CN115001235B - 一种二维运动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二维运动装置，装置至少包括：气浮基座系统、第一方向运动系统和第二方向运动系统。本发明通过第二方向运动系统的弹性件和楔形导向座设计，配合第二方向运动系统两侧电机的驱动方向设计，实现中心运动平台稳定的中心旋转运动；同时通过气浮基座系统里气浮底座和中心运动平台之间的第一气浮区提供负压形成吸附作用，以使非驱动状态的中心运动平台固定在气浮底座上，防止微小扰动导致中心运动平台漂移；最后，利用中心运动平台上避让空间的设计，减小装置高度方向的尺寸，使结构紧凑、空间利用率高。

Description

一种二维运动装置

技术领域

本发明属于半导体集成电路制造设备技术领域，特别是涉及一种二维运动装置。

背景技术

随着半导体产业的快速发展，芯片的最小特征尺寸也在不断地突破极限，进入纳米级别，这对半导体生产制备的相关设备操作精度也提出了更高要求。

为了保证更小尺寸芯片的良品率，在芯片的搬运过程也需要实现更高的精度和可靠性，尤其是运动平台的多自由度运动中运动定位的准确性和抗干扰能力成为了亟待解决的问题。尤其是现有的运动平台大多难以实现稳定的多自由度运动，特别是微量旋转运动，用以进行对准或复位等操作时是必不可少的装置需求。而且可以实现多自由度运动的装置往往采用纵向堆叠及机械导轨的方式实现多个方向的独立运动，导致运动装置纵向占用空间大、结构笨重。

现有的运动平台主要可以分为机械运动平台和气浮运动平台两种，其中气浮运动平台以其低阻力、动态响应快的特点占主要地位。然而气浮运动平台的低阻力导致运动装置容易受周围环境的气流、抖动、碰撞等因素而产生滑动，使运动平台在非驱动状态时偏离目标位置，或在运动过程中产生运动轨迹偏差，影响芯片良品率。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二维运动装置，用于解决现有技术中二维运动装置的稳定旋转运动问题和非驱动状态偏移问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二维运动装置，装置包括：气浮基座系统、第一方向运动系统和第二方向运动系统；

气浮基座系统包括气浮底座、中心运动平台、第一方向电机定子；第一方向电机定子设置于气浮底座表面沿第一方向对称的两侧；

第一方向运动系统包括第一气浮块、第二气浮块、多组第一方向导块和第一方向电机动子；每组第一方向导块设置于第一气浮块或/和第二气浮块的底部，架设于气浮底座的支撑梁两侧，以将第一方向运动系统限制在第一方向运动；第一方向电机动子设置于第一气浮块或/和第二气浮块沿第一方向对称的两侧，与第一方向电机定子对应设置；

第二方向运动系统包括第二方向电机组件、导向座、轴承组件和弹性连接组件；第二方向电机组件、导向座、轴承组件和弹性连接组件均设置两组，分别沿第二方向对称分布；两组第二方向电机组件分别固定在第一气浮块和第二气浮块上；导向座的第一端设置凹槽，轴承组件与凹槽卡合，导向座和轴承组件作为中间连接件，使第二方向电机组件与中心运动平台之间形成驱动连接；弹性连接组件将导向座与轴承组件贴合。

可选地，第二方向电机组件包括第二方向电机、电机固定件；两组第二方向电机的第一端分别固定在第一气浮块和第二气浮块上；轴承组件包括轴承连接件、轴承、轴承棒；轴承棒上套有轴承；轴承通过轴承棒设置于轴承连接件；弹性连接组件包括弹性件和弹性座；弹性件的两端通过弹性座分别连接轴承连接件和导向座。

可选地，轴承连接件通过电机固定件固定在第二方向电机的第二端；导向座的第一端与轴承接触，轴承卡合在导向座的第一端的凹槽中；导向座的第二端与中心运动平台连接。

可选地，轴承连接件固定在中心运动平台；导向座的第一端与轴承接触，轴承卡合在导向座的第一端的凹槽中；导向座的第二端与电机固定件连接。

可选地，两组第二方向电机产生相同驱动方向时，中心运动平台沿第二方向做直线运动；两组第二方向电机产生相反驱动方向时，中心运动平台做旋转运动，配合预设第一方向电机定子产生的补偿驱动方向，中心运动平台做中心旋转运动。

可选地，气浮底座表面设置第一气浮面，中心运动平台底部设置第二气浮面，第一气浮面与第二气浮面之间形成第一气浮区；中心运动平台在第一方向上处于非驱动状态时，第一气浮区设置为负压状态，使中心运动平台固定吸附在气浮底座上，负压小于装置外气压。

可选地，第一气浮块或/和第二气浮块底部设置第三气浮面，中心运动平台上表面设置第四气浮面，第三气浮面与第四气浮面之间形成第二气浮区。

可选地，第一方向导块是气浮导块；第一方向导块的一侧面与支撑梁的一侧面相对设置，且相对设置的两个侧面分别设置第五气浮面和第六气浮面，第五气浮面与第六气浮面之间形成第三气浮区。

可选地，每两组第一方向导块组成一个子单元，每个子单元中的两组第一方向导块沿第一方向对称设置；设置n个子单元；n为1时，子单元通过第一气浮块或第二气浮块架设于支撑梁两侧；n为大于1的整数时，子单元分别通过第一气浮块和/或第二气浮块架设于支撑梁两侧。

可选地，每组第一方向导块架设于支撑梁的内侧或外侧；n为大于1的整数时，m个子单元中每组第一方向导块架设于支撑梁的内侧，其他子单元中每组第一方向导块架设于支撑梁的外侧，m为大于等于0且小于等于n的整数。

可选地，中心运动平台为架设于支撑梁的内侧的第一方向导块设置第一避让空间；第一气浮块和第二气浮块为架设于支撑梁的内侧的第一方向导块设计凸起部分，第一方向导块通过凸起部分延伸至支撑梁内侧，且第一方向导块穿过中心运动平台上的第一避让空间。

可选地，中心运动平台为第二方向运动系统设置第二避让空间，为第一气浮块、第二气浮块设置第四避让空间。

可选地，还包括传感器系统，传感器系统包括第一方向位置传感器和第二方向位置传感器。

可选地，气浮底座在支撑梁之间设置留空。

如上，本发明的二维运动装置，具有以下有益效果：

本发明通过第二方向运动系统的弹性件和楔形导向座设计，配合第二方向运动系统两侧电机的驱动方向设计，实现中心运动平台稳定的中心旋转运动；

本发明通过气浮基座系统里气浮底座和中心运动平台之间的第一气浮区提供负压形成吸附作用，以使非驱动状态的中心运动平台固定在气浮底座上，防止微小扰动导致中心运动平台漂移；

本发明利用中心运动平台上避让空间的设计，减小装置高度方向的尺寸，使结构紧凑、空间利用率高。

附图说明

图1显示为本发明一示例中的二维运动装置的示意图。

图2显示为本发明一示例中不包含气浮块的二维运动装置示意图。

图3显示为本发明一示例中的中心运动平台底部示意图。

图4显示为本发明一示例中的中心运动平台顶部示意图。

图5显示为本发明一示例中的气浮块顶部示意图。

图6显示为本发明一示例中的气浮块底部示意图。

图7显示为本发明一示例中的第一方向导块安装示意图。

图8显示为本发明一示例中的第一方向导块安装顶部示意图。

图9显示为本发明一示例中的第一方向导块安装底部示意图。

图10显示为本发明一示例中的第一方向导块安装示意图。

图11显示为本发明一示例中的第二方向运动系统示意图。

图12显示为本发明一示例中的第二方向运动系统细节示意图。

图13显示为本发明一示例中的第二方向运动系统细节示意图。

图14显示为本发明一示例中的轴承组件细节示意图。

图15显示为本发明一示例中的传感器系统示意图。

图16显示为本发明一示例中的第二方向运动系统示意图。

图17显示为本发明一示例中的中心运动平台顶部示意图。

图18显示为本发明一示例中的气浮块底部示意图。

元件标号说明

101、气浮基座系统；1011、气浮底座；10111、支撑梁；10112、支撑顶面；10113、支撑内侧面；10114、支撑外侧面；10115、第一台阶；10116、第二台阶；1012、中心运动平台；10121、第一气浮区；10122、第一避让空间；10123、第二避让空间；10124、第三避让空间；10125、第四避让空间；1013、第一方向电机定子；

102、第一方向运动系统；1021、第一气浮块；1022、第二气浮块；10211、第二气浮区；10212、凸起部分；1023、第一方向导块；1024、盖板；1025、第一方向电机动子；

103、第二方向运动系统；1031、第二方向电机；1032、电机固定件；1033、轴承连接件；1034、导向座；1035、弹性件；1036、弹性座；1037、轴承棒；1038、轴承；

104、传感器系统；1041、第二方向位置传感器；1042、第一方向传感器座；1043、第一方向位置传感器。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示装置结构的示意图会不依一般比例作局部放大，而且示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，并参见图2-图18，本发明提供一种二维运动装置，包括：气浮基座系统101、第一方向运动系统102和第二方向运动系统103；

气浮基座系统101包括气浮底座1011、中心运动平台1012、第一方向电机定子1013；第一方向电机定子1013设置于气浮底座1011表面沿第一方向对称的两侧；

第一方向运动系统102包括第一气浮块1021、第二气浮块1022、多组第一方向导块1023和第一方向电机动子1025；每组第一方向导块1023设置于第一气浮块1021或/和第二气浮块1022的底部，架设于气浮底座1011的支撑梁10111两侧，以将第一方向运动系统102限制在第一方向运动；第一方向电机动子1025设置于第一气浮块1021或/和第二气浮块1022沿第一方向对称的两侧，与第一方向电机定子1013对应设置；

第二方向运动系统103包括第二方向电机组件、导向座1034、轴承组件和弹性连接组件；第二方向电机组件、导向座1034、轴承组件和弹性连接组件均设置两组，分别沿第二方向对称分布；两组第二方向电机组件分别固定在第一气浮块1021和第二气浮块1022上；导向座1034的第一端设置凹槽，轴承组件与凹槽卡合，导向座1034和轴承组件作为中间连接件，使第二方向电机组件与中心运动平台1012之间形成驱动连接；弹性连接组件将导向座1034与轴承组件贴合。

具体地，如图1所示，第一方向为Y轴方向，第二方向为X轴方向，第三方向为Z轴方向，第一方向、第二方向、第三方向为三个相互垂直的方向，X轴与Y轴所在的共同平面形成第一平面。

具体地，如图2所示，支撑梁10111通过设置第一台阶10115支撑中心运动平台1012。

可选地，如图2所示，气浮底座1011设置第二台阶10116用于固定第一方向电机定子1013；第一台阶10115的外侧面与第一方向电机定子1013设置预设间距，以容纳第一方向电机定子1013。

优选地，第一方向电机动子1025设置于第一气浮块1021或第二气浮块1022沿第一方向对称的两侧。可选地，第一方向电机动子1025可以同时设置于第一气浮块1021和第二气浮块1022沿第一方向对称的两侧。具体地，由于第一气浮块1021和第二气浮块1022卡设在中心运动平台1012表面两侧，当第一气浮块1021或第二气浮块1022中的一个受第一方向电机动子1025驱动时，另一个气浮块也会受到被动驱动跟随运动，因此第一方向电机动子1025只需设置在其中一个气浮块即可实现对中心运动平台1012的第一方向驱动，当第一方向运动系统102的驱动力没有特别要求时，单个气浮块上设置第一方向电机动子1025的驱动效率高于同时设置在第一气浮块1021和第二气浮块1022两侧且可以提高驱动稳定性。

作为示例，导向座1034的第一端的凹槽为楔形凹槽、半球形凹槽、方形凹槽或梯形凹槽中的一中。优选地，凹槽选用楔形凹槽，以提高导向座1034与轴承组件的卡合灵活性及稳定性。

可选地，如图1所示，在第一气浮块1021和第二气浮块1022上安装盖板1024，以减少外界影响，提高装置的稳定性和使用寿命。

可选地，第二方向运动系统103的两组第二方向电机组件、导向座1034、轴承组件和弹性连接组件均可以设置为沿第二方向对称或以中心运动平台1012为中心设置为中心对称。

本发明通过轴承组件与导向座1034的楔形凹槽卡合的设计，使中心运动平台1012在第二方向进行旋转运动时与第一气浮块1021、第二气浮块1022的相对位置绑定，避免中心运动平台1012自由滑动导致旋转运动失去控制，此设计结合第一方向运动系统102与中心运动平台1012的活动驱动连接，实现了在二维直线运动基础上的稳定旋转运动。

作为示例，两组第二方向电机1031产生相同驱动方向时，中心运动平台1012沿第二方向做直线运动；两组第二方向电机1031产生相反驱动方向时，中心运动平台1012做旋转运动，配合预设第一方向电机定子1013产生的补偿驱动方向，中心运动平台1012做中心旋转运动。

作为示例，如图11和图14所示，第二方向电机组件包括第二方向电机1031、电机固定件1032；两组第二方向电机1031的第一端分别固定在第一气浮块1021和第二气浮块1022上；轴承组件包括轴承1038、轴承棒1037、轴承连接件1033；轴承棒1037上套有轴承1038；轴承1038通过轴承棒1037设置于轴承连接件1033。弹性连接组件包括弹性件1035和弹性座1036；弹性件1035的两端通过弹性座1036分别连接轴承连接件1033和导向座1034。

可选地，弹性件1035可以为压簧、板簧、拉簧或其他可活动的绑定件，以实现将轴承连接件1033和导向座1034贴合的作用。优选地，每组弹性件1035设置两个，也可以根据结构连接强度和稳定性需求增加或减少。

优选地，第二方向电机1031为杆式电机。

作为示例，如图12所示，轴承连接件1033通过电机固定件1032固定在第二方向电机1031的第二端；导向座1034的第一端与轴承1038接触，轴承1038卡合在导向座1034的第一端的凹槽中；导向座1034的第二端与中心运动平台1012连接。

在另一示例中，如图13所示，轴承连接件1033固定在中心运动平台1012；导向座1034的第一端与轴承1038接触，轴承1038卡合在导向座1034的第一端的凹槽中；导向座1034的第二端与电机固定件1032连接。

可选地，上述两种导向座1034与轴承1038的连接方式可以在两组第二方向电机组件中使用其中一种或两种结合使用。具体地，两种连接方式结合使用时，第一组第二方向电机组件中，其对应的轴承连接件1033通过电机固定件1032固定在第二方向电机1031的第二端；导向座1034的第一端与轴承1038接触，轴承1038卡合在导向座1034的第一端的凹槽中，对应的导向座1034的第二端与中心运动平台1012连接；第二组第二方向电机组件中，其对应的轴承连接件1033固定在中心运动平台1012，对应的导向座1034的第一端与轴承1038接触，轴承1038卡合在导向座1034的第一端的凹槽中；导向座1034的第二端与电机固定件1032连接。

在另一示例中，如图2所示，第一台阶10115的支撑顶面10112设置第一气浮面，中心运动平台1012底部设置第二气浮面，第一气浮面与第二气浮面之间形成第一气浮区10121；中心运动平台1012在第一方向上处于非驱动状态时，第一气浮区10121设置为负压状态，使中心运动平台1012固定吸附在气浮底座1011上，负压小于装置外气压。

本发明通过对第一气浮区10121的负压设置，使运动系统在第一方向上处于非驱动状态时，中心运动平台1012被固定在气浮底座1011上，避免产生漂移等运动造成运动定位不准确，提高了运动系统的定位准确度。

作为示例，第一气浮块1021或/和第二气浮块1022底部设置第三气浮面，中心运动平台1012上表面设置第四气浮面，第三气浮面与第四气浮面之间形成第二气浮区10211。

作为示例，第一方向导块1023是气浮导块；第一方向导块1023的一侧面与第一台阶10115的支撑内侧面10113或支撑外侧面10114相对设置，且上述相对设置的两个侧面分别设置第五气浮面和第六气浮面，第五气浮面与第六气浮面之间形成第三气浮区。

具体地，当中心运动平台1012在第一方向处于驱动状态时，第一气浮区10121设置为正压或大气压状态，第二气浮区10211设置为负压状态，第三气浮区设置为正压或大气压状态，第一方向导块1023与第一台阶10115的支撑内侧面10113或/和支撑外侧面10114存在气浮间隙，不直接接触，使第一气浮块1021和第二气浮块1022吸附固定在中心运动平台1012上，中心运动平台1012浮在气浮底座1011上，受第一方向电机定子1013驱动，同时受第一方向导块1023引导限制，沿第一方向运动；当中心运动平台1012在第二方向处于驱动状态时，第一气浮区10121设置为大气压状态，第二气浮区10211设置为正压或大气压状态，第三气浮区设置为负压状态，使第一气浮块1021和第二气浮块1022受第一方向导块1023限制吸附在支撑梁10111上，中心运动平台1012在气浮底座1011上可活动，受第二方向电机1031驱动，同时受楔形导向座1034引导限制，沿第二方向做直线运动或第一平面旋转运动；负压小于装置外气压，正压大于装置外气压，大气压等于装置外气压；负压或/和正压的具体压力大小根据装置运动需求进行设置。

作为示例，第一气浮面、第二气浮面、第三气浮面、第四气浮面、第五气浮面和第六气浮面均可以同时设置正压通路和负压通路，正压通路和负压通路彼此独立，负压通路始终提供预设负压气体；当第一气浮区10121、第二气浮区10211或/和第三气浮区需要设置正压状态时，正压通路提供预设正压气体，使上述气浮区为正压状态；当第一气浮区10121、第二气浮区10211或/和第三气浮区需要设置大气压状态时，正压通路提供预设正压气体，使上述气浮区为大气压状态；负压小于装置外气压，正压大于装置外气压，大气压等于装置外气压；负压或/和正压的具体压力大小根据装置运动需求进行设置。

在另一种示例中，第一气浮面、第二气浮面、第三气浮面、第四气浮面、第五气浮面和第六气浮面均只设置一条气体通路，当第一气浮区10121、第二气浮区10211或/和第三气浮区需要设置负压状态时，气体通路提供预设负压气体，使上述气浮区为负压状态；当第一气浮区10121、第二气浮区10211或/和第三气浮区需要设置正压状态时，气体通路提供预设正压气体，使上述气浮区为正压状态；当第一气浮区10121、第二气浮区10211或/和第三气浮区需要设置大气压状态时，正压通路提供预设大气压气体，使上述气浮区为大气压状态；负压小于装置外气压，正压大于装置外气压，大气压等于装置外气压；负压或/和正压的具体压力大小根据装置运动需求进行设置。

具体地，上述气浮面可以根据需求选择单条气体通路或正压通路、负压通路结合的通路设置，以适应装置调节方式及结构效率优化。

在另一种示例中，第一方向导块1023是机械导块，支撑梁10111上设置机械导轨，配合第一方向导块1023引导中心运动平台1012沿第一方向运动，第一方向导块1023和导轨直接接触。可选地，第一方向导块1023还可以为磁性导块等其他性质的导块，结合实际应用场景选择导块种类实现导向功能即可。具体地，第一气浮区10121优选为气浮结构，第二气浮区10211或/和第三气浮区可以替换为机械、磁性等活动结构，满足实际应用场景的运动功能即可。在一个具体的实施过程中，第一气浮区10121、第二气浮区10211、第三气浮区均设置为气浮结构，从而可以实现第一方向、第二方向的直线运动和中心旋转运动的多自由度运动，同时降低机械导轨产生的纵向高度。

作为示例，每两组第一方向导块1023组成一个子单元，每个子单元中的两组第一方向导块1023沿第一方向对称设置；设置n个子单元；n为1时，子单元通过第一气浮块1021或第二气浮块1022架设于支撑梁10111两侧；n为大于1的整数时，子单元分别通过第一气浮块1021和/或第二气浮块1022架设于支撑梁10111两侧。

作为示例，每组第一方向导块1023架设于支撑梁10111的内侧或外侧；n为大于1的整数时，m个子单元中每组第一方向导块1023架设于支撑梁10111的内侧，其他子单元中每组第一方向导块1023架设于支撑梁10111的外侧，m为大于等于0且小于等于n的整数。具体地，存在第一方向导块1023架设于支撑外侧面10114时，第一台阶10115的支撑外侧面10114与第一方向电机定子1013设置预设间距，以容纳第一方向电机定子1013和第一方向导块1023。

具体地，如图8和图9所示，设置两个子单元，一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第一气浮块1021沿第一方向对称地分别架设于支撑梁10111的外侧，另一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第二气浮块1022沿第一方向对称地分别架设于支撑梁10111的外侧；如图10所示，设置两个子单元，一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第一气浮块1021沿第一方向对称地分别架设于支撑梁10111的内侧，另一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第二气浮块1022沿第一方向对称地分别架设于支撑梁10111的内侧。

在另一示例中，如图7所示，两个子单元中的第一方向导块1023也可以通过第一气浮块1021和第二气浮块1022只在第一方向的同侧设置，一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第一气浮块1021分别架设于支撑梁10111的内侧和外侧，另一个子单元中的两组第一方向导块1023通过第二气浮块1022分别架设于支撑梁10111的内侧和外侧。

作为示例，如图3所示，中心运动平台1012为架设于支撑梁10111的内侧的第一方向导块1023设置第一避让空间10122；第一气浮块1021和第二气浮块1022为架设于支撑梁10111的内侧的第一方向导块1023设计凸起部分10212，第一方向导块1023通过凸起部分10212延伸至支撑梁10111内侧，且第一方向导块1023穿过中心运动平台1012上的第一避让空间10122。可选地，如图18所示，凸起部分10212也可以根据空间设计取消设置。

作为示例，如图4所示，中心运动平台1012为第二方向运动系统103设置第二避让空间10123，为第一气浮块1021、第二气浮块1022设置第四避让空间10125。可选地，第二避让空间10123可以根据第二方向运动系统的位置设置为沿第二方向对称或以中心运动平台1012为中心设置为中心对称。

作为示例，如图15所示，装置还包括传感器系统104，传感器系统104包括第一方向位置传感器1043和第二方向位置传感器1041，用于判断中心运动平台1012是否到达预定位置。可选地，如图4所示，中心运动平台1012为传感器系统104设置第三避让空间10124。

具体地，预设中心运动平台1012在第二方向需要的最大行程为s，第一避让空间10122沿第二方向的长度为a，第一方向导块1023沿第二方向的长度b，第一方向电机动子1025到第一台阶10115的支撑外侧面10114的垂直距离为c，第一方向电机定子1013到第一台阶10115的支撑外侧面10114的垂直距离为d；当仅存在架设于第一台阶10115的支撑内侧面10113的第一方向导块1023时，

；当仅存在架设于第一台阶10115的支撑外侧面10114的第一方向导块1023时，

且

；当同时存在架设于第一台阶10115的支撑外侧面10114和支撑内侧面10113的第一方向导块1023时，

，

且

；当满足上述距离设置时，装置才能实现第二方向运动或/和在第一平面上的旋转运动，a、b、c的设置决定了中心运动平台1012在第二方向可以进行的最大行程s，同时满足第二方向平稳运动的空间需求。

本发明通过设计避让空间，实现装置的扁平化，减少第三方向占用的空间。具体地，如图17所示，当不存在架设于支撑梁10111的内侧面的第一方向导块1023时，第一避让空间10122的设置可以省去；其他避让空间也可以根据空间需求和运动行程需求进行设置或取消。

可选地，设置第一方向传感器座1042固定在第一气浮块1021或/和第二气浮块1022，第一方向位置传感器1043通过第一方向传感器座1042与第一气浮块1021或/和第二气浮块1022连接，以加强连接。具体地，第二方向位置传感器1041也可以根据空间和结构强度需求设置传感器座。

作为示例，气浮底座1011在支撑梁10111之间设置留空。留空的设计可以减小装置重量，实现轻量化，提高空间可利用率。

在另一实例中，如图16所示，从业人员也可以将气浮底座1011上表面填充为一整体气浮面并作为支撑梁10111，或者设计其他的气浮底座1011结构以满足具体的装置空间需求。

综上，本发明的二维运动装置，可以通过第二方向运动系统的弹性件和楔形导向座设计，配合第二方向运动系统两侧电机的驱动方向设计，实现中心运动平台稳定的中心旋转运动；同时通过气浮基座系统里气浮底座和中心运动平台之间的第一气浮区提供负压形成吸附作用，以使非驱动状态的中心运动平台固定在气浮底座上，防止微小扰动导致中心运动平台漂移；最后，利用中心运动平台上避让空间的设计，减小装置高度方向的尺寸，使结构紧凑、空间利用率高。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种二维运动装置，其特征在于，包括：气浮基座系统（101）、第一方向运动系统（102）和第二方向运动系统（103）；

所述气浮基座系统（101）包括气浮底座（1011）、中心运动平台（1012）、第一方向电机定子（1013）；所述第一方向电机定子（1013）设置于所述气浮底座（1011）表面沿第一方向对称的两侧；

所述第一方向运动系统（102）包括第一气浮块（1021）、第二气浮块（1022）、多组第一方向导块（1023）和第一方向电机动子（1025）；每组所述第一方向导块（1023）设置于所述第一气浮块（1021）或/和所述第二气浮块（1022）的底部，架设于所述气浮底座（1011）的支撑梁（10111）两侧，以将所述第一方向运动系统（102）限制在所述第一方向运动；所述第一方向电机动子（1025）设置于所述第一气浮块（1021）或/和第二气浮块（1022）沿所述第一方向对称的两侧，与所述第一方向电机定子（1013）对应设置；

所述第二方向运动系统（103）包括第二方向电机组件、导向座（1034）、轴承组件和弹性连接组件；所述第二方向电机组件、所述导向座（1034）、所述轴承组件和所述弹性连接组件均设置两组，分别沿第二方向对称分布；两组所述第二方向电机组件分别固定在所述第一气浮块（1021）和所述第二气浮块（1022）上；所述导向座（1034）的第一端设置凹槽，所述轴承组件与所述凹槽卡合，所述导向座（1034）和所述轴承组件作为中间连接件，使所述第二方向电机组件与所述中心运动平台（1012）之间形成驱动连接；所述弹性连接组件将所述导向座（1034）与所述轴承组件贴合。

2.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述第二方向电机组件包括第二方向电机（1031）、电机固定件（1032）；两组所述第二方向电机（1031）的第一端分别固定在所述第一气浮块（1021）和所述第二气浮块（1022）上；

所述轴承组件包括轴承连接件（1033）、轴承（1038）、轴承棒（1037）；所述轴承棒（1037）上套有所述轴承（1038）；所述轴承（1038）通过所述轴承棒（1037）设置于所述轴承连接件（1033）；

所述弹性连接组件包括弹性件（1035）和弹性座（1036）；所述弹性件（1035）的两端通过所述弹性座（1036）分别连接所述轴承连接件（1033）和所述导向座（1034）。

3.根据权利要求2所述的二维运动装置，其特征在于，所述轴承连接件（1033）通过所述电机固定件（1032）固定在所述第二方向电机（1031）的第二端；

所述导向座（1034）的第一端与所述轴承（1038）接触，所述轴承（1038）卡合在所述导向座（1034）的第一端的所述凹槽中；

所述导向座（1034）的第二端与所述中心运动平台（1012）连接。

4.根据权利要求2所述的二维运动装置，其特征在于，所述轴承连接件（1033）固定在所述中心运动平台（1012）；

所述导向座（1034）的第一端与所述轴承（1038）接触，所述轴承（1038）卡合在所述导向座（1034）的第一端的所述凹槽中；

所述导向座（1034）的第二端与所述电机固定件（1032）连接。

5.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，两组所述第二方向电机（1031）产生相同驱动方向时，所述中心运动平台（1012）沿所述第二方向做直线运动；

两组所述第二方向电机（1031）产生相反驱动方向时，所述中心运动平台（1012）做旋转运动，配合预设所述第一方向电机定子（1013）产生的补偿驱动方向，所述中心运动平台（1012）做中心旋转运动。

6.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述气浮底座（1011）表面设置第一气浮面，所述中心运动平台（1012）底部设置第二气浮面，所述第一气浮面与所述第二气浮面之间形成第一气浮区（10121）；

所述中心运动平台（1012）在所述第一方向上处于非驱动状态时，所述第一气浮区（10121）设置为负压状态，使所述中心运动平台（1012）固定吸附在所述气浮底座（1011）上，所述负压小于所述装置外气压。

7.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述第一气浮块（1021）或/和所述第二气浮块（1022）底部设置第三气浮面，所述中心运动平台（1012）上表面设置第四气浮面，所述第三气浮面与所述第四气浮面之间形成第二气浮区（10211）。

8.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述第一方向导块（1023）是气浮导块；所述第一方向导块（1023）的一侧面与所述支撑梁（10111）的一侧面相对设置，且相对设置的两个侧面分别设置第五气浮面和第六气浮面，所述第五气浮面与所述第六气浮面之间形成第三气浮区。

9.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，每两组第一方向导块（1023）组成一个子单元，每个子单元中的两组第一方向导块（1023）沿所述第一方向对称设置；设置n个所述子单元；

n为1时，所述子单元通过所述第一气浮块（1021）或所述第二气浮块（1022）架设于所述支撑梁（10111）两侧；

n为大于1的整数时，所述子单元通过所述第一气浮块（1021）和/或所述第二气浮块（1022）架设于所述支撑梁（10111）两侧。

10.根据权利要求9所述的二维运动装置，其特征在于，每组第一方向导块（1023）架设于所述支撑梁（10111）的内侧或外侧；

n为大于1的整数时，m个子单元中每组第一方向导块（1023）架设于所述支撑梁（10111）的内侧，其他子单元中每组第一方向导块（1023）架设于所述支撑梁（10111）的外侧，m为大于等于0且小于等于n的整数。

11.根据权利要求10所述的二维运动装置，其特征在于，所述中心运动平台（1012）为架设于所述支撑梁（10111）的内侧的所述第一方向导块（1023）设置第一避让空间（10122）；所述第一气浮块（1021）和所述第二气浮块（1022）为架设于所述支撑梁（10111）的内侧的所述第一方向导块（1023）设计凸起部分（10212），所述第一方向导块（1023）通过所述凸起部分（10212）延伸至所述支撑梁（10111）内侧，且所述第一方向导块（1023）穿过所述中心运动平台（1012）上的所述第一避让空间（10122）。

12.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述中心运动平台（1012）为所述第二方向运动系统（103）设置第二避让空间（10123），为所述第一气浮块（1021）、所述第二气浮块（1022）设置第四避让空间（10125）。

13.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，还包括传感器系统（104），所述传感器系统（104）包括第一方向位置传感器（1043）和第二方向位置传感器（1041）。

14.根据权利要求1所述的二维运动装置，其特征在于，所述气浮底座（1011）在所述支撑梁（10111）之间设置留空。

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