CN110442154A - 一种多自由度精密控制平台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多自由度精密控制平台，包括：精密六维并联定位台(1)、X向直线导轨(2)、Y向直线导轨(3)、Z向直线导轨(4)、六轴并联定位台控制器(5)、直线导轨控制器(6)、电源控制箱(7)和主控计算机(8)。采用X向精密直线导轨(2)、Y向精密直线导轨(3)和Z向精密直线导轨(4)进行大范围调整运动，定位精度优于20μm，采用精密六并联定位台(1)进行高精密位置调整，定位精度优于100nm。本发明采用宏微结合的方式实现对工件的精密定位。

Description

一种多自由度精密控制平台
技术领域
本发明涉及多自由度精密控制技术领域，特别涉及一种多自由度精密控制平台，可实现位置及角度的度精密定位。
背景技术
精密控制平台在精密检测、装调等领域有着广泛的应用，但通常控制平台维度比较单一，且难以兼顾行程和精度，当定位平台行程较大时其定位精度较低，而当定位精度较高时，则无法实现大行程运动，难以满足工程应用需求。
发明内容
本发明目的在于提供一种多自由度精密控制平台，通过宏微结合的方式，解决以往控制平台行程和精度无法兼顾的的问题。
对此，本发明提出一种多自由度精密控制平台，其包括：精密六维并联定位台、X向直线导轨、Y向直线导轨、Z向直线导轨、精密六维并联定位台控制器、直线导轨控制器和电源控制箱，其特征在于还包括主控计算机；所述多自由度精密控制平台的工作流程为：主控计算机获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)和精密六维并联定位台的运动量(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，主控计算机向X向直线导轨发送运动命令，运动量为(x-x0-xδ)，主控计算机向Y向直线导轨发送运动命令，运动量为(y-y0-yδ)，主控计算机向Z向直线导轨发送运动命令，运动量为(z-z0-zδ)，主控计算机向精密六维并联定位台发送运动命令，运动量为(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)。
其中，所述的多自由度精密控制平台，可实现的位置重复定位精度为100nm，角度重复定位精度为2μrad。
其中，所述的多自由度精密控制平台，还包括X向直线导轨光栅尺，X向直线导轨光栅尺读数头，Y向直线导轨光栅尺，Y向直线导轨光栅尺读数头，Z向直线导轨光栅尺，Z向直线导轨光栅尺读数头，构成多自由度精密闭环控制平台。
所述多自由度精密闭环控制平台的工作流程为：主控计算机获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0),根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)，主控计算机向X向直线导轨发送运动命令，运动量为(x-x0-xδ)，并通过X向直线导轨光栅尺和X向直线导轨光栅尺读数头读取X向直线导轨的实际运动量x1，主控计算机向Y向直线导轨发送运动命令，运动量为(y-y0-yδ)，并通过Y向直线导轨光栅尺和Y向直线导轨光栅尺读数头读取Y向直线导轨的实际运动量y1，主控计算机向Z向直线导轨发送运动命令，运动量为(z-z0-zδ)，并通过Z向直线导轨光栅尺和Z向直线导轨光栅尺读数头读取Z向直线导轨的实际运动量z1，根据三个直线导轨的实际运动量x1，y1和z1得到精密六维并联定位台的运动量(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，主控计算机向精密六维并联定位台发送运动命令，运动量为(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，实现闭环运动。
本发明采用宏微结合的方式实现多自由度精密控制平台，能够解决以往控制平台维度单一和精度与行程无法兼顾的问题。
附图说明
图1是本发明多自由度精密控制平台组成示意图。
图2是本发明多自由度精密闭环控制平台组成示意图。
1.精密六维并联定位台 2.X向直线导轨 3.Y向直线导轨 4.Z向直线导轨 5.精密六维并联定位台控制器 6.直线导轨控制器 7.电源控制箱 8.主控计算机 9.X向直线导轨光栅尺 10.X向直线导轨光栅尺读数头 11.Y向直线导轨光栅尺 12.Y向直线导轨光栅尺读数头 13.Z向直线导轨光栅尺 14.Z向直线导轨光栅尺读数头
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做出详细说明。
实施例1
如图1所示，本发明提出一种多自由度精密控制平台，其包括：精密六维并联定位台1、X向直线导轨2、Y向直线导轨3、Z向直线导轨4、精密六维并联定位台控制器5、直线导轨控制器6和电源控制箱7，还包括主控计算机8。
所述多自由度精密控制平台采用宏微结合的方式。所述X向直线导轨2位于最下侧，行程200mm，定位精度优于20μm，负载30Kg。所述Y向直线导轨3固定于X向直线导轨2的台面上，与X向直线导轨2的台面平行且运动方向与X向直线导轨2的运动方向垂直，行程30mm，定位精度优于5μm，负载12Kg。所述Z向直线导轨4固定于Y向直线导轨3的台面上，其运动方向同时垂直于X向直线导轨2的运动方向和Y向直线导轨3的运动方向，行程为30mm，定位精度优于7μm，负载7Kg。所述精密六维并联定位台1固定于Z向直线导轨4的台面上，位置定位精度优于100nm，角度定位精度优于2μrad，负载500g。所述精密六维并联定位台1与精密六维并联定位台控制器5相连，直线导轨控制器6分别与X向直线导轨2、Y向直线导轨3和Z向直线导轨相连。所述电源控制箱7分别与精密六维并联定位台控制器5和直线导轨控制器6相连。所述主控计算机8分别与精密六维并联定位台控制器5和直线导轨控制器6相连。
多自由度精密控制平台工作流程如下：主控计算机8获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，其中，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)和精密六维并联定位台的运动量(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，主控计算机8向X向直线导轨2发送运动命令，运动量为(x-x0-xδ)，主控计算机8向Y向直线导轨3发送运动命令，运动量为(y-y0-yδ)，主控计算机8向Z向直线导轨4发送运动命令，运动量为(z-z0-zδ)，主控计算机向精密六维并联定位台1发送运动命令，运动量为(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)。
这里，θx，θy，θz三个参数是目标位置的角度信息。一个物体位置包括六个自由度，其不仅包括X、Y、Z三个坐标位置，还有俯仰、偏摆、旋转信息，(θx，θy，θz)即为俯仰、偏摆和旋转信息。同样(θx0，θy0，θz)0为当前位置的俯仰、偏摆和旋转信息。(xδ，yδ，zδ)为精密六并联定位台的在X、Y、Z三个方向上的运动信息。X、Y、Z三个方向上的运动量为(x-x0,y-y0,z-z0)，本发明为宏微结合控制平台，X、Y、Z三个方向的直线运动量为直线导轨运动量(x-x0-xδ,y-y0-yδ,z-z0-zδ)和精密六并联定位台运动量(xδ，yδ，zδ)之和。对于俯仰、偏摆和旋转偏差只由精密六并联定位台执行。俯仰、偏摆和旋转的初始位置为(θx0，θy0，θz0)，目标位置为(θx，θy，θz)，因此精密六并联定位台对俯仰、偏摆和旋转的运动量为(θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)
实施例2
如图2所示，本发明还提出一种多自由度精密闭环控制平台，其包括：精密六维并联定位台1、X向直线导轨2、Y向直线导轨3、Z向直线导轨4、精密六维并联定位台控制器5、直线导轨控制器6、电源控制箱7和主控计算机8，还包括X向直线导轨光栅尺9、X向直线导轨光栅尺读数头10、Y向直线导轨光栅尺11、Y向直线导轨光栅尺读数头12、Z向直线导轨光栅尺13、Z向直线导轨光栅尺读数头14。
所述多自由度精密控制平台采用宏微结合的方式。所述X向直线导轨2位于最下侧，行程200mm，定位精度优于20μm，负载30Kg。所述Y向直线导轨3固定于X向直线导轨2的台面上，与X向直线导轨2的台面平行且运动方向与X向直线导轨2的运动方向垂直，行程30mm，定位精度优于5μm，负载12Kg。所述Z向直线导轨4固定于Y向直线导轨3的台面上，其运动方向同时垂直于X向直线导轨2的运动方向和Y向直线导轨3的运动方向，行程为30mm，定位精度优于7μm，负载7Kg。所述精密六维并联定位台1固定于Z向直线导轨4的台面上，位置定位精度优于100nm，角度定位精度优于2μrad，负载500g。所述精密六维并联定位台1与精密六维并联定位台控制器5相连，直线导轨控制器6分别与X向直线导轨2、Y向直线导轨3和Z向直线导轨相连。所述电源控制箱7分别与精密六维并联定位台控制器5和直线导轨控制器6相连。所述X向直线导轨光栅尺9固定于X向直线导轨2的导轨上，X向直线导轨光栅尺读数头10固定于X向直线导轨2的台面上。所述Y向直线导轨光栅尺11固定于Y向直线导轨3的导轨上，Y向直线导轨光栅尺读数头12固定于Y向直线导轨2的台面上。所述Z向直线导轨光栅尺13固定于Z向直线导轨4的导轨上，Z向直线导轨光栅尺读数头14固定于Z向直线导轨4的台面上。所述主控计算机8分别与精密六维并联定位台控制器5、直线导轨控制器6相连、X向直线导轨光栅尺读数头10、Y向直线导轨光栅尺读数头12和Z向直线导轨光栅尺读数头14相连。
多自由度精密闭环控制平台的工作流程为：主控计算机8获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0),根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)，主控计算机向X向直线导轨2发送运动命令，运动量为(x-x0-xδ)，并通过X向直线导轨光栅尺9和X向直线导轨光栅尺读数头10读取X向直线导轨2的实际运动量x1，主控计算机8向Y向直线导轨3发送运动命令，运动量为(y-y0-yδ)，并通过Y向直线导轨光栅尺11和Y向直线导轨光栅尺读数头12读取Y向直线导轨3的实际运动量y1，主控计算机8向Z向直线导轨4发送运动命令，运动量为(z-z0-zδ)，并通过Z向直线导轨光栅尺13和Z向直线导轨光栅尺读数头14读取Z向直线导轨4的实际运动量z1，根据三个直线导轨的实际运动量x1，y1和z1得到精密六维并联定位台的运动量(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，主控计算机向精密六维并联定位台发送运动命令，运动量为(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，实现闭环运动。
本发明采用宏微结合的方式实现多自由度精密控制平台，能够解决以往控制平台维度单一和精度与行程无法兼顾的问题。

Claims (3)

1.一种多自由度精密控制平台，其特征在于，其包括：精密六维并联定位台(1)、X向直线导轨(2)、Y向直线导轨(3)、Z向直线导轨(4)、精密六维并联定位台控制器(5)、直线导轨控制器(6)、电源控制箱(7)以及主控计算机(8)；其中，
主控计算机(8)获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)和精密六维并联定位台(1)的运动量(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)；主控计算机(8)向X向直线导轨(2)发送运动命令、其运动量为(x-x0-xδ)，主控计算机(8)向Y向直线导轨(3)发送运动命令、其运动量为(y-y0-yδ)，主控计算机(8)向Z向直线导轨(4)发送运动命令、其运动量为(z-z0-zδ)，主控计算机(8)向精密六维并联定位台(1)发送运动命令，所述运动量为(xδ，yδ，zδ，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)；
其中，(θx，θy，θz)是目标位置的俯仰、偏摆和旋转信息；(θx0，θy0，θz0)为当前位置的俯仰、偏摆和旋转信息；(xδ，yδ，zδ)为精密六并联定位台在X、Y、Z三个方向上的运动信息；
所述目标在X、Y、Z三个方向上的运动量为(x-x0,y-y0,z-z0)，X、Y、Z三个方向的直线运动量为直线导轨运动量(x-x0-xδ,y-y0-yδ,z-z0-zδ)和精密六并联定位台运动量(xδ，yδ，zδ)之和；对于俯仰、偏摆和旋转偏差由精密六并联定位台执行；
精密六并联定位台对俯仰、偏摆和旋转的运动量为(θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)。
2.如权利要求1所述的多自由度精密控制平台，其特征在于，所述平台位置重复定位精度为100nm，角度重复定位精度为2μrad。
3.如权利要求1所述的多自由度精密控制平台，其特征在于，其包括X向直线导轨光栅尺(9)，X向直线导轨光栅尺读数头(10)，Y向直线导轨光栅尺(11)，Y向直线导轨光栅尺读数头(12)，Z向直线导轨光栅尺(13)，Z向直线导轨光栅尺读数头(14)，主控计算机(8)获取目标位置信息(x，y，z，θx，θy，θz)，并将所获目标位置(x，y，z，θx，θy，θz)与当前位置(x0，y0，z0，θx0，θy0，θz0)相减得到所需运动量(x-x0,y-y0,z-z0，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0),根据直线导轨定位精度分解得到三个方向直线导轨的运动量(x-x0-xδ，y-y0-yδ，z-z0-zδ)，主控计算机(8)向X向直线导轨(2)发送运动命令，运动量为(x-x0-xδ)，并通过X向直线导轨光栅尺(9)和X向直线导轨光栅尺读数头(10)读取X向直线导轨(2)的实际运动量x1，主控计算机(8)向Y向直线导轨(3)发送运动命令，运动量为(y-y0-yδ)，并通过Y向直线导轨光栅尺(11)和Y向直线导轨光栅尺读数头(12)读取Y向直线导轨(3)的实际运动量y1，主控计算机(8)向Z向直线导轨(4)发送运动命令，运动量为(z-z0-zδ)，并通过Z向直线导轨光栅尺(13)和Z向直线导轨光栅尺读数头(14)读取Z向直线导轨(4)的实际运动量z1，根据三个直线导轨的实际运动量x1，y1和z1得到精密六维并联定位台(1)的运动量(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，主控计算机(8)向精密六维并联定位台(1)发送运动命令，运动量为(x-x0-x1，y-y0-y1，z-z0-z1，θx-θx0，θy-θy0，θz-θz0)，实现闭环运动。
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