑座共同固定另一组所述X轴柔性铰链片。
5.根据权利要求1-4任一项所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述X轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述连接架刚性连接；
所述X轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述支撑座刚性连接；
所述Y轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述连接架刚性连接；
所述Y轴柔性铰链片采用夹紧块螺纹紧固方式与所述微承载平台刚性连接。
6.根据权利要求1-4任一项所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述X轴柔性铰链片上设置有用于调节X轴柔性铰链片的工作长度U形孔槽；
和/或，所述Y轴柔性铰链片上设置有用于调节Y轴柔性铰链片的工作长度U形孔槽。
7.根据权利要求1-4任一项所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述大行程柔性铰链平台还包括基座，所述支撑座、所述连接架和所述微承载平台均安装在所述基座上。
8.根据权利要求2所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述大行程柔性铰链平台还包括基座，所述支撑座、所述连接架和所述微承载平台均安装在所述基座上；
所述微X轴直线驱动器上的相对运动部件分别固定在所述基座和所述连接架上；
所述微Y轴直线驱动器上的相对运动部件分别固定在所述基座和所述微承载平台上。
9.根据权利要求1-4任一项所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述微承载平台上还设置有微X轴编码器与微Y轴编码器，分别用于测量所述微承载平台的X/Y方向的运动信息。
10.根据权利要求2-4任一项所述的大行程柔性铰链平台，其特征在于，所述微X轴直线驱动器与所述微Y轴直线驱动器为动圈式和/或动磁式音圈电机。
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