CN114137804B - 一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，属于属于精密仪器及机械技术领域。解决了现有多自由度驱动机构无法兼顾设备尺寸限制和调整范围，无法适用于光刻机设备的问题。它包括外壳、底座、第一连杆组、第二连杆组、连杆组悬架和球型铰链，所述底座设置在外壳内，所述球型铰链包括球头和球头座，所述球头与底座相连，所述球头座与球头铰接相连，所述球头座上端与光学元件相连，所述第一连杆组与底座相连，所述第二连杆组通过连杆组悬架在球头座上与第一连杆组耦合，第一连杆组和第二连杆组共同作用，实现驱动机构的多自由度输出。它主要用于柔性照明器的驱动。

Description

一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构
技术领域
本发明属于精密仪器及机械技术领域，特别是涉及一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构。
背景技术
在光刻机的应用中常常涉及需要实现多自由度运动的设备，其中涉及一种柔性照明器，其作用在于产生期望的辐射分布以照射掩模版。由于安装空间的限制，很难为这类设备找到通用的商用驱动装置。因此，需要对这类驱动机构进行有针对性的设计。
德国卡尔蔡司SMT公司提出了一种光学元件的倾斜单元，该单元包括光学元件、促动器单元和支承单元。该倾斜单元利用两组互相堆叠且运动方向正交的板簧组成，以此实现两个自由度的输出。但是该倾斜单元中采用两组板簧堆叠的形式增大了设备尺寸，不适用于光刻机设备的运用背景。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的问题，提出一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，它包括外壳、底座、第一连杆组、第二连杆组、连杆组悬架和球型铰链，所述底座设置在外壳内，所述球型铰链包括球头和球头座，所述球头与底座相连，所述球头座与球头铰接相连，所述球头座上端与光学元件相连，所述第一连杆组与底座相连，所述第二连杆组通过连杆组悬架在球头座上与第一连杆组耦合，第一连杆组和第二连杆组共同作用，实现驱动机构的多自由度输出。
更进一步的，所述第一连杆组以平行四边形的形式布置，包括第一驱动杆、第一从动曲柄、第一摇杆、第一连杆接头A和第一连杆接头B，所述底座与第一连杆机架相连，所述第一驱动杆中间部位与第一连杆机架铰接，所述第一驱动杆两端分别与第一从动曲柄和第一摇杆铰接相连，所述第一连杆接头A和第一连杆接头B分别铰接在第一从动曲柄和第一摇杆的末端，所述第一连杆接头A和第一连杆接头B的另一端与球头座铰接相连，所述底座与第一驱动电机相连，所述第一驱动电机与第一驱动杆相连，所述第一连杆接头A和第一连杆接头B的中轴线重合且穿过球头的球心。
更进一步的，所述第一摇杆在第一驱动杆上远离第一驱动电机的一侧与第一驱动杆铰接，第一从动曲柄在第一驱动杆上靠近第一驱动电机的一侧与第一驱动杆铰接。
更进一步的，所述连杆组悬架包括固定支承、平台、柔性支承杆A和柔性支承杆B，两个固定支承一端与平台固定，另一端分别固定在第一连杆接头A和第一连杆接头B上，所述柔性支承杆A和柔性支承杆B对称布置在平台和底座之间，所述柔性支承杆A和柔性支承杆B两端分别与平台和底座铰接相连。
更进一步的，所述柔性支承杆A通过柔性支撑架A与底座相连，所述柔性支承杆A通过柔性支承架A与平台相连，所述柔性支承杆B通过柔性支撑架B与底座相连，所述柔性支承杆B通过柔性支承架B与平台相连。
更进一步的，所述第二连杆组以平行四边形的形式布置，包括第二驱动杆、第二从动曲柄、第二摇杆、第二连杆接头A和第二连杆接头B，所述平台与第二连杆机架相连，所述第二驱动杆中间部位与第二连杆机架铰接，所述第二驱动杆两端分别与第二从动曲柄和第二摇杆铰接相连，所述第二连杆接头A和第二连杆接头B分别铰接在第二从动曲柄和第二摇杆的末端，所述第二连杆接头A和第二连杆接头B的另一端与球头座固定相连，所述平台与第二驱动电机相连，所述第二驱动电机与第二驱动杆相连，所述第二连杆接头A和第二连杆接头B的中轴线重合且穿过球头的球心。
更进一步的，所述第二摇杆在第二驱动杆上远离第二驱动电机的一侧与第二驱动杆铰接，第二从动曲柄在第二驱动杆上靠近第二驱动电机的一侧与第二驱动杆铰接。
更进一步的，所述第一从动曲柄或第一摇杆为Y型结构。
更进一步的，所述第二连杆组布置在第一连杆组所占空间的内部。
更进一步的，所述球头通过球头支撑座与底座相连，所述球头座下半部加工有斜槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了现有多自由度驱动机构无法兼顾设备尺寸限制和调整范围，无法适用于光刻机设备的问题。本发明提出了一种结构紧凑，具备大行程输出能力的多自由度驱动机构，可实现Rx、Ry两个自由度姿态的独立连续输出。采用两组连杆机构的耦合和球型铰链以实现围绕某一确定平面内的两正交轴旋转，充分利用了机构内部空间以减小机构尺寸。
附图说明
图1为本发明所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构结构示意图；
图2为本发明所述的第一连杆组结构示意图；
图3为本发明所述的第二连杆组和连杆组悬架结构示意图；
图4为本发明所述的球型铰链结构示意图。
1-驱动机构，2-光学元件，11-外壳，12-底座，121-第一连杆机架，122-球头支撑座，123a-柔性支撑架A，123b-柔性支撑架B，13-第一连杆组，131-第一驱动电机，132-第一驱动杆，133-第一从动曲柄，134-第一摇杆，135a-第一连杆接头A，135b-第一连杆接头B，14-第二连杆组，141-第二驱动电机，142-第二驱动杆，143-第二从动曲柄，144-第二摇杆，145a-第二连杆接头A，145b-第二连杆接头B，15-连杆组悬架，151-固定支承，152-平台，153a-柔性支承杆A，153b-柔性支承杆B，154a-柔性支承架A，154b-柔性支承架B，155-第二连杆机架，16-球型铰链，161-球头，162-球心，163-球头座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。
参见图1-4说明本实施方式，一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，它包括外壳11、底座12、第一连杆组13、第二连杆组14、连杆组悬架15和球型铰链16，底座12设置在外壳11内，球型铰链16包括球头161和球头座163，球头161与底座12相连，球头座163与球头161铰接相连，球头座163上端与光学元件2相连，第一连杆组13与底座12相连，第二连杆组14通过连杆组悬架15在球头座163上与第一连杆组13耦合，本实施例通过第一连杆组13和第二连杆组14共同作用，实现驱动机构1的多自由度输出。
第一连杆组13以平行四边形的形式布置，包括第一驱动杆132、第一从动曲柄133、第一摇杆134、第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b，底座12与第一连杆机架121相连，第一驱动杆132中间部位与第一连杆机架121铰接，第一驱动杆132两端分别与第一从动曲柄133和第一摇杆134铰接相连，第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b分别铰接在第一从动曲柄133和第一摇杆134的末端，第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b的另一端与球头座163铰接相连，底座12与第一驱动电机131相连，第一驱动电机131与第一驱动杆132相连，第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b的中轴线重合且穿过球头161的球心162，规定与该中轴线重合的轴为旋转轴Y轴，垂直于该中轴线与Z轴所确定平面的轴线为旋转轴X。第一摇杆134在第一驱动杆132上远离第一驱动电机131的一侧与第一驱动杆132铰接，第一从动曲柄133在第一驱动杆132上靠近第一驱动电机131的一侧与第一驱动杆132铰接。
连杆组悬架15包括固定支承151、平台152、柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b，两个固定支承151一端与平台152固定，另一端分别固定在第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b上，以使平台152继承第一连杆组13输出的自由度。柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b被配置为延中轴线柔性的特性，柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b对称布置在平台152和底座12之间，柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b两端分别与平台152和底座12铰接相连。平台152随第一连杆组13的输出绕X轴转动，同时利用柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b抵消掉第二连杆组14以及连杆组悬架15的部分重量。柔性支承杆A153a通过柔性支撑架A123a与底座12相连，柔性支承杆A153a通过柔性支承架A154a与平台152相连，柔性支承杆B153b通过柔性支撑架B123b与底座12相连，柔性支承杆B153b通过柔性支承架B154b与平台152相连。平台152通过固定支承151在球头座163上与第一连杆组13耦合，从而继承由所述第一连杆组13输出的运动自由度，并利用柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b限定平台152在Y轴上的旋转自由度。
第二连杆组14以平行四边形的形式布置，包括第二驱动杆142、第二从动曲柄143、第二摇杆144、第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b，平台152与第二连杆机架155相连，第二驱动杆142中间部位与第二连杆机架155铰接，第二驱动杆142两端分别与第二从动曲柄143和第二摇杆144铰接相连，第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b分别铰接在第二从动曲柄143和第二摇杆144的末端，第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b的另一端与球头座163固定相连，平台152与第二驱动电机141相连，第二驱动电机141与第二驱动杆142相连，第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b的中轴线重合且穿过球头161的球心162，在第二连杆组14输出为0时，平台152与球头座163平行，保证第二连杆组14的输出方向与第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b所确定的Y轴垂直。第二摇杆144在第二驱动杆142上远离第二驱动电机141的一侧与第二驱动杆142铰接，第二从动曲柄143在第二驱动杆142上靠近第二驱动电机141的一侧与第二驱动杆142铰接。
球头161通过球头支撑座122与底座12相连，球头座163下半部加工有斜槽，以避免球头座163运动时与球头161发生干涉。第一连杆接头A135a和第一连杆接头B135b与第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b的中轴线互相垂直且交于一点，同时交点与球头161的球心162重合。第一连杆组13和第二连杆组14的输出相互独立，互不干涉，各自独立驱动所述球头座163的一个自由度运动。连杆组悬架15至少具备一组安装于平台152和底座12之间柔性支承杆A153a和柔性支承杆B153b，被配置为限定平台运动自由度的同时支承第二连杆组14，以消除对第一连杆组13输出的影响。第二连杆组14布置在第一连杆组13所占空间的内部，以减小驱动机构尺寸。第一连杆接头A135a、第一连杆接头B135b、第二连杆接头A145a和第二连杆接头B145b等间距的铰接在球型铰链16上。第一从动曲柄133或第一摇杆134被配置为避免与第二连杆组14干涉的形式，优选为Y型结构。通过改变第一驱动杆132和第二驱动杆142在第一连杆机架121和第二连杆机架155延第一驱动杆132和第二驱动杆142方向的安装位置，以实现输出的放大与缩小。本机构还包括控制装置，其被配置为控制机构以获得期望的输出位置。本机构可被配置为驱动一种光学元件2的多自由度旋转。
工作时，通过第一驱动电机131驱动第一连杆组13在Rx上的旋转输出，通过第二驱动电机141驱动第二连杆组14在Ry上的旋转输出，第一连杆组13和第二连杆组14的输出集中在球头座163上，使球头座163可以实现绕球头162的双自由度旋转运动。同时，利用连杆接头在球头座163的上铰接特性，可以使第一连杆组13和第二连杆组14的输出相互独立，互不干涉。
以上对本发明所提供的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：它包括外壳(11)、底座(12)、第一连杆组(13)、第二连杆组(14)、连杆组悬架(15)和球型铰链(16)，所述底座(12)设置在外壳(11)内，所述球型铰链(16)包括球头(161)和球头座(163)，所述球头(161)与底座(12)相连，所述球头座(163)与球头(161)铰接相连，所述球头座(163)上端与光学元件(2)相连，所述第一连杆组(13)与底座(12)相连；
所述第一连杆组(13)以平行四边形的形式布置，包括第一驱动杆(132)、第一从动曲柄(133)、第一摇杆(134)、第一连杆接头A(135a)和第一连杆接头B(135b)，所述底座(12)与第一连杆机架(121)相连，所述第一驱动杆(132)中间部位与第一连杆机架(121)铰接，所述第一驱动杆(132)两端分别与第一从动曲柄(133)和第一摇杆(134)铰接相连，所述第一连杆接头A(135a)和第一连杆接头B(135b)分别铰接在第一从动曲柄(133)和第一摇杆(134)的末端，所述第一连杆接头A(135a)和第一连杆接头B(135b)的另一端与球头座(163)铰接相连，所述底座(12)与第一驱动电机(131)相连，所述第一驱动电机(131)与第一驱动杆(132)相连，所述第一连杆接头A(135a)和第一连杆接头B(135b)的中轴线重合且穿过球头(161)的球心(162)；
所述连杆组悬架(15)包括固定支承(151)、平台(152)、柔性支承杆A(153a)和柔性支承杆B(153b)，两个固定支承(151)一端与平台(152)固定，另一端分别固定在第一连杆接头A(135a)和第一连杆接头B(135b)上，所述柔性支承杆A(153a)和柔性支承杆B(153b)对称布置在平台(152)和底座(12)之间，所述柔性支承杆A(153a)和柔性支承杆B(153b)两端分别与平台(152)和底座(12)铰接相连；
所述第二连杆组(14)以平行四边形的形式布置，包括第二驱动杆(142)、第二从动曲柄(143)、第二摇杆(144)、第二连杆接头A(145a)和第二连杆接头B(145b)，第二连杆机架(155)与所述平台(152)相连，所述第二驱动杆(142)中间部位与第二连杆机架(155)铰接，所述第二驱动杆(142)两端分别与第二从动曲柄(143)和第二摇杆(144)铰接相连，所述第二连杆接头A(145a)和第二连杆接头B(145b)分别铰接在第二从动曲柄(143)和第二摇杆(144)的末端，所述第二连杆接头A(145a)和第二连杆接头B(145b)的另一端与球头座(163)固定相连，所述平台(152)与第二驱动电机(141)相连，所述第二驱动电机(141)与第二驱动杆(142)相连，所述第二连杆接头A(145a)和第二连杆接头B(145b)的中轴线重合且穿过球头(161)的球心(162)，所述第二连杆组(14)通过连杆组悬架(15)在球头座(163)上与第一连杆组(13)耦合，第一连杆组(13)和第二连杆组(14)共同作用，实现驱动机构(1)的多自由度输出。
2.根据权利要求1所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述第一摇杆(134)在第一驱动杆(132)上远离第一驱动电机(131)的一侧与第一驱动杆(132)铰接，第一从动曲柄(133)在第一驱动杆(132)上靠近第一驱动电机(131)的一侧与第一驱动杆(132)铰接。
3.根据权利要求1所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述柔性支承杆A(153a)通过柔性支撑架A(123a)与底座(12)相连，所述柔性支承杆A(153a)通过柔性支承架A(154a)与平台(152)相连，所述柔性支承杆B(153b)通过柔性支撑架B(123b)与底座(12)相连，所述柔性支承杆B(153b)通过柔性支承架B(154b)与平台(152)相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述第二摇杆(144)在第二驱动杆(142)上远离第二驱动电机(141)的一侧与第二驱动杆(142)铰接，第二从动曲柄(143)在第二驱动杆(142)上靠近第二驱动电机(141)的一侧与第二驱动杆(142)铰接。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述第一从动曲柄(133)或第一摇杆(134)为Y型结构。
6.根据权利要求1所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述第二连杆组(14)布置在第一连杆组(13)所占空间的内部。
7.根据权利要求1所述的一种用于柔性照明器的多连杆耦合两轴驱动机构，其特征在于：所述球头(161)通过球头支撑座(122)与底座(12)相连，所述球头座(163)下半部加工有斜槽。
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