CN117713433A - 一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法。该柔性精密运动平台包括：音圈驱动电机；柔性导向机构与音圈驱动电机的动子相连接；电涡流阻尼器的移动导体板与柔性导向机构相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，移动导体板在柔性导向机构的带动下切割磁感线，产生阻碍移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。本发明基于主动阻尼的柔性精密运动平台，采用柔性导向机构进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器，大范围精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题。

Description

一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法

技术领域

本发明涉及精密运动控制技术领域，具体而言，涉及一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法。

背景技术

精密运动平台在微机电系统、半导体芯片、精密光学仪器和生物医学工程等尖端领域与新兴行业具有非常广泛的应用。近年来，随着精密运动控制技术的发展，对于精密运动平台的要求不断向高精度、高带宽、大行程方向发展，基于柔性铰链的柔性机构得到了广泛的应用。常规刚性运动平台在关节处不可避免地存在间隙、摩擦和磨损，难以实现纳米级的运动精度。柔性机构依靠柔性铰链的弹性变形传递力和运动，彻底消除了关节运动过程中的间隙和摩擦，可以获得超高的运动分辨率和重复定位精度。相对于悬浮式纳米运动平台，利用柔性机构替代气浮或磁浮系统，不仅可以显著降低运动平台的结构尺寸和成本，同时，柔性机构的弹性也提高了平台的运动刚度，有利于解决悬浮式纳米运动平台带宽低的问题。

目前，基于弹性簧片的柔性机构可以在毫米级的运动范围内进行无间隙传动，为柔性精密运动平台实现大范围精密操作提供了可能。然而，由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼，导致基于弹性簧片的柔性精密运动平台大多为弱阻尼系统，高速运动时极易诱发振动，不仅影响平台的运动精度，也降低了系统的稳定性。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法，旨在解决现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

一方面，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台，该柔性精密运动平台包括：音圈驱动电机，用于在所述音圈驱动电机通电时，洛伦兹力使得所述音圈驱动电机的动子产生沿预设方向的运动和作用力；柔性导向机构，与所述音圈驱动电机的动子相连接，用于随所述音圈驱动电机的动力输出端沿预设方向进行运动；电涡流阻尼器，所述电涡流阻尼器的移动导体板与所述柔性导向机构相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，所述移动导体板在柔性导向机构的带动下切割磁感线，产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述电涡流阻尼器包括：阻尼定子，所述阻尼定子上设有定子槽口；励磁线圈，设置在所述阻尼定子上，在所述励磁线圈进行通电时，产生定子磁场；移动导体板，以能够移动的方式设置在所述阻尼定子的定子槽口处，用于在随所述柔性导向机构移动时，切割磁感线，产生电涡流，电涡流产生与定子磁场极性相反的磁场，进而产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，该柔性精密运动平台还包括：位置传感器，用于获取所述柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置；控制器，其分别与所述位置传感器、所述电涡流阻尼器相连接，用于基于所述位置传感器获取的柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差，并控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述柔性导向机构包括：两个固定台；运动台，间隔设置在两个所述固定台之间，并且，所述运动台的两侧各通过两个柔性簧片与两个固定台相连接，并在所述运动台和两个所述固定台之间形成两个阻尼孔，所述运动台用于连接所述音圈驱动电机的动子，以随所述音圈驱动电机的动子沿预设方向进行运动，并带动各所述柔性簧片进行变形，所述电涡流阻尼器的移动导体板能够安装在所述阻尼孔处，以施加阻尼力至所述柔性簧片上，以抑制所述运动台的振动。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述运动台上设有卡固槽口，所述音圈驱动电机的动子能够卡设在所述卡固槽口处，以使所述音圈驱动电机的动子能够带动所述运动台进行运动。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述音圈驱动电机包括：磁钢，作为动子；上磁轭和下磁轭，对称设置在所述磁钢的上下两侧，并且，所述上磁轭和所述下磁轭上均设有线圈控制组件，线圈控制组件通电时，在所述上磁轭和下磁轭之间的电机槽口处产生磁场，洛伦兹力使磁钢能够在所述上磁轭和所述下磁轭之间，产生沿预设方向上的运动，以驱动所述柔性导向机构的动力输出端进行运动。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述电涡流阻尼器上还设有散热机构，用于通过气体带走所述电涡流阻尼器上产生的热量。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述散热机构包括：励磁线圈架，所述励磁线圈架上设有环形凹槽，所述电涡流阻尼器的励磁线圈能够在所述环形凹槽内绕设在所述励磁线圈架上；气路通道，沿所述励磁线圈架的外周设置，气体能够在所述气路通道内流动，以带走所述励磁线圈上的热量。

进一步地，上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台，所述气路通道包括：流入段，所述流入段依次绕各所述励磁线圈架的外周呈蛇形延伸布置；流出段，所述流出段的入口端与所述流入段的出口端相连通，并且，所述流出段向所述流入段的入口端延伸。

另一方面，本发明提出了一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，该控制方法包括如下步骤：获取柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置；基于所述柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差；控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。

本发明提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台及其控制方法，基于主动阻尼的柔性精密运动平台，采用柔性导向机构进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器，使得精密运动平台结构紧凑，还可以大范围内地精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题，即解决了现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

进一步地，同时内置散热机构，这显著提高了精密运动平台在长时间运行过程中的稳定性和效率，为精密运动平台提供了卓越的性能和适用性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的柔性精密运动平台中音圈驱动电机、柔性导向机构和电涡流阻尼装配的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的音圈驱动电机的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的柔性导向机构的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的电涡流阻尼的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的电涡流阻尼的主视图；

图7为本发明实施例提供的电涡流阻尼的局部剖视图；

图8为本发明实施例提供的散热组件的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的散热组件的剖视图；

图10为本发明实施例提供的不同阻尼阶跃响应输出曲线图；

图11为本发明实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法的结构框图；

附图标记说明：1-支撑架，11-底板，12-左支撑板，13-右支撑板，14-外壳，141-上壳体，142-下壳体，2-音圈驱动电机，21-磁钢，22-上磁轭，23-下磁轭，24-线圈控制组件，3-柔性导向机构，31-固定台，32-运动台，321-卡固槽口，322-减重孔，33-柔性簧片，34-阻尼孔，4-电涡流阻尼器，41-阻尼定子，42-励磁线圈，43-移动导体板，5-散热机构，51-固定座，52-励磁线圈架，53-气路通道，531-流入段，532-流出段，6-位移传感器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

平台实施例：

参见图1至图2，其示出了本发明实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台的优选结构。如图所示，该柔性精密运动平台包括：支撑架1、音圈驱动电机2、柔性导向机构3、电涡流阻尼器4、位置传感器和控制器；其中，

支撑架1用于对音圈驱动电机2、柔性导向机构3和电涡流阻尼器4的固定端进行支撑。具体地，支撑架1起到支撑作用，主要对音圈驱动电机2、柔性导向机构3和电涡流阻尼器4的固定端、位置传感器进行支撑，也就是说，音圈驱动电机2的固定端、柔性导向机构3的固定端和电涡流阻尼器4的固定端、位置传感器均可固定安装在支撑架1。在本实施例中，支撑架1可以采用普通铝合金进行机加工制造，支撑架1可对各零部件例如音圈驱动电机2、柔性导向机构3、电涡流阻尼器4、位置传感器进行支撑、保护和定位。

音圈驱动电机2用于在音圈驱动电机2通电时，洛伦兹力使得音圈驱动电机2的动子产生沿预设方向的运动和作用力。具体地，音圈驱动电机2可以为动磁式音圈电机，音圈驱动电机2的固定端即定子可通过螺钉等连接件固定在支撑架1上，音圈驱动电机2通电时，洛伦兹力使得音圈驱动电机2的动子产生沿预设方向（如图2所示的双箭头线指示的方向）的运动和作用力，即如图1所示的前后放上上的运动和作用力。

柔性导向机构3与音圈驱动电机2的动子相连接，用于随音圈驱动电机2的动力输出端沿预设方向进行运动。具体地，柔性导向机构3的固定端可支撑在支撑架1上，柔性导向机构3的活动端可与音圈驱动电机2的动子相连接，可使得柔性导向机构3的活动端受力变形，通过变形传递力和运动。其中，柔性导向机构3作为直梁型柔性铰链，可通过动音圈驱动电机2的动子驱动柔性铰链实现沿预设方向上的高精度、高分辨率的精密运动。

电涡流阻尼器4的移动导体板43与柔性导向机构3相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，所述移动导体板43在柔性导向机构3的带动下切割磁感线，产生阻碍所述移动导体板43沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构3的振动。具体地，电涡流阻尼器4作为主动电涡流阻尼器4，电涡流阻尼器4的固定端可通过螺钉固定在支撑架1上，活动端可嵌设在柔性导向机构3上，采用内嵌电涡流阻尼器4的构型，有效减小了精密运动平台的体积。在本实施例中，电涡流阻尼器4可以为两个，分别设置在音圈驱动电机2的两侧（如图1所示的左右两侧），并且，音圈驱动电机2的动力输出端和两个电涡流阻尼器4的移动导体板43分别与柔性导向机构3相连接，使得音圈驱动电机2的动力与两个电涡流阻尼器4的主动阻尼力共同作用于柔性导向机构3，且通过闭环控制算法对平台的末端位姿进行实时校正，驱动运动平台实现快速、低超调的高精度定位，以确保平台在各种工作条件下能够精确执行任务。同时，通过动磁式音圈驱动电机2驱动柔性导向机构3实现高精度运动控制，内嵌式电涡流阻尼器4对称的布置在音圈驱动电机2动子的两侧，可以大范围的动态调整精密运动平台的阻尼，使得该平台具有高精度、大行程，阻尼精确可调的和结构紧凑。其中，主动电涡流阻尼机构具有非接触、无需润滑、可靠性和安全性高等特点。

在本实施例中，电涡流阻尼器4上还设有散热机构5，用于通过气体带走电涡流阻尼器4上产生的热量。具体地，各个电涡流阻尼器4上均可设有两个散热机构5，以便对电涡流阻尼器4进行散热。通过电涡流阻尼器4励磁线圈42的散热装置，使其具备长期、高效、稳定的工作的能力，这对于需要高精度控制和振动抑制的应用意义重大。

在本实施例中，位置传感器用于获取柔性导向机构3的动力输出端的当前输出位置；控制器分别与位置传感器、电涡流阻尼器4相连接，用于在柔性导向机构3的动力输出端逐步靠近预设目标位置过程中，基于位置传感器获取的柔性导向机构3的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差，控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。具体地，位置传感器可以为光栅编码器，当然，亦可采用其他位置传感器进行位置的获取。在本实施例中，光栅编码器可设置在支撑架1的连接台上，用于检测柔性导向机构3的动力输出端即活动端的输出位移。控制器与位置传感器相连接，用于基于输出位移确定柔性导向机构3的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差；电涡流阻尼器4的输出量与所述位置误差的关系遵循一个光滑的非线性负相关函数，即位置误差越大，电涡流阻尼器4输出的阻尼力越小，进而根据位置偏差控制所述电涡流阻尼器4施加的阻尼力逐步变化。可控制所述电涡流阻尼器4施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器4施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。在本实施例中，所述控制器还用于通过对所述电涡流阻尼器4输入的励磁电流进行控制，以控制电涡流阻尼器的定子磁场，实现电涡流阻尼器输出的阻尼力的控制；其中，所述电涡流阻尼器4输入的励磁电流与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。也就是说，当位置偏差很大时，通过改变电涡流阻尼器4的励磁电流为较小值，阻尼系数较小从而获得较小的阻尼力；当位置偏差很小时，通过改变电涡流阻尼器4励磁电流为较大值，阻尼系数较大从而获得较大的阻尼力，即对电涡流阻尼器4进行控制，以控制电涡流阻尼器4在初始阶段配置一个相对较小的系统阻尼力，以提高系统的响应速度；而在临近目标点时逐渐加大系统阻尼，以有效抑制超调现象的产生，有效的解决了快速性和超调量的矛盾，实现了快速响应，较小超调量和稳定性等性能。其中，预设目标位置和预设偏差可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。

继续参见图1，支撑架1包括：底板11、左支撑板12、右支撑板13和外壳14；其中，左支撑板12、右支撑板13在底板11上方分别设置在底板11的左右两侧，底板11、左支撑板12、右支撑板13形成U型结构，以对音圈驱动电机2、柔性导向机构3、电涡流阻尼器4、位置传感器进行支撑。外壳14设置在U型结构上，以对音圈驱动电机2、柔性导向机构3、电涡流阻尼器4、位置传感器进行支撑、定位和保护。具体地，左支撑板12、右支撑板13竖向平行布置在底板11上方的左右两侧，可进行竖向支撑，形成U型结构。外壳14包括上壳体141和下壳体142，可上下平行布置在U型结构的U性槽内，可对音圈驱动电机2、柔性导向机构3、电涡流阻尼器4、位置传感器进行支撑、定位和保护。在本实施例中，底板11、左支撑板12、右支撑板13和外壳14均可采用普通铝合金进行机加工制造。

参见图3，其为本发明实施例提供的音圈驱动电机2的结构示意图。如图所示，音圈驱动电机2包括：磁钢21、上磁轭22、下磁轭23和线圈控制组件24；其中，磁钢21作为动子；上磁轭22和下磁轭23对称设置在磁钢21的上下两侧，并且，上磁轭22和下磁轭23上均设有线圈控制组件24，线圈控制组件24通电时，在所述上磁轭22和下磁轭23之间的电机槽口处产生磁场，洛伦兹力使磁钢21能够在上磁轭22和下磁轭23之间，产生沿预设方向上的运动，以驱动柔性导向机构3的动力输出端进行运动。

具体而言，上磁轭22、下磁轭23可相对于磁钢21上下对称布置，上下磁轭23相对于磁钢21的对称分布起到了关键作用，可形成对称平衡的结构，确保上磁轭22、下磁轭23与磁钢21之间的吸引力均匀分布。上磁轭22和下磁轭23上均设有线圈控制组件24，在本实施例中，上磁轭22和下磁轭23上均设有两个线圈控制组件24，当然，亦可为其他数量，本实施例中对其不做任何限定。其中，线圈控制组件24可以包括线架和绕设在线架上的线圈。在本实施例中，线圈可通过绕线机均匀缠绕在线架上，线架、线圈与上磁轭22、下磁轭23一起形成了音圈驱动电机2的定子。磁钢21位于上磁轭22、下磁轭23正中间的均匀分布磁场中，充当音圈驱动电机2的动子，磁钢21还可嵌设在柔性导向机构3上，当线圈通入一定的电流时，根据洛伦兹力原理，音圈驱动电机2的动子即磁钢21会在磁场中产生水平运动，如图3所示的垂直于纸面方向的直线运动，以带动柔性导向机构3进行运动和力的输出。其中，上磁轭22、下磁轭23可相对于磁钢21上下对称布置可使得音圈驱动电机2能够实现高精度、高分辨率的驱动。在本实施例中，上磁轭22、下磁轭23均可通过电工纯铁DT4材料制成，磁钢21可采用钕铁硼永磁体制造，线架可采用尼龙加纤材料，经过3D打印工艺制成，线圈可选用漆包铜线进行绕线。

参见图4，其为本发明实施例提供的柔性导向机构3的结构示意图。如图所示，该柔性导向机构3包括：两个固定台31、运动台32和四个柔性簧片33；其中，两个固定台31起到固定和支撑作用；运动台32间隔设置在两个固定台31之间，并且，运动台32的两侧各通过两个柔性簧片33分别与两个固定台31相连接，在运动台32和两个固定台31之间形成两个阻尼孔34，运动台32用于连接音圈驱动电机2的动子，以随音圈驱动电机2的动子沿预设方向进行运动，并带动各柔性簧片33进行变形，电涡流阻尼器4的动力能够安装在阻尼孔34处，以施加阻尼力至柔性簧片33上，以阻碍运动台32的运动。

具体而言，运动台32与音圈驱动电机2的动子即磁钢21相连接，运动台32的两侧（如图4所示的左右两侧）均间隔设置有固定台31，两个固定台31与运动台32之间均具有间隙，两个间隙处均设有两个平行布置的柔性簧片33，柔性簧片33的两端分别与运动台32、固定台31相连接，运动台32、固定台31以及两者之间的两个柔性簧片33围设形成阻尼孔34，也就是说，两个柔性簧片33呈平行四边形分布在电涡流阻尼器4的动力的前后，以卡设连接移动导体板43，即移动导体板43能够卡设连接在阻尼孔34处，使得移动导体板43可施加阻尼力至柔性簧片33上，以阻碍运动台32随音圈驱动电机2的动子的运动，使得运动台32可在音圈驱动电机2的动子、移动导体板43的作用下进行运动，即作为柔性导向机构3的动子，实现运动和力的传递。在本实施例中，阻尼孔34可以呈平行四边形结构，通过动磁式音圈电机的动子磁钢21驱动柔性铰链即运动台32实现高精度、高分辨率的精密运动，同时，采用平行四边形分布的柔性簧片33具有许多优势，包括扩大柔性平动关节的运动范围、减小寄生运动并提高运动的线性度。其中，柔性簧片33可通过线切割一体化加工。

继续参见图4，运动台32上设有卡固槽口321，音圈驱动电机2的动子能够卡设在卡固槽口321处，以使音圈驱动电机2的动子能够带动运动台32进行运动。具体地，运动台32的中心位置处可设置有卡固槽口321，可作为音圈电机磁钢21矩形槽口，以使音圈驱动电机2的磁钢21可以卡设在卡固槽口321处，以带动音圈驱动电机2的磁钢21进行预设方向上的运动。在本实施例中，运动台32上还设有减重孔322，可实现轻量化设计，便于实现运动台32的精确运动。

参见图5至图7，其示出了本发明实施例提供的电涡流阻尼的优选结构。如图所示，该电涡流阻尼包括：阻尼定子41、励磁线圈42和移动导体板43；其中，阻尼定子41上设有定子槽口即气隙；励磁线圈42设置在阻尼定子41上，在励磁线圈42进行通电时，产生定子磁场；移动导体板43以能够移动的方式设置在阻尼定子41的定子槽口处，用于在随柔性导向机构3移动时，切割定子磁场的磁感线，产生电涡流，电涡流产生与定子磁场极性相反的磁场，进而产生阻碍移动导体板43沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制柔性导向机构3的振动。

具体而言，阻尼定子41可以为C型结构，其开口处具有定子槽口即气隙，C型结构形状更加封闭，导电材料更多的被包围，因此通常能够产生更大的涡流和阻尼力。在本实施例中，阻尼定子41上可设有分体式励磁线圈42，例如四个励磁线圈42，可分别设置在阻尼定子41的四个不同位置处，采用分体式结构方便励磁线圈42的安装，当然，在其他实施例中，一个采用整体式励磁线圈42结构。移动导体板43可以固定连接在柔性导向机构3的卡固槽口321的两侧，例如卡固连接在阻尼口处，并且，移动导体板43位于C型涡流阻尼器气隙的正中间，应用电磁感应定律，移动导体板43中电涡流产生的磁场与励磁线圈42产生的磁场极性相反，从而形成电涡流阻尼力，用以抑制柔性导向机构3的振动。其中，通过调节励磁线圈42的电流大小可以调节柔性精密运动平台的阻尼。其中，移动导体板43可采用纯铜的材料，其具有较高的电导率，能够产生更大的涡流，进而实现更大的阻尼力；励磁线圈42可以为自粘漆包铜线绕制的自粘线圈。

继续参见图6和图7，散热机构5设置在阻尼定子41上，每个阻尼定子41上均可设有两个散热机构5，分别设置在阻尼定子41的上下两侧，分别作为上侧两个励磁线圈42的线架、下侧两个励磁线圈42的线架，可包覆在励磁线圈42的外部，还可进行散热，尤其是可将励磁线圈42带走。每个阻尼器需要两个这样的散热机构5，将四个励磁线圈42首尾相连形成闭合回路，当通电时，电涡流阻尼器4的气隙中会产生磁场作为定子磁场。然而，电涡流阻尼器4长时间工作会产生较多的热量，影响其性能，通过散热机构5快速带走励磁线圈42产生的热量，减弱其发热情况。在本实施例中，散热机构5上可设有固定座51，以通过螺钉等连接件固定在支撑架1上。其中，散热机构5采用铝合金3D打印制造，内部设计了弯曲的气路，以最大程度地提高散热效率，可通过压缩机产生的高压气体通过气路快速带走自粘线圈产生的热量，减弱其发热情况。

继续参见图7至图9，散热机构5包括：励磁线圈架52和气路通道53；其中，励磁线圈架52上设有环形凹槽，电涡流阻尼器4的励磁线圈42设置在环形凹槽内且绕设在励磁线圈架52上；气路通道53沿励磁线圈架52的外周设置，气体能够在气路通道53内流动，以带走励磁线圈42上的热量。

具体而言，励磁线圈架52上设有环形凹槽，即励磁线圈架52可以为回形凹槽结构，电涡流阻尼器4的励磁线圈42设置在环形凹槽内且绕设在励磁线圈架52上，以置于环形凹槽内。气路通道53可沿励磁线圈架52的外周设置，气体能够在气路通道53内流动，以带走励磁线圈42上的热量，实现散热。为进一步提高散热效果，励磁线圈42与励磁线圈架52即回型凹槽之间的间隙填充有环氧树脂，环氧树脂可通过真空消泡机排尽空气，提高了导热性能，确保电涡流阻尼器4能够长期稳定的工作。

在本实施例中，气路通道53可以包括：流入段531和流出段532；其中，流入段531依次绕各励磁线圈架52的外周呈蛇形延伸布置；流出段532的入口端与流入段531的出口端相连通，并且，流出段532向流入段531的入口端延伸，如图9所示向下延伸布置，以使流出段532的出口端与位于下侧的气路出口连通，实现气体的导出。气路入口亦可设置在下侧，可使得压缩机产生的高压气体自气路入口进入流入段531，依次向上流动，并依次带走各个励磁线圈架52处的励磁线圈42上的热量，并自流出段532的入口端流入至流出段532并向下流动，最后自气路出口流出，形成循环。

如图10所示，该基于主动阻尼的柔性精密运动平台相比于重阻尼系统的响应慢、超调小和清阻尼系统的响应快、超调大的性能，该电涡流阻尼器4可施加可调阻尼力，使得该柔性精密运动平台作为变阻尼系统，可在运动初始阶段，可施加较小阻尼，作为轻阻尼系统，即在运动至指定位置的初始阶段，实际位置与指令位置偏差较大，电涡流阻尼器4通入的电流小，反向阻尼力也小，这样使运动平台快速接近目标位置，达到响应快的目的；在临近目标点时逐渐加大系统阻尼，施加较大阻尼，即随着运动平台接近目标位置，逐渐增大阻尼器通入的电流，提高阻尼力，是运动平台快速稳定在目标位置，减小超调量和调整时间，实现响应快、超调小的目的。可调阻尼力解决了快速性与超调量之间的矛盾，有助于提高柔性精密运动平台的工作效率以及定位控制的动态性能，使基于主动阻尼的柔性精密运动平台更具竞争力，能够满足高要求的应用。

综上，本实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，采用柔性导向机构3进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器4，使得精密运动平台结构紧凑，还可以大范围内地精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题，即解决了现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

进一步地，同时内置散热机构5，这显著提高了精密运动平台在长时间运行过程中的稳定性和效率，为精密运动平台提供了卓越的性能和适用性。

方法实施例：

参见图11，其为本发明实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法的结构框图。如图所示，该基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，即上述基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法包括如下步骤：

步骤S1，获取柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置。具体地，可采用光栅编码器或其他位置传感器获取柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，即获取运动台32的当前输出位置。

步骤S2，基于柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差。具体地，基于柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差。

步骤S3，控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。其中，可以根据阻尼力，计算电涡流阻尼器4的励磁线圈42的通入电流值。

具体地，在本实施例中，电涡流阻尼器的输出量与所述位置误差的关系遵循一个光滑的非线性负相关函数，即位置误差越大，电涡流阻尼器输出的阻尼力越小，进而根据位置偏差控制所述电涡流阻尼器施加的阻尼力逐步变化。可控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。在本实施例中，所述控制器还用于通过对所述电涡流阻尼器输入的励磁电流进行控制，以控制电涡流阻尼器的定子磁场，实现电涡流阻尼器输出的阻尼力的控制；其中，所述电涡流阻尼器输入的励磁电流与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。也就是说，当位置偏差很大时，通过改变电涡流阻尼器的励磁电流为较小值，阻尼系数较小从而获得较小的阻尼力；当位置偏差很小时，通过改变电涡流阻尼器励磁电流为较大值，阻尼系数较大从而获得较大的阻尼力，即对电涡流阻尼器4进行控制，以控制电涡流阻尼器4在初始阶段配置一个相对较小的系统阻尼力，以提高系统的响应速度；而在临近目标点时逐渐加大系统阻尼，以有效抑制超调现象的产生，有效的解决了快速性和超调量的矛盾，实现了快速响应，较小超调量和稳定性等性能。其中，预设目标位置和预设偏差可以根据实际情况确定，本实施例中对其不做任何限定。

综上，本实施例提供的基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，采用柔性导向机构3进行无间隙的传递，提高了精密运动平台的运动精度；通过内嵌电涡流阻尼器4，使得精密运动平台结构紧凑，还可以大范围内地精确调节柔性精密运动平台的系统阻尼，有效解决了柔性系统阻尼低、容易振动的问题，即解决了现有基于弹性簧片的柔性精密运动平台由于柔性导向的弹性簧片无法提供足够的阻尼导致柔性精密运动平台多为弱阻尼系统容易振动的问题。

进一步地，同时内置散热机构5，这显著提高了精密运动平台在长时间运行过程中的稳定性和效率，为精密运动平台提供了卓越的性能和适用性。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，包括：

音圈驱动电机，用于在所述音圈驱动电机通电时，洛伦兹力使得所述音圈驱动电机的动子产生沿预设方向的运动和作用力；

柔性导向机构，与所述音圈驱动电机的动子相连接，用于随所述音圈驱动电机的动力输出端沿预设方向进行运动；

电涡流阻尼器，所述电涡流阻尼器的移动导体板与所述柔性导向机构相连接，用于在电涡流阻尼器的定子槽口处产生定子磁场，所述移动导体板在柔性导向机构的带动下切割磁感线，产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

2.根据权利要求1所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述电涡流阻尼器包括：

阻尼定子，所述阻尼定子上设有定子槽口；

励磁线圈，设置在所述阻尼定子上，在所述励磁线圈进行通电时，产生定子磁场；

移动导体板，以能够移动的方式设置在所述阻尼定子的定子槽口处，用于在随所述柔性导向机构移动时，切割磁感线，产生电涡流，电涡流产生与定子磁场极性相反的磁场，进而产生阻碍所述移动导体板沿预设方向进行运动的阻尼力，以抑制所述柔性导向机构的振动。

3.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，还包括：

位置传感器，用于获取所述柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置；

控制器，其分别与所述位置传感器、所述电涡流阻尼器相连接，用于基于所述位置传感器获取的柔性导向机构的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差，并控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。

4.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述柔性导向机构包括：

两个固定台；

运动台，间隔设置在两个所述固定台之间，并且，所述运动台的两侧各通过两个柔性簧片与两个固定台相连接，并在所述运动台和两个所述固定台之间形成两个阻尼孔，所述运动台用于连接所述音圈驱动电机的动子，以随所述音圈驱动电机的动子沿预设方向进行运动，并带动各所述柔性簧片进行变形，所述电涡流阻尼器的移动导体板能够安装在所述阻尼孔处，以施加阻尼力至所述柔性簧片上，以抑制所述运动台的振动。

5.根据权利要求4所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，

所述运动台上设有卡固槽口，所述音圈驱动电机的动子能够卡设在所述卡固槽口处，以使所述音圈驱动电机的动子能够带动所述运动台进行运动。

6.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述音圈驱动电机包括：

磁钢，作为动子；

上磁轭和下磁轭，对称设置在所述磁钢的上下两侧，并且，所述上磁轭和所述下磁轭上均设有线圈控制组件，线圈控制组件通电时，在所述上磁轭和下磁轭之间的电机槽口处产生磁场，洛伦兹力使磁钢在所述上磁轭和所述下磁轭之间产生沿预设方向上的运动，以驱动所述柔性导向机构的动力输出端进行运动。

7.根据权利要求1或2所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，

所述电涡流阻尼器上还设有散热机构，用于通过气体带走所述电涡流阻尼器上产生的热量。

8.根据权利要求7所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述散热机构包括：

励磁线圈架，所述励磁线圈架上设有环形凹槽，所述电涡流阻尼器的励磁线圈设置在所述环形凹槽内且绕设在所述励磁线圈架上；

气路通道，沿所述励磁线圈架的外周设置，气体能够在所述气路通道内流动，以带走所述励磁线圈上的热量。

9.根据权利要求8所述的基于主动阻尼的柔性精密运动平台，其特征在于，所述气路通道包括：

流入段，所述流入段依次绕各所述励磁线圈架的外周呈蛇形延伸布置；

流出段，所述流出段的入口端与所述流入段的出口端相连通，并且，所述流出段向所述流入段的入口端延伸。

10.一种基于主动阻尼的柔性精密运动平台的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置；

基于所述柔性精密运动平台的动力输出端的当前输出位置，确定当前输出位置与预设目标位置之间的位置偏差；

控制所述电涡流阻尼器施加阻尼力至柔性导向机构上；其中，所述电涡流阻尼器施加的阻尼力与所述位置偏差呈非线性的负相关性函数关系。