CN115059730A - 运动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运动系统，运动系统包括精密运动装置和自适应减振装置，自适应减振装置包括柔性感应部、功率放大器和压电陶瓷致动器，在运动机构加减速过程中，柔性感应部随运动机构运动，柔性感应部在运动过程中弹性变形并将变形量转化为电信号，然后功率放大器对柔性感应部发出的信号进行放大作用后输送至压电陶瓷致动器从而控制压电陶瓷致动器动作，压电陶瓷致动器对支撑框架施加平衡力矩，平衡力矩为和偏转力矩方向相反的一对力偶，从而抵消了运动机构在竖直方向的偏转力矩，极大地削弱了由偏转力矩引发的振动对精密运动装置的运动精度和稳定性产生的影响。并且，本方案简化了信号传递链路和处理环节，整个信号传递链路相对简单且高效。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，具体而言，涉及一种运动系统。
背景技术
在集成电路制造领域，精密运动装置(也称精密运动台)技术是装备制造系统的核心技术，一直受到行业内的高度重视。在精密运动装置中，平面运动台的大行程运动往往会引起大幅值的振动影响，尤其是在加速或减速过程中产生的冲击振动影响，对精密运动装置的精度和稳定性干扰很大，因此需要专门的装置或措施，来降低运动过程中尤其是加减速过程引起的振动影响。
精密运动装置中的运动机构包括平面运动台和平衡质量组件，通过平衡质量组件充当反力引导机构来抵消平面运动台运动过程中的振动影响。平衡质量组件消除振动影响依赖的是动量定理，可以解决掉水平方向上的振动影响，但对于由于平面运动台和平衡质量组件的质心在竖直方向上不共面所引起的偏转力矩作用，却没有很好的解决掉。仅依靠机械定位接口和空气弹簧的压紧作用，尽可能地保持精密运动装置的位置较少地受到影响，但是这严重依赖机械定位接口的刚度和空气弹簧的充气刚度。特别地，空气弹簧充入的正压气体受气源泵影响会产生气压波动，以及平面运动台的加速、减速动作会加剧偏转力矩的冲击振动作用，给精密运动装置在水平面的偏转定位精度带来极大地不利影响。
当然，针对由于平面运动台和平衡质量组件的质心在竖直方向上不共面所引起的偏转力矩作用，有装备厂商采用在精密运动装置的支撑框架和硬化框架或硬化地基之间设置四组惯性致动器的方式，通过惯性致动器的出力抵消偏转力矩在四个支撑点处的分力，从而达到消除偏转力矩的振动影响的效果。但是，惯性致动器受体积所限制，其中的惯性质量块体积和质量有限，对于一般的中低速运动所引起的偏转力矩尚能起到很好的振动抵消作用，但对于高速和高加速运动所引起的偏转力矩作用，受出力大小限制，很难起到较好的振动抵消作用。另外，采取惯性致动器抵消振动的方式，惯性致动器也需要配备相应的控制环路，这样整个减振控制系统较为复杂，导致控制反馈信号的时间迟滞影响，降低了实时有效地进行振动冲击抵消的作用。
发明内容
本发明提供了一种运动系统，以解决现有技术中的精密运动装置不能很好地抵消偏转力矩的问题。
为了解决上述问题，本发明提供了一种运动系统，包括：精密运动装置，精密运动装置包括支撑框架和运动机构，运动机构可移动地设置于支撑框架；自适应减振装置，自适应减振装置包括柔性感应部、功率放大器和压电陶瓷致动器，柔性感应部设置于运动机构，压电陶瓷致动器设置于支撑框架，柔性感应部、功率放大器和压电陶瓷致动器依次电连接；其中，在运动机构加减速过程中，柔性感应部沿运动方向弹性变形并发出信号，功率放大器接收柔性感应部发出的信号并控制压电陶瓷致动器动作，压电陶瓷致动器对支撑框架施加平衡力矩，以抵消运动机构在竖直方向的偏转力矩。
进一步地，运动机构包括平衡质量组件和平面运动台，平衡质量组件可移动地设置在支撑框架上，平面运动台可移动地设置在平衡质量组件上，平面运动台相对于平衡质量组件可沿第一方向和/或第二方向移动，第一方向和第二方向相互垂直；其中，柔性感应部设置在平衡质量组件和/或平面运动台，压电陶瓷致动器设置在支撑框架的下侧。
进一步地，柔性感应部包括柔性机构和压电结构，柔性机构包括安装支架、柔性簧片和质量结构，压电结构包括第一压电膜片和第二压电膜片，安装支架安装在平衡质量组件和/或平面运动台上，柔性簧片的两端分别和安装支架连接，质量结构安装在柔性簧片上；柔性簧片在厚度方向的两面分别为第一面和第二面，第一面和第二面的法向均平行于第一方向，或第一面和第二面的法向均平行于第二方向；第一压电膜片贴在第一面，第二压电膜片贴在第二面，第一压电膜片、第二压电膜片均和功率放大器电连接。
进一步地，安装支架包括第一支架和第二支架，第一支架和/或第二支架安装在运动机构上，第一支架的一端和第二支架的一端夹紧柔性簧片的一端，第一支架的另一端和第二支架的另一端夹紧柔性簧片的另一端；质量结构包括第一质量块和第二质量块，第一质量块安装在第一面，第二质量块安装在第二面，且第一质量块和第二质量块均位于第一支架和第二支架围绕形成的腔体内；第一压电膜片具有第一凹槽，第一凹槽避让第一质量块，第二压电膜片具有第二凹槽，第二凹槽避让第二质量块。
进一步地，在运动机构加减速过程中，柔性簧片受惯性作用弹性变形，第一压电膜片和第二压电膜片随柔性簧片变形并分别产生输送至功率放大器的感应电动势；其中，柔性簧片的弹性变形量和对应的平衡质量组件或平面运动台的加速度具有预设的系数关系，第一压电膜片产生的感应电动势的值和第一压电膜片的变形量具有预设的系数关系，第二压电膜片产生的感应电动势的值和第二压电膜片的变形量具有预设的系数关系。
进一步地，第一压电膜片在厚度方向的两面分别作为正极和负极，第二压电膜片在厚度方向的两面分别作为正极和负极；第一压电膜片和第二压电膜片的极化方向均沿厚度方向，第一压电膜片和第二压电膜片的极化方向相同或相反。
进一步地，功率放大器包括第一放大器和第二放大器，压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，其中，第一放大器的输入端的正极和第一压电膜片的正极连接，第一放大器的输入端的负极和第一压电膜片的负极连接，第一放大器的输出端的正极和第一致动器的正极连接，第一放大器的输出端的负极和第一致动器的负极连接；第二放大器的输入端的正极和第二压电膜片的负极连接，第二放大器的输入端的负极和第二压电膜片的正极连接，第二放大器的输出端的正极和第二致动器的正极连接，第二放大器的输出端的负极和第二致动器的负极连接；或，第二放大器的输入端的正极和第二压电膜片的正极连接，第二放大器的输入端的负极和第二压电膜片的负极连接，第二放大器的输出端的正极和第二致动器的负极连接，第二放大器的输出端的负极和第二致动器的正极连接。
或者，功率放大器包括第一放大器和第二放大器，压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，其中，第一压电膜片的负极和第二压电膜片的正极连接，第一压电膜片的正极与第一放大器的输入端的正极、第二放大器的输入端的负极均连接，第二压电膜片的负极与第一放大器的输入端的负极、第二放大器的输入端的正极均连接，第一放大器的输出端的正极和第一致动器的正极连接，第一放大器的输出端的负极和第一致动器的负极连接，第二放大器的输出端的正极和第二致动器的正极连接，第二放大器的输出端的负极和第二致动器的负极连接；或，第一压电膜片的正极和第二压电膜片的正极连接，第一压电膜片的负极和第二压电膜片的负极连接，第一压电膜片的正极与第一放大器的输入端的正极、第二放大器的输入端的正极均连接，第一压电膜片的负极与第一放大器的输入端的负极、第二放大器的输入端的负极均连接，第一放大器的输出端的正极和第一致动器的正极连接，第一放大器的输出端的负极和第一致动器的负极连接，第二放大器的输出端的正极和第二致动器的负极连接，第二放大器的输出端的负极和第二致动器的正极连接。
或者，功率放大器包括一个第一放大器，压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，其中，第一压电膜片的负极和第二压电膜片的正极连接，第一压电膜片的正极与第一放大器的输入端的正极连接，第二压电膜片的负极与第一放大器的输入端的负极连接，第一放大器的输出端的正极和第一致动器的正极连接，第一放大器的输出端的负极和第一致动器的负极连接，第一放大器的输出端的正极和第二致动器的负极连接，第一放大器的输出端的负极和第二致动器的正极连接；或，第一压电膜片的正极和第二压电膜片的正极连接，第一压电膜片的负极和第二压电膜片的负极连接，第一压电膜片的正极与第一放大器的输入端的正极连接，第一压电膜片的负极与第一放大器的输入端的负极连接，第一放大器的输出端的正极和第一致动器的正极连接，第一放大器的输出端的负极和第一致动器的负极连接，第一放大器的输出端的正极和第二致动器的负极连接，第一放大器的输出端的负极和第二致动器的正极连接。
进一步地，运动系统包括一组自适应减振装置，柔性感应部能沿第一方向产生形变，压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，第一致动器和第二致动器分别设置在支撑框架沿第一方向的两端；其中，平面运动台沿第一方向加减速运动的情况下，压电陶瓷致动器对支撑框架施加一对以第二方向为转轴的力偶。
或者，运动系统包括两组自适应减振装置，每组自适应减振装置中的压电陶瓷致动器的数量至少为二个；第一组自适应减振装置中的柔性感应部能沿第一方向产生形变，且对应的压电陶瓷致动器沿第一方向布置，第二组自适应减振装置中的柔性感应部能沿第二方向产生形变，且对应的压电陶瓷致动器沿第二方向布置；其中，平面运动台沿第一方向加减速运动的情况下，第一组自适应减振装置中的柔性感应部触发对应的压电陶瓷致动器对支撑框架施加一对以第二方向为转轴的力偶；平面运动台沿第二方向加减速运动的情况下，第二组自适应减振装置中的柔性感应部触发对应的压电陶瓷致动器对支撑框架施加一对以第一方向为转轴的力偶。
进一步地，沿第一方向布置的压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，第一致动器和第二致动器分别设置在支撑框架沿第一方向的两端的中部区域；沿第二方向布置的压电陶瓷致动器包括第三致动器和第四致动器，第三致动器和第四致动器分别设置在支撑框架沿第二方向的两端的中部区域。
或者，沿第一方向布置的压电陶瓷致动器包括第一致动器和第二致动器，第一致动器包括第一分致动器和第二分致动器，第二致动器包括第三分致动器和第四分致动器；其中，第一分致动器和第二分致动器分别设置在支撑框架在第一方向的一端的两侧边角，第三分致动器和第四分致动器分别设置在支撑框架在第一方向的另一端的两侧边角；沿第二方向布置的压电陶瓷致动器包括第三致动器和第四致动器，第三致动器包括第五分致动器和第六分致动器，第四致动器包括第七分致动器和第八分致动器；其中，第五分致动器和第一分致动器在竖直方向叠放设置，第六分致动器和第三分致动器在竖直方向叠放设置，第七分致动器和第二分致动器在竖直方向叠放设置，第八分致动器和第四分致动器在竖直方向叠放设置。
进一步地，平衡质量组件包括平衡质量主体和导向部，平面运动台设置在平衡质量主体上，导向部位于平衡质量主体和支撑框架之间，以在第一方向和/或第二方向对平衡质量主体导向；其中，导向部为气浮导向机构或机械导向机构或柔性导向机构或磁浮导向机构，压电陶瓷致动器和导向机构在水平投影面上至少部分重合。
进一步地，压电陶瓷致动器包括均和功率放大器连接的第一致动器和第二致动器，运动系统还包括下端均固定的第一空气弹簧和第二空气弹簧，第一致动器设置在支撑框架的下侧和第一空气弹簧的上端之间，第二致动器设置在支撑框架的下侧和第二空气弹簧的上端之间。
进一步地，支撑框架包括第一主体和分布在第一主体侧壁的多个第一定位接口，精密运动装置还包括固定设置的硬化框架，硬化框架包括第二主体和分布在第二主体侧壁的多个第二定位接口；其中，压电陶瓷致动器对第一主体施加沿竖直方向预设的作用力，以使多个第一定位接口的上侧和多个第二定位接口的下侧一一对应地抵接；运动机构设置在第一主体的上侧，压电陶瓷致动器设置在第一主体的下侧。
或者，精密运动装置还包括硬化框架，硬化框架包括底板和设置在底板上侧的第二主体，支撑框架设置在底板的上侧且位于第二主体围绕形成的空间内；底板的下侧和压电陶瓷致动器的上侧连接，压电陶瓷致动器对底板施加沿竖直方向预设的作用力，且压电陶瓷致动器通过底板对支撑框架施加平衡力矩。
由于运动机构中的平面运动台和平衡质量组件的质心在竖直方向上不共面，会引起偏转力矩作用。采用该方案，在运动机构加减速过程中，柔性感应部随运动机构加减速运动，柔性感应部在运动过程中弹性变形并将变形量转化为电信号，然后功率放大器对柔性感应部发出的信号进行放大作用后输送至压电陶瓷致动器从而控制压电陶瓷致动器动作，压电陶瓷致动器对支撑框架施加平衡力矩，平衡力矩为和偏转力矩方向相反的一对力偶，从而抵消运动机构在竖直方向的偏转力矩，极大地削弱了由偏转力矩引发的振动对精密运动装置的运动精度和稳定性产生的影响。
相比于现有技术中采用的惯性致动器，本方案采用压电陶瓷致动器，对于运动机构在高速高加减速运动的情况下，仍具有较好的减振效果。并且，本方案简化了信号传递链路和处理环节，整个信号传递链路相对简单且高效，反应时间迟滞大为缩短，解决了现有技术中由于控制系统太过复杂所导致的反馈信号时间迟滞的问题，可实时有效地抵消掉偏转力矩引起的冲击振动。
本发明提供的技术方案，通过自适应减振装置，解决了平衡质量组件对高速高加减速精密运动装置的减振操作所引起的垂向上的振动问题，相比现有技术，进一步增强了对竖直方向上的减振作用，极大地提高了对高速高加减速精密运动装置的减振效果。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例一提供的运动系统的结构示意图；
图2示出了图1中的自适应减振装置的布置方式一；
图3示出了图1中的自适应减振装置的布置方式二；
图4示出了图2中的柔性机构的示意图；
图5示出了图4中的柔性簧片和压电结构在加速时的变形示意图；
图6示出了图1中的运动机构在运动时压电陶瓷致动器施加平衡力矩示意图；
图7示出了本发明的实施例二提供的运动系统的结构示意图；
图8示出了本发明的实施例三提供的运动系统的结构示意图；
图9示出了图8中的运动系统中的压电陶瓷致动器的布置方式一；
图10示出了图8中的运动系统中的压电陶瓷致动器的布置方式二；
图11示出了本发明的实施例四提供的运动系统的结构示意图；
图12示出了本发明的实施例五提供的运动系统中的自适应减振装置的布置示意图；
图13示出了本发明的实施例六提供的运动系统中的自适应减振装置的布置示意图；
图14示出了本发明的实施例七提供的运动系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
9、硬化地基；10、精密运动装置；11、支撑框架；111、第一主体；112、第一定位接口；113、气浮垫；114a、第一空气弹簧；114b、第二空气弹簧；12、平面运动台；121、平面运动主板；129、驱动电机动子；130、驱动电机定子；17、平衡质量组件；171、平衡质量主体；172、导向部；27、第一面；28、第二面；59、硬化框架；591、第二主体；592、第二定位接口；593、底板；60、自适应减振装置；61、柔性机构；611、柔性簧片；612、第一支架；613、第二支架；614、第一质量块；615、第二质量块；62、压电结构；621、第一压电膜片；622、第二压电膜片；63、压电陶瓷致动器；631、第一致动器；631a、第一分致动器；631b、第二分致动器；632、第二致动器；632a、第三分致动器；632b、第四分致动器；633、第三致动器；633a、第五分致动器；633b、第六分致动器；634、第四致动器；634a、第七分致动器；634b、第八分致动器；64、功率放大器；641、第一放大器；642、第二放大器。
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、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图6所示，本发明的实施例一提供了一种运动系统，包括：精密运动装置10，精密运动装置10包括支撑框架11和运动机构，运动机构可移动地设置于支撑框架11；自适应减振装置60，自适应减振装置60包括柔性感应部、功率放大器64和压电陶瓷致动器63，柔性感应部设置于运动机构，压电陶瓷致动器63设置于支撑框架11，柔性感应部、功率放大器64和压电陶瓷致动器63依次电连接；其中，在运动机构加减速过程中，柔性感应部沿运动方向弹性变形并发出信号，功率放大器64接收柔性感应部发出的信号并控制压电陶瓷致动器63动作，压电陶瓷致动器63对支撑框架11施加平衡力矩，以抵消运动机构在竖直方向的偏转力矩。
由于运动机构中的平面运动台12和平衡质量组件17的质心在竖直方向上不共面，会引起偏转力矩作用。采用该方案，在运动机构加减速过程中，柔性感应部随运动机构加减速运动，柔性感应部在运动过程中弹性变形并将变形量转化为电信号，然后功率放大器64对柔性感应部发出的信号进行放大作用后输送至压电陶瓷致动器63从而控制压电陶瓷致动器63动作，压电陶瓷致动器63对支撑框架11施加平衡力矩，平衡力矩为和偏转力矩方向相反的一对力偶，从而抵消运动机构在竖直方向的偏转力矩，极大地削弱了由偏转力矩引发的振动对精密运动装置10的运动精度和稳定性产生的影响。
相比于现有技术中采用的惯性致动器，本方案采用压电陶瓷致动器63，对于运动机构在高速高加减速运动的情况下，仍具有较好的减振效果。并且，本方案简化了信号传递链路和处理环节，整个信号传递链路相对简单且高效，反应时间迟滞大为缩短，解决了现有技术中由于控制系统太过复杂所导致的反馈信号时间迟滞的问题，可实时有效地抵消掉偏转力矩引起的冲击振动。
本方案中，运动机构包括平衡质量组件17和平面运动台12，平衡质量组件17可移动地设置在支撑框架11上，平面运动台12可移动地设置在平衡质量组件17上，平面运动台12相对于平衡质量组件17可沿第一方向和/或第二方向移动，第一方向和第二方向相互垂直；其中，柔性感应部设置在平衡质量组件17和/或平面运动台12，压电陶瓷致动器63设置在支撑框架11的下侧。在附图中，X表示第一方向，Y表示第二方向，Z表示竖直方向，且第一方向和第二方向均为水平方向。在实施例一中，柔性感应部具体设置在平面运动台12上。
如图2至图5所示，柔性感应部包括柔性机构61和压电结构62，柔性机构61包括安装支架、柔性簧片611和质量结构，压电结构62包括第一压电膜片621和第二压电膜片622，安装支架安装在平衡质量组件17和/或平面运动台12上，柔性簧片611的两端分别和安装支架连接，质量结构安装在柔性簧片611上；柔性簧片611在厚度方向的两面分别为第一面27和第二面28，第一面27和第二面28的法向均平行于第一方向，或第一面27和第二面28的法向均平行于第二方向；第一压电膜片621贴在第一面27，第二压电膜片622贴在第二面28，第一压电膜片621、第二压电膜片622均和功率放大器64电连接。本方案采用压电膜片作为感应器，将因平面运动台12加减速运动引起的柔性簧片611弯曲形变转化为电信号，经过功率放大器64的放大作用，将微小的电信号转换为较大的电动势，并作用到压电陶瓷致动器63上，产生一对力偶作用，从而抵消运动机构在平面运动方向上的偏转转矩作用，极大地削弱了振动对运动精度和稳定性的影响。在实施例一中，运动机构沿第一方向运动，第一面27和第二面28的法向均平行于第一方向布置。
本发明提供的技术方案，通过在柔性机构61的柔性簧片611的两侧张贴的压电膜片，将柔性机构61跟随平面运动台12或平衡质量组件17运动过程中，受加减速的惯性作用发生的变形转化为感应电信号，继而输入功率放大器64使其输出驱动电动势给压电陶瓷致动器63，从而产生平衡力矩作用在支撑框架11上，相比现有技术，简化了信号传递链路和处理环节，使得加减速引起的形变量转换的电信号经过简单运算处理后接入功率放大器，大大降低了反应时间迟滞，提高了对质心不共面引起的偏转力矩的跟踪和消除能力。
其中，安装支架包括第一支架612和第二支架613，第一支架612和/或第二支架613安装在运动机构上，第一支架612的一端和第二支架613的一端夹紧柔性簧片611的一端，第一支架612的另一端和第二支架613的另一端夹紧柔性簧片611的另一端；质量结构包括第一质量块614和第二质量块615，第一质量块614安装在第一面27，第二质量块615安装在第二面28，且第一质量块614和第二质量块615均位于第一支架612和第二支架613围绕形成的腔体内；第一压电膜片621具有第一凹槽，第一凹槽避让第一质量块614，第二压电膜片622具有第二凹槽，第二凹槽避让第二质量块615。通过第一支架612和第二支架613可将紧柔性簧片611的两端固定，这样第一支架612和第二支架613在随运动机构加减速过程中，柔性簧片611的中部区域因惯性产生弹性变形。在柔性簧片611的两个面上分别安装第一质量块614和第二质量块615，可以增大结构的质量和惯性，有利于增大柔性簧片611的变形量，从而增大两个压电膜片的变形量，这样使产生的电信号的值增大，有利于后续处理。
通过在第一压电膜片621和第二压电膜片622上设置凹槽，可避免压电膜片和质量块干涉。第一压电膜片621和第二压电膜片622只要高度小于柔性簧片611的高度，不影响柔性簧片611的安装即可，两个压电膜片二者可尺寸一致，也可以不一致，两个压电膜片尺寸一致效果会更好。两个质量块也不要求是一样的，但如果两个质量块质量近似或相同，效果会更好。
具体地，在运动机构加减速过程中，柔性簧片611受惯性作用弹性变形，第一压电膜片621和第二压电膜片622随柔性簧片611变形并分别产生输送至功率放大器64的感应电动势；其中，柔性簧片611的弹性变形量和对应的平衡质量组件17或平面运动台12的加速度具有预设的系数关系，第一压电膜片621产生的感应电动势的值和第一压电膜片621的变形量具有预设的系数关系，第二压电膜片622产生的感应电动势的值和第二压电膜片622的变形量具有预设的系数关系。通过上述设置，可以保证压电膜片对外输出的信号大小与平衡质量组件17或平面运动台12的加速度大小也是一个确定性的系数关系，即满足压电膜片输出信号与测量对象加速度的线性要求；该线性要求的实现，有利于本方案提出的自适应减振策略的信号分析和数据运算，能够进一步缩短系统的信号分析和反馈处理所需的时间。
其中，柔性簧片611的弹性变形量和对应的平衡质量组件17或平面运动台12的加速度之间的系数关系满足：柔性簧片611的弹性变形量和加速度的比值等于第一预设系数。其中，柔性簧片611的弹性变形量的衡量指标，是柔性簧片611弯曲的曲率大小和方向。第一压电膜片621产生的感应电动势的值和第一压电膜片621的变形量之间的系数关系满足：第一压电膜片621产生的感应电动势的值和第一压电膜片621的变形量的比值等于第二预设系数。第二压电膜片622产生的感应电动势的值和第二压电膜片622的变形量之间的系数关系满足：第二压电膜片622产生的感应电动势的值和第二压电膜片622的变形量的比值等于第三预设系数。在实施例一中，柔性感应部设置在平面运动台12上，第一预设系数为柔性簧片611的弹性变形量和平面运动台12的加速度的比值。
其中，预设系数通常可设置为常数。具体地，预设系数的确定，跟曲率和加速度、曲率和压电膜片感应电动势、感应电动势和驱动电压，这些因素相关，每个环节都有相应的系数关系，要考虑每个系数的可实现范围情况来定。
本方案中，第一压电膜片621在厚度方向的两面分别作为正极和负极，第二压电膜片622在厚度方向的两面分别作为正极和负极；第一压电膜片621和第二压电膜片622的极化方向均沿厚度方向，第一压电膜片621和第二压电膜片622的极化方向相同或相反。需要说明的是，为便于理解，本方案中各实施例中的第一压电膜片621和第二压电膜片622的极化方向均相同，在其他实施例中两者的极化方向也可以是相反的。
在实施例一中，功率放大器64包括第一放大器641和第二放大器642，压电陶瓷致动器63包括第一致动器631和第二致动器632，其中，第一放大器641的输入端的正极和第一压电膜片621的正极连接，第一放大器641的输入端的负极和第一压电膜片621的负极连接，第一放大器641的输出端的正极和第一致动器631的正极连接，第一放大器641的输出端的负极和第一致动器631的负极连接。
本实施例中，压电膜片、第二放大器642和第二致动器632可以有不同的接线方式。例如图2所示，第二放大器642的输入端的正极和第二压电膜片622的负极连接，第二放大器642的输入端的负极和第二压电膜片622的正极连接，第二放大器642的输出端的正极和第二致动器632的正极连接，第二放大器642的输出端的负极和第二致动器632的负极连接。或如图3所示，第二放大器642的输入端的正极和第二压电膜片622的正极连接，第二放大器642的输入端的负极和第二压电膜片622的负极连接，第二放大器642的输出端的正极和第二致动器632的负极连接，第二放大器642的输出端的负极和第二致动器632的正极连接。
在图2中，为了实现本发明所公开的自适应减振策略，分别向第一致动器631、第二致动器632通入预设电压信号，这样第一致动器631、第二致动器632就在电压信号作用下预先施加一个作用力给支撑框架11，从而将支撑框架11的定位接口与硬化框架59的定位接口之间相互贴紧达到定位目的。同时，第一放大器641的输入端的正、负极接入第一压电膜片621的正、负极面的方式，与第二放大器642的输入端的正、负极接入第二压电膜片622的正、负极面的方式刚好相反。也就是说，柔性簧片611受惯性作用弯曲变形，分别在第一压电膜片621、第二压电膜片622的两个正、负极面之间产生感应电动势，当第一压电膜片621的第一感应电动势信号接入第一放大器641的输入端后，在第一放大器641的输出端产生一个增强第一致动器631的预设电压信号的第一驱动电动势，同时第二压电膜片622的第二感应电动势信号接入第二放大器642的输入端后，在第二放大器642的输出端产生一个减弱第二致动器632的预设电压信号的第二驱动电动势；或是，当第一压电膜片621的第一感应电动势信号接入第一放大器641的输入端后，在第一放大器641的输出端产生一个减弱第一致动器631的预设电压信号的第一驱动电动势，同时第二压电膜片622的第二感应电动势信号接入第二放大器642的输入端后，在第二放大器642的输出端产生一个增强第二致动器632的预设电压信号的第二驱动电动势。其中，第一感应电动势信号的大小与第二感应电动势信号基本相等符号相同，第一驱动电动势信号的大小与第二驱动电动势信号基本相等但符号相反，由于第一驱动电动势信号和第二驱动电动势信号接入第一致动器631和第二致动器632的方式相同，最终使第一致动器631和第二致动器632得到大小基本相等符号相反的电压信号。
在图3中，为了实现本发明所公开的自适应减振策略，在向第一致动器631、第二致动器632通入预设电压信号的同时，也可以是，第一放大器641的输出端的正、负极接入第一致动器631的正、负极的方式与第二放大器642的输出端的正、负极接入第二致动器632的正、负极的方式刚好相反，但第一放大器641的输入端的正、负极接入第一压电膜片621的正、负极的方式与第二放大器642的输入端的正、负极接入第二压电膜片622的正、负极的方式保持一致。也就是说，当第一压电膜片621的第一感应电动势信号接入第一放大器641的输入端后，在第一放大器641的输出端产生第一驱动电动势，该第一驱动电动势通过接入方式增强了第一致动器631的预设电压信号，同时第二压电膜片622的第二感应电动势信号接入第二放大器642的输入端后，在第二放大器642的输出端产生第二驱动电动势，该第二驱动电动势通过接入方式减弱了第二致动器632的预设电压信号。或者，第一放大器641的输出端产生的第一驱动电动势通过接入方式减弱了第一致动器631的预设电压信号，同时第二放大器642的输出端产生的第二驱动电动势通过接入方式增强了第二致动器632的预设电压信号。其中，第一感应电动势信号的大小与第二感应电动势信号基本相等且符号相同，第一驱动电动势信号的大小与第二驱动电动势信号基本相等且符号相同，由于第一驱动电动势信号和第二驱动电动势信号接入第一致动器631和第二致动器632的方式相反，最终使第一致动器631和第二致动器632得到大小基本相等符号相反的电压信号。
在实施例一中，运动系统包括一组自适应减振装置60，柔性感应部能沿第一方向产生形变，压电陶瓷致动器63包括第一致动器631和第二致动器632，第一致动器631和第二致动器632分别设置在支撑框架11沿第一方向的两端；其中，平面运动台12沿第一方向加减速运动的情况下，压电陶瓷致动器63对支撑框架11施加一对以第二方向为转轴的力偶。
如图5和图6所示，平面运动台12沿第一方向加速或减速过程中，柔性机构61的第一质量块614和第二质量块615受惯性力作用在柔性簧片611上，柔性簧片611因此产生朝向或背离运动方向的弯曲变形，张贴在其上的第一压电膜片621和第二压电膜片622跟随柔性簧片611发生弯曲形变，并分别在各自膜片的两个电极表面之间产生一个感应电动势，也就是第一感应电动势、第二感应电动势；第一感应电动势作为第一放大器641的第一输入信号，第二感应电动势作为第二放大器642的第二输入信号，从而使得第一放大器641产生第一输出信号，即第一驱动电动势，第二放大器642产生第二输出信号，即第二驱动电动势；其中，第一驱动电动势作用在第一致动器631上，第二驱动电动势作用在第二致动器632上，这样由于两个驱动电动势对第一致动器631和第二致动器632的作用刚好相反，就在第一致动器631和第二致动器632上分别产生一对力偶作用，该力偶作用到支撑框架11上，抵消了因平面运动台12沿第一方向运动时在第二方向的转轴上产生的偏转力矩作用，极大地削弱了该偏转力矩作用对精密运动装置10的冲击振动影响。
具体地，平衡质量组件17包括平衡质量主体171和导向部172，平面运动台12设置在平衡质量主体171上，导向部172位于平衡质量主体171和支撑框架11之间，以在第一方向和/或第二方向对平衡质量主体171导向，压电陶瓷致动器63和导向机构在水平投影面上至少部分重合。这样设置，压电陶瓷致动器63输出的作用力与平衡质量组件17通过导向部172向下传递的力位置接近或同轴，有利于降低干扰力对支撑框架11的影响，提高对干扰力的直接对冲和抵消能力。其中，导向部172为气浮导向机构或机械导向机构或柔性导向机构或磁浮导向机构。例如，导向部172为气浮导向机构，即气浮面板，支撑框架11上布置有气浮垫113，气浮垫113和气浮面板配合导向。
平衡质量组件17还包括设置在平衡质量主体171上的驱动电机定子130，平面运动台12包括和驱动电机定子130配合的驱动电机动子129，以及和驱动电机动子129连接的平面运动主板121，通过驱动电机定子130和驱动电机动子129的配合驱动平面运动主板121运动。
在一些实施例中，驱动电机动子129和驱动电机定子130，可以是磁浮平面电机的动子线圈阵列和定子磁钢阵列，或者动子磁钢阵列和定子线圈阵列，也可以是直线电机的动子线圈阵列和定子磁钢阵列，或者动子磁钢阵列和定子线圈阵列。平衡质量组件17与支撑框架11之间的垂向支撑和导向，可以不是气浮垫113和气浮面板，而是采用机械导轨作支撑和导向作用，或是采用柔性机构或装置作支撑和导向作用。采用何种驱动电机和导向机构可视实际运动情况进行选择。
在本方案的一些实施例中，支撑框架11包括第一主体111和分布在第一主体111侧壁的多个第一定位接口112，精密运动装置10还包括固定设置的硬化框架59，硬化框架59包括第二主体591和分布在第二主体591侧壁的多个第二定位接口592；其中，压电陶瓷致动器63对第一主体111施加沿竖直方向预设的作用力，以使多个第一定位接口112的上侧和多个第二定位接口592的下侧一一对应地抵接；运动机构设置在第一主体111的上侧，压电陶瓷致动器63设置在第一主体111的下侧。具体地，在安装时，压电陶瓷致动器63和硬化框架59均设置在硬化地基9上。
为了实现本方案中的自适应减振策略，分别向第一致动器631、第二致动器632通入预设电压信号，这样第一致动器631、第二致动器632就在电压信号作用下预先施加一个作用力给支撑框架11，从而将支撑框架11的多个第一定位接口112与硬化框架59的第二定位接口592之间相互贴紧，达到定位目的。
本方案中柔性感应部可以有不同的布置形式。如图7所示，在实施例二中，与实施例一不同的是，柔性感应部设置在平衡质量组件17上。该实施例中的柔性感应部从平面运动台12移置到平衡质量组件17上，虽然依据动量定理，加减速过程中，平衡质量组件17的加速度大小相对平面运动台12要按比例缩小了很多，对柔性感应部的变形灵敏度要求相应地提高了，但是，柔性感应部设置在平衡质量组件17上，柔性感应部中的第一压电膜片621和第二压电膜片622的对外信号接线相应地缩短了很多，而且很容易避开诸如驱动电机、压电陶瓷致动器63等的动力接线并行布置所带来的电磁干扰问题。因此，如此布置可以缩短信号接线，避免或减少电磁干扰，提高了信号传递效率和控制精度。
如图8至图10所示，在实施例三中，与实施例一不同的是，运动系统包括两组自适应减振装置60，每组自适应减振装置60中的压电陶瓷致动器63的数量至少为二个；第一组自适应减振装置60中的柔性感应部能沿第一方向产生形变，且对应的压电陶瓷致动器63沿第一方向布置，第二组自适应减振装置60中的柔性感应部能沿第二方向产生形变，且对应的压电陶瓷致动器63沿第二方向布置；其中，平面运动台12沿第一方向加减速运动的情况下，第一组自适应减振装置60中的柔性感应部触发对应的压电陶瓷致动器63对支撑框架11施加一对以第二方向为转轴的力偶；平面运动台12沿第二方向加减速运动的情况下，第二组自适应减振装置60中的柔性感应部触发对应的压电陶瓷致动器63对支撑框架11施加一对以第一方向为转轴的力偶。可以理解的是，两组自适应减振装置60也可以都布置在平衡质量组件17上，或两组自适应减振装置60分别布置在平面运动台12和平衡质量组件17上。
在本实施例中，压电陶瓷致动器63可以有不同的布置方式。如图9所示，沿第一方向布置的压电陶瓷致动器63包括第一致动器631和第二致动器632，第一致动器631和第二致动器632分别设置在支撑框架11沿第一方向的两端的中部区域；沿第二方向布置的压电陶瓷致动器63包括第三致动器633和第四致动器634，第三致动器633和第四致动器634分别设置在支撑框架11沿第二方向的两端的中部区域。图9为支撑框架11和四个致动器的仰视图，支撑框架11沿第一方向的两端的中部区域指的是图9中支撑框架11的左端在上下方向的中部，以及图9中支撑框架11的右端在上下方向的中部；支撑框架11沿第二方向的两端的中部区域是指图9中支撑框架11的上端在左右方向的中部，以及图9中支撑框架11的下端在左右方向的中部。上述布置方式也可以理解为，支撑框架11为矩形结构，四个致动器分别布置在支撑框架11外轮廓的四条边的中间区域，可以是四条边的中点位置，也可以是偏离四条边的中点一小段距离的位置。
或者如图10所示，沿第一方向布置的压电陶瓷致动器63包括第一致动器631和第二致动器632，第一致动器631包括第一分致动器631a和第二分致动器631b，第二致动器632包括第三分致动器632a和第四分致动器632b；其中，第一分致动器631a和第二分致动器631b分别设置在支撑框架11在第一方向的一端的两侧边角，第三分致动器632a和第四分致动器632b分别设置在支撑框架11在第一方向的另一端的两侧边角；沿第二方向布置的压电陶瓷致动器63包括第三致动器633和第四致动器634，第三致动器633包括第五分致动器633a和第六分致动器633b，第四致动器634包括第七分致动器634a和第八分致动器634b；其中，第五分致动器633a和第一分致动器631a在竖直方向叠放设置，第六分致动器633b和第三分致动器632a在竖直方向叠放设置，第七分致动器634a和第二分致动器631b在竖直方向叠放设置，第八分致动器634b和第四分致动器632b在竖直方向叠放设置。
在实施例三中，第一致动器631和第二致动器632可以产生一对力偶作用，该力偶作用到支撑框架11上，抵消因平面运动台12沿第一方向运动时在第二方向的转轴上产生的偏转力矩作用；第三致动器633和第四致动器634也可以产生一对力偶作用，该力偶作用到支撑框架11上，抵消因平面运动台12沿第二方向运动时在第一方向的转轴上产生的偏转力矩作用。这样四个致动器在第一方向和第二方向上均可削弱平面运动台12加减速过程中由于和平衡质量组件17的质心不共面所导致的偏转力矩作用对精密运动装置10的冲击振动影响，减小了精密运动装置10的振动，提高了运动精度。
如图11所示，实施例四是在实施例一的基础上的方案，运动系统还包括下端均固定的第一空气弹簧114a和第二空气弹簧114b，第一致动器631设置在支撑框架11的下侧和第一空气弹簧114a的上端之间，第二致动器632设置在支撑框架11的下侧和第二空气弹簧114b的上端之间。该实施例中增加了第一空气弹簧114a和第二空气弹簧114b，第一空气弹簧114a和第二空气弹簧114b可以作为支撑框架11高效的升降工具；同时，空气弹簧的低刚度和阻尼作用，也能很好地降低第一致动器631、第二致动器632在抵消平面运动台12加减速过程中由于和平衡质量组件17的质心不共面所导致的偏转力矩时对硬化地基9的冲击振动传递，以及对冲击振动能量的有效吸收，有利于降低对硬化地基9的刚度和质量要求，提高自适应减振装置60的减振效果和适用范围。
本方案中，第一压电膜片621和第二压电膜片622可以有不同于实施例一的接线方式。如图12所示，在实施例五中，功率放大器64包括第一放大器641和第二放大器642，压电陶瓷致动器63包括第一致动器631和第二致动器632，第一压电膜片621和第二压电膜片622串联接线。具体为，第一压电膜片621的负极和第二压电膜片622的正极连接，第一压电膜片621的正极与第一放大器641的输入端的正极、第二放大器642的输入端的负极均连接，第二压电膜片622的负极与第一放大器641的输入端的负极、第二放大器642的输入端的正极均连接，第一放大器641的输出端的正极和第一致动器631的正极连接，第一放大器641的输出端的负极和第一致动器631的负极连接，第二放大器642的输出端的正极和第二致动器632的正极连接，第二放大器642的输出端的负极和第二致动器632的负极连接。
或者，如图13所示，在实施例六中，第一压电膜片621和第二压电膜片622并联接线。具体为，第一压电膜片621的正极和第二压电膜片622的正极连接，第一压电膜片621的负极和第二压电膜片622的负极连接，第一压电膜片621的正极与第一放大器641的输入端的正极、第二放大器642的输入端的正极均连接，第一压电膜片621的负极与第一放大器641的输入端的负极、第二放大器642的输入端的负极均连接，第一放大器641的输出端的正极和第一致动器631的正极连接，第一放大器641的输出端的负极和第一致动器631的负极连接，第二放大器642的输出端的正极和第二致动器632的负极连接，第二放大器642的输出端的负极和第二致动器632的正极连接。
相比较实施例一，实施例五和实施例六中的第一压电膜片621与第二压电膜片622之间的正、负极面，先进行相互串联或并联，然后再和功率放大器64连接；这虽然只是电极连接方式的微小调整，但是通过这种调整，使得第一压电膜片621与第二压电膜片622之间的形变量均匀化，使之尽可能低地受柔性簧片611厚度尺寸的影响，尽可能接近和反应柔性簧片611的中性层的形变量，进一步提高了抵消平面运动台12加减速过程中由于和平衡质量组件17的质心不共面所导致的偏转力矩的冲击振动幅值的精确性。
上述的第一压电膜片621与第二压电膜片622通过串联或并联方式的形变量均匀化措施，主要是由于实施自适应减振策略过程，最理想的获取的压电膜片的信号是对应于柔性簧片611的中性层形变量的感应电动势数值，这样无论柔性簧片611是向左弯曲还是向右弯曲，在同样加速度大小的作用下实质获得的压电膜片的感应电动势数值大小是一样的。但是，柔性簧片611以及压电膜片本身都存在着相当的厚度，柔性簧片611每侧的压电膜片在跟随着向左或向右弯曲的时候，对于同样的柔性簧片611形变量，总存在一侧的压电膜片的形变量比柔性簧片611大而另一侧的压电膜片的形变量比柔性簧片611小，由此造成压电膜片的感应电动势数值并不对应于柔性簧片611的中性层的形变量，而且两侧的压电膜片的感应电动势数值也存在着不可忽视的差异，另外，同一侧的压电膜片在向左或向右弯曲两种情况下，同样的柔性簧片611形变量，其感应电动势数值也存在着微小的差异。因此，通过柔性簧片611两侧的压电膜片的串联或并联，将两侧的压电膜片的感应电动势数值进行平均化处理，使得串联或并联后向外输出的感应电动势数值更进一步对应于柔性簧片611中性层的形变量或两倍形变量，消除因柔性簧片611和压电膜片的厚度影响而在向左或向右弯曲的时候所引起的压电膜片的感应电动势数值存在的差异。因此，上述设置可进一步提高控制精度。
上述实施例五的方案可进行变化，即在其他实施例中将功率放大器64包括第一放大器641和第二放大器642两个放大器更改为功率放大器64只包括一个第一放大器641。具体在该实施例中，第一压电膜片621的负极和第二压电膜片622的正极连接，第一压电膜片621的正极与第一放大器641的输入端的正极连接，第二压电膜片622的负极与第一放大器641的输入端的负极连接，第一放大器641的输出端的正极和第一致动器631的正极连接，第一放大器641的输出端的负极和第一致动器631的负极连接，第一放大器641的输出端的正极和第二致动器632的负极连接，第一放大器641的输出端的负极和第二致动器632的正极连接。
或者，上述实施例六的方案也可进行变化，即在其他实施例中将功率放大器64包括第一放大器641和第二放大器642两个放大器更改为功率放大器64只包括一个第一放大器641。具体在该实施例中，第一压电膜片621的正极和第二压电膜片622的正极连接，第一压电膜片621的负极和第二压电膜片622的负极连接，第一压电膜片621的正极与第一放大器641的输入端的正极连接，第一压电膜片621的负极与第一放大器641的输入端的负极连接，第一放大器641的输出端的正极和第一致动器631的正极连接，第一放大器641的输出端的负极和第一致动器631的负极连接，第一放大器641的输出端的正极和第二致动器632的负极连接，第一放大器641的输出端的负极和第二致动器632的正极连接。
上述只包括一个第一放大器641的引线连接方式，同样可以实现实施例五和实施例六中的抵消平面运动台12加减速过程中由于和平衡质量组件17的质心不共面所导致的偏转力矩的效果，虽然，受平面运动台12的工位布置、平衡质量组件17的质心位置和接地零位设置等因素的影响，该种引线连接方式的应用情景和范围受到了限制，但是，该种引线连接方式只需用一个功率放大器64，故第一致动器631和第二致动器632能得到符号相反大小更一致的电压信号，而且成本也更低。
需要说明的是，从实施例一、实施例五和实施例六可以看出，本方案中自适应减振装置60内部的电连接形式可以有多种，其目的都是在柔性感应部运动变形时，压电陶瓷致动器63得到大小基本相等，符号相反的电压信号，从而产生一对力偶抵消运动机构在竖直方向的偏转力矩。故其他连接方式不做一一举例，若其目的没有改变，理应也在本方案所保护的范围内。
如图14所示，在实施例七中，与实施例一不同的是，支撑框架11和硬化框架59无定位接口，硬化框架59包括底板593和设置在底板593上侧的第二主体591，支撑框架11设置在底板593的上侧且位于第二主体591围绕形成的空间内；底板593的下侧和压电陶瓷致动器63的上侧连接，压电陶瓷致动器63对底板593施加沿竖直方向预设的作用力，且压电陶瓷致动器63通过底板593对支撑框架11施加平衡力矩。具体地，运动机构的运动方向为第一方向，压电陶瓷致动器63包括第一致动器631、第二致动器632，第一致动器631和第二致动器632分别连接底板593沿第一方向的两端。
相比较实施例一，该实施例中，硬化框架59增加了硬化框架的底板593，并由底板593往下连接压电陶瓷致动器63、往上支撑和连接支撑框架11，取代了第二定位接口592和第一定位接口112的贴紧定位关系，该实施例适用于精密运动装置10的空间高度限制较小，且较容易实现吊装定位的情形。
应当意识到的是，在一些实施例中，硬化框架59的第二主体591、底板593可以形成一个密闭的空间，且该密闭空间为真空工况，平衡质量组件17与支撑框架11之间的垂向支撑和导向，不是气浮垫和气浮面板，而是采用机械导轨、柔性机构或装置作支撑和导向作用。
综上所述，本发明提供的技术方案，至少具有以下技术效果：
本发明提供的技术方案，通过自适应减振装置60，解决了平衡质量组件17对高速高加速平面运动台12的减振操作所引起的垂向上的振动问题，相比现有技术，进一步增强了对竖直方向上的减振作用，极大地提高对高速高加速平面运动台12的减振效果。
本发明提供的技术方案，通过多个压电陶瓷致动器63的出力力差的力偶作用，来抵消平面运动台12加减速过程中由于和平衡质量组件17的质心在垂向上不共面所导致的偏转力矩，相比现有技术，极大地降低了质心不共面所引起的偏转力矩对支撑框架11和硬化框架59带来的振动影响，提高了定位精度和稳定性。
本发明提供的技术方案，通过在柔性簧片611上张贴的两个压电膜片，将柔性簧片611跟随平面运动台12或平衡质量组件17运动过程中受加减速的惯性作用发生的变形，转化为感应电信号，继而输入功率放大器64使其输出驱动电动势给压电陶瓷致动器63，从而产生力偶作用在支撑框架11上，相比现有技术，简化了信号传递链路和处理环节，使得加减速引起的形变量转换的电信号经过简单运算处理后接入功率放大器，大大降低了反应时间迟滞，提高了对质心不共面引起的偏转力矩的跟踪和消除能力。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (17)
1.一种运动系统，其特征在于，包括：
精密运动装置(10)，所述精密运动装置(10)包括支撑框架(11)和运动机构，所述运动机构可移动地设置于所述支撑框架(11)；
自适应减振装置(60)，所述自适应减振装置(60)包括柔性感应部、功率放大器(64)和压电陶瓷致动器(63)，所述柔性感应部设置于所述运动机构，所述压电陶瓷致动器(63)设置于所述支撑框架(11)，所述柔性感应部、所述功率放大器(64)和所述压电陶瓷致动器(63)依次电连接；
其中，在所述运动机构加减速过程中，所述柔性感应部沿运动方向弹性变形并发出信号，所述功率放大器(64)接收所述柔性感应部发出的信号并控制所述压电陶瓷致动器(63)动作，所述压电陶瓷致动器(63)对所述支撑框架(11)施加平衡力矩，以抵消所述运动机构在竖直方向的偏转力矩。
2.根据权利要求1所述的运动系统，其特征在于，所述运动机构包括平衡质量组件(17)和平面运动台(12)，所述平衡质量组件(17)可移动地设置在所述支撑框架(11)上，所述平面运动台(12)可移动地设置在所述平衡质量组件(17)上，所述平面运动台(12)相对于所述平衡质量组件(17)可沿第一方向和/或第二方向移动，所述第一方向和所述第二方向相互垂直；其中，所述柔性感应部设置在所述平衡质量组件(17)和/或所述平面运动台(12)，所述压电陶瓷致动器(63)设置在所述支撑框架(11)的下侧。
3.根据权利要求2所述的运动系统，其特征在于，所述柔性感应部包括柔性机构(61)和压电结构(62)，所述柔性机构(61)包括安装支架、柔性簧片(611)和质量结构，所述压电结构(62)包括第一压电膜片(621)和第二压电膜片(622)，所述安装支架安装在所述平衡质量组件(17)和/或所述平面运动台(12)上，所述柔性簧片(611)的两端分别和所述安装支架连接，所述质量结构安装在所述柔性簧片(611)上；所述柔性簧片(611)在厚度方向的两面分别为第一面(27)和第二面(28)，所述第一面(27)和所述第二面(28)的法向均平行于所述第一方向，或所述第一面(27)和所述第二面(28)的法向均平行于所述第二方向；所述第一压电膜片(621)贴在所述第一面(27)，所述第二压电膜片(622)贴在所述第二面(28)，所述第一压电膜片(621)、所述第二压电膜片(622)均和所述功率放大器(64)电连接。
4.根据权利要求3所述的运动系统，其特征在于，所述安装支架包括第一支架(612)和第二支架(613)，所述第一支架(612)和/或所述第二支架(613)安装在所述运动机构上，所述第一支架(612)的一端和所述第二支架(613)的一端夹紧所述柔性簧片(611)的一端，所述第一支架(612)的另一端和所述第二支架(613)的另一端夹紧所述柔性簧片(611)的另一端；所述质量结构包括第一质量块(614)和第二质量块(615)，所述第一质量块(614)安装在所述第一面(27)，所述第二质量块(615)安装在所述第二面(28)，且所述第一质量块(614)和所述第二质量块(615)均位于所述第一支架(612)和所述第二支架(613)围绕形成的腔体内；所述第一压电膜片(621)具有第一凹槽，所述第一凹槽避让所述第一质量块(614)，所述第二压电膜片(622)具有第二凹槽，所述第二凹槽避让所述第二质量块(615)。
5.根据权利要求3所述的运动系统，其特征在于，在所述运动机构加减速过程中，所述柔性簧片(611)受惯性作用弹性变形，所述第一压电膜片(621)和所述第二压电膜片(622)随所述柔性簧片(611)变形并分别产生输送至所述功率放大器(64)的感应电动势；其中，所述柔性簧片(611)的弹性变形量和对应的所述平衡质量组件(17)或所述平面运动台(12)的加速度具有预设的系数关系，所述第一压电膜片(621)产生的感应电动势的值和所述第一压电膜片(621)的变形量具有预设的系数关系，所述第二压电膜片(622)产生的感应电动势的值和所述第二压电膜片(622)的变形量具有预设的系数关系。
6.根据权利要求3所述的运动系统，其特征在于，所述第一压电膜片(621)在厚度方向的两面分别作为正极和负极，所述第二压电膜片(622)在厚度方向的两面分别作为正极和负极；所述第一压电膜片(621)和所述第二压电膜片(622)的极化方向均沿厚度方向，所述第一压电膜片(621)和所述第二压电膜片(622)的极化方向相同或相反。
7.根据权利要求6所述的运动系统，其特征在于，所述功率放大器(64)包括第一放大器(641)和第二放大器(642)，所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，其中，
所述第一放大器(641)的输入端的正极和所述第一压电膜片(621)的正极连接，所述第一放大器(641)的输入端的负极和所述第一压电膜片(621)的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第一致动器(631)的正极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第一致动器(631)的负极连接；
所述第二放大器(642)的输入端的正极和所述第二压电膜片(622)的负极连接，所述第二放大器(642)的输入端的负极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第二放大器(642)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的正极连接，所述第二放大器(642)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的负极连接；或，所述第二放大器(642)的输入端的正极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第二放大器(642)的输入端的负极和所述第二压电膜片(622)的负极连接，所述第二放大器(642)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的负极连接，所述第二放大器(642)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的正极连接。
8.根据权利要求6所述的运动系统，其特征在于，所述功率放大器(64)包括第一放大器(641)和第二放大器(642)，所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，其中，
所述第一压电膜片(621)的负极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第一压电膜片(621)的正极与所述第一放大器(641)的输入端的正极、所述第二放大器(642)的输入端的负极均连接，所述第二压电膜片(622)的负极与所述第一放大器(641)的输入端的负极、所述第二放大器(642)的输入端的正极均连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第一致动器(631)的正极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第一致动器(631)的负极连接，所述第二放大器(642)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的正极连接，所述第二放大器(642)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的负极连接；或，
所述第一压电膜片(621)的正极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第一压电膜片(621)的负极和所述第二压电膜片(622)的负极连接，所述第一压电膜片(621)的正极与所述第一放大器(641)的输入端的正极、所述第二放大器(642)的输入端的正极均连接，所述第一压电膜片(621)的负极与所述第一放大器(641)的输入端的负极、所述第二放大器(642)的输入端的负极均连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第一致动器(631)的正极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第一致动器(631)的负极连接，所述第二放大器(642)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的负极连接，所述第二放大器(642)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的正极连接。
9.根据权利要求6所述的运动系统，其特征在于，所述功率放大器(64)包括一个第一放大器(641)，所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，其中，
所述第一压电膜片(621)的负极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第一压电膜片(621)的正极与所述第一放大器(641)的输入端的正极连接，所述第二压电膜片(622)的负极与所述第一放大器(641)的输入端的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第一致动器(631)的正极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第一致动器(631)的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的正极连接；或，
所述第一压电膜片(621)的正极和所述第二压电膜片(622)的正极连接，所述第一压电膜片(621)的负极和所述第二压电膜片(622)的负极连接，所述第一压电膜片(621)的正极与所述第一放大器(641)的输入端的正极连接，所述第一压电膜片(621)的负极与所述第一放大器(641)的输入端的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第一致动器(631)的正极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第一致动器(631)的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的正极和所述第二致动器(632)的负极连接，所述第一放大器(641)的输出端的负极和所述第二致动器(632)的正极连接。
10.根据权利要求2所述的运动系统，其特征在于，所述运动系统包括一组所述自适应减振装置(60)，所述柔性感应部能沿所述第一方向产生形变，所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，所述第一致动器(631)和所述第二致动器(632)分别设置在所述支撑框架(11)沿所述第一方向的两端；其中，所述平面运动台(12)沿所述第一方向加减速运动的情况下，所述压电陶瓷致动器(63)对所述支撑框架(11)施加一对以所述第二方向为转轴的力偶。
11.根据权利要求2所述的运动系统，其特征在于，
所述运动系统包括两组所述自适应减振装置(60)，每组所述自适应减振装置(60)中的所述压电陶瓷致动器(63)的数量至少为二个；第一组所述自适应减振装置(60)中的所述柔性感应部能沿所述第一方向产生形变，且对应的所述压电陶瓷致动器(63)沿所述第一方向布置，第二组所述自适应减振装置(60)中的所述柔性感应部能沿所述第二方向产生形变，且对应的所述压电陶瓷致动器(63)沿所述第二方向布置；
其中，所述平面运动台(12)沿所述第一方向加减速运动的情况下，第一组所述自适应减振装置(60)中的所述柔性感应部触发对应的所述压电陶瓷致动器(63)对所述支撑框架(11)施加一对以所述第二方向为转轴的力偶；所述平面运动台(12)沿所述第二方向加减速运动的情况下，第二组所述自适应减振装置(60)中的所述柔性感应部触发对应的所述压电陶瓷致动器(63)对所述支撑框架(11)施加一对以所述第一方向为转轴的力偶。
12.根据权利要求11所述的运动系统，其特征在于，
沿所述第一方向布置的所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，所述第一致动器(631)和所述第二致动器(632)分别设置在所述支撑框架(11)沿所述第一方向的两端的中部区域；
沿所述第二方向布置的所述压电陶瓷致动器(63)包括第三致动器(633)和第四致动器(634)，所述第三致动器(633)和所述第四致动器(634)分别设置在所述支撑框架(11)沿所述第二方向的两端的中部区域。
13.根据权利要求11所述的运动系统，其特征在于，
沿所述第一方向布置的所述压电陶瓷致动器(63)包括第一致动器(631)和第二致动器(632)，所述第一致动器(631)包括第一分致动器(631a)和第二分致动器(631b)，所述第二致动器(632)包括第三分致动器(632a)和第四分致动器(632b)；其中，所述第一分致动器(631a)和所述第二分致动器(631b)分别设置在所述支撑框架(11)在所述第一方向的一端的两侧边角，所述第三分致动器(632a)和所述第四分致动器(632b)分别设置在所述支撑框架(11)在所述第一方向的另一端的两侧边角；
沿所述第二方向布置的所述压电陶瓷致动器(63)包括第三致动器(633)和第四致动器(634)，所述第三致动器(633)包括第五分致动器(633a)和第六分致动器(633b)，所述第四致动器(634)包括第七分致动器(634a)和第八分致动器(634b)；其中，所述第五分致动器(633a)和所述第一分致动器(631a)在竖直方向叠放设置，所述第六分致动器(633b)和所述第三分致动器(632a)在竖直方向叠放设置，所述第七分致动器(634a)和所述第二分致动器(631b)在竖直方向叠放设置，所述第八分致动器(634b)和所述第四分致动器(632b)在竖直方向叠放设置。
14.根据权利要求2所述的运动系统，其特征在于，所述平衡质量组件(17)包括平衡质量主体(171)和导向部(172)，所述平面运动台(12)设置在所述平衡质量主体(171)上，所述导向部(172)位于所述平衡质量主体(171)和所述支撑框架(11)之间，以在所述第一方向和/或所述第二方向对所述平衡质量主体(171)导向；其中，所述导向部(172)为气浮导向机构或机械导向机构或柔性导向机构或磁浮导向机构，所述压电陶瓷致动器(63)和所述导向机构在水平投影面上至少部分重合。
15.根据权利要求2所述的运动系统，其特征在于，所述压电陶瓷致动器(63)包括均和所述功率放大器(64)连接的第一致动器(631)和第二致动器(632)，所述运动系统还包括下端均固定的第一空气弹簧(114a)和第二空气弹簧(114b)，所述第一致动器(631)设置在所述支撑框架(11)的下侧和所述第一空气弹簧(114a)的上端之间，所述第二致动器(632)设置在所述支撑框架(11)的下侧和所述第二空气弹簧(114b)的上端之间。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的运动系统，其特征在于，所述支撑框架(11)包括第一主体(111)和分布在所述第一主体(111)侧壁的多个第一定位接口(112)，所述精密运动装置(10)还包括固定设置的硬化框架(59)，所述硬化框架(59)包括第二主体(591)和分布在所述第二主体(591)侧壁的多个第二定位接口(592)；其中，所述压电陶瓷致动器(63)对所述第一主体(111)施加沿竖直方向预设的作用力，以使多个所述第一定位接口(112)的上侧和多个所述第二定位接口(592)的下侧一一对应地抵接；所述运动机构设置在所述第一主体(111)的上侧，所述压电陶瓷致动器(63)设置在所述第一主体(111)的下侧。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的运动系统，其特征在于，所述精密运动装置(10)还包括硬化框架(59)，所述硬化框架(59)包括底板(593)和设置在所述底板(593)上侧的第二主体(591)，所述支撑框架(11)设置在所述底板(593)的上侧且位于所述第二主体(591)围绕形成的空间内；所述底板(593)的下侧和所述压电陶瓷致动器(63)的上侧连接，所述压电陶瓷致动器(63)对所述底板(593)施加沿竖直方向预设的作用力，且所述压电陶瓷致动器(63)通过所述底板(593)对所述支撑框架(11)施加所述平衡力矩。
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| CN115059730B (zh) | 2023-09-26 |
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