CN219114006U - 一种多自由度运动平台及位移台装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及半导体加工设备领域，公开了一种多自由度运动平台及位移台装置，其中多自由度运动平台包括第一柔性运动机构和第二柔性运动机构，所述第一柔性运动机构包括第一柔性铰链，以及用于驱动所述第一柔性铰链沿Rx、Ry及Z三自由度运动的第一驱动组件；第二柔性运动机构，架设于所述第一柔性铰链上方并与所述第一柔性铰链紧固；所述第二柔性运动机构包括第二柔性铰链，以及用于驱动所述第二柔性铰链沿X、Y及Rz三自由度运动的第二驱动组件。本实用新型结构简单，易于装配，且便于维护，同时还能够通过第一柔性运动机构和第二柔性机构的组合，较为精准的满足工件多自由度运动需求。

Description

一种多自由度运动平台及位移台装置

技术领域

本实用新型涉及半导体加工设备领域，特别是涉及一种多自由度运动平台及位移台装置。

背景技术

现有技术下的多自由度位移台大多采用刚性件装配而成，由于刚性件装配后会存在响应滞后、装配间隙大、零件之间容易磨损等缺点，因此使得以此方式装配而成的位移台精度和寿命都大大降低。

柔性铰链通过材料自身的弹性弯曲形变来实现高精度的相对运动，具有无摩擦损耗、无需润滑、无迟滞、无需维护、结构紧凑、易于制造等优点，但在运动的自由度上，仍存在缺陷，要么运动受限，要么轴漂过大。因此如何采用柔性铰链设计一款稳定的能够满足多自由度运动的位移台，成为一个亟需解决的技术问题。

因此本领域技术人员致力于开发一种多自由度的运动平台及位移台装置。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多自由度的运动平台及位移台装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种多自由度运动平台，包括：

第一柔性运动机构，所述第一柔性运动机构包括第一柔性铰链，以及用于驱动所述第一柔性铰链沿Rx、Ry及Z三自由度运动的第一驱动组件；

第二柔性运动机构，架设于所述第一柔性铰链上方并与所述第一柔性铰链紧固；所述第二柔性运动机构包括第二柔性铰链，以及用于驱动所述第二柔性铰链沿X、Y及Rz三自由度运动的第二驱动组件。

本专利通过两柔性机构的并联，可满足工件的多自由度运动需求。

较佳的，还包括用于架设所述第一柔性铰链的底板，所述底板与所述第一柔性铰链间隔设置，所述第一驱动组件安装于所述底板与所述第一柔性铰链之间。

较佳的，所述第一柔性铰链包括支撑部，所述支撑部连接有多个延伸臂，各所述延伸臂另一端一一对应连接有安装座，所述安装座顶部连接所述第二柔性运动机构，所述安装座下底面设置有第一斜面。

较佳的，所述第一驱动组件包括电机，所述电机连接有与延伸臂长度方向一致的丝杆，所述丝杆与滑块螺纹连接，所述滑块上部设置有与所述第一斜面滑动配合的第二斜面，所述滑块下方与导轨滑动配合。

较佳的，所述第二柔性运动机构包括与第一柔性运动机构连接的板体，及设置于所述板体中部的第二柔性铰链，所述第二柔性铰链包括承载板以及分布于所述承载板外围的多组并联铰链，各所述并联铰链与板体连接。

较佳的，所述并联铰链包括平行间隔设置于承载板的第一铰链和第二铰链，和设置于所述板体的第三铰链，所述第一铰链和第二铰链的一端分别与所述第三铰链的一端垂直连接。

较佳的，所述第二驱动组件包括压电致动器，所述压电致动器输出端与第三铰链远离承载板一端的端部连接。

较佳的，所述板体上设置有与第三铰链的垂直连接的安装槽，所述压电致动器置于安装槽内。

较佳的，所述第一铰链、第二铰链和第三铰链为圆形双切口柔性铰链或弧形双切口柔性铰链；

所述并联铰链的数量为四组且均布在承载板和板体上。

本实用新型还提供一种位移台装置，包括如上所述的多自由度运动平台，还包括底座，所述底座为上方开口的腔体，所述多自由度运动平台置于所述腔体内，且外侧壁与所述底座的腔体内壁间隙配合。

本实用新型的有益效果是：本实用新型结构简单，易于装配，且便于维护，同时还能够通过第一柔性运动机构和第二柔性机构的组合，较为精准的满足工件多自由度运动需求。

附图说明

图1是本实用新型一具体实施方式的结构示意图。

图2是本实用新型一具体实施方式第一柔性运动机构结构示意图。

图3是本实用新型一具体实施方式第二柔性运动机构结构示意图。

图4是本实用新型一具体实施方式位移台装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，需注意的是，在本实用新型的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，一种多自由度运动平台，包括第一柔性运动机构2和第二柔性运动机构3。第二柔性运动机构3安装在第一柔性运动机构2上。

如图1和图2所示，第一柔性运动机构2包括第一柔性铰链，以及用于驱动第一柔性铰链沿Rx、Ry及Z三自由度运动的第一驱动组件。其中，第一柔性铰链2包括支撑部21，支撑部21连接有多个延伸臂221，各延伸臂221另一端一一对应连接有安装座222，安装座222顶部连接第二柔性运动机构3，安装座222下底面设置有第一斜面2221。

第一驱动组件为任何提供较为精准的直线往复运动的驱动机构均可，例如曲柄滑块机构、凸轮机构、偏心轮机构、丝杆传动机构等。本实施例中，第一驱动组件采用丝杆传动机构，包括电机242，电机242连接有与延伸臂221长度方向一致的丝杆243，丝杆243与滑块241螺纹连接，滑块241上部设置有与第一斜面2221滑动配合的第二斜面，滑块241下方与导轨244滑动配合。当丝杆243受电机242驱动作用旋转时，滑块241沿丝杆243长度方向往返滑动，继而驱动安装座222上下运动，以此通对安装于其上的装置进行Rx、Ry及Z轴三自由度位移进行调节。

本实用新型还包括用于架设第一柔性铰链的底板23，底板23与第一柔性铰链间隔设置，第一驱动组件安装于底板与第一柔性铰链之间。第一柔性运动机构2安装于底板23上，即支撑部21、电机、滑轨244均安装底板23上，各安装座222顶面位于同一平面，且初始状态下与底板23平行。通过底板的设置，进一步保证了本专利的稳定性和可安装性，能够使得第一柔性运动机构2和第二柔性运动机构与底板23形成一体，继而方便整个多自由度运动平台的安装。

本申请中，支撑部21和延伸臂221组成柔性单元，为了减少轴漂，各柔性单元长度相等，两两对称，对称的柔性单元设置于支撑部21的相对两侧，呈偶数个设置。支撑部21和柔性单元可采用金属一体加工成型，材质优选具有一定弹性模量的AL7075铝合金材质。各延伸臂221水平设置或向上倾斜延伸设置，延伸臂221为直圆形双切口柔性铰链或弧形双切口柔性铰链。本申请中，安装座222的承载面位于支撑部211顶面的上方，因此对柔性运动机构上方承载机构施压时，可通过多个延伸臂221的变形，实现工件Z轴的上下运动。由于双切口分别位于各延伸臂221的上下两侧，因此，受延伸臂221自身刚度的影响，可以一定程度上限制Rz自由度的转动，继而较为柔顺的实现Rx、Ry及Z向三自由度的运动。

为了能够更加精确地控制电机242工作，本专利还设置有与电机242电连接的电控装置，电控装置由传感器和必要电控组件组成，当传感器检测到安装座222的位移量时，会将此位移量传输给电控组件，通过电控组件对检测到的数据进行分析再处理后，进一步的控制电机242的转动，以此对安装座222的位移量进行精准调整。

结合图1至图3所示，第二柔性运动机构3，架设于所述第一柔性铰链上方并与第一柔性铰链紧固。第二柔性运动机构3包括第二柔性铰链，以及用于驱动所述第二柔性铰链沿X、Y及Rz三自由度运动的第二驱动组件。本实施例中，第二柔性运动机构3包括与第一柔性运动机构2连接的板体31，具体通过第一柔性运动机构2的安装座222顶部连接板体31。板体31中部设置有第二柔性铰链，第二柔性铰链包括承载板321以及分布于承载板321外围的多组并联铰链34，各并联铰链34与板体31连接。

并联铰链34包括平行间隔设置于承载板321的第一铰链341和第二铰链342，和设置于板体31的第三铰链343，第一铰链341和第二铰链342的一端分别与第三铰链343的一端垂直连接。本实施例中，第二驱动组件为压电致动器(未图示)，压电致动器输出端与第三铰链343远离承载板321一端的端部连接。板体31上设置有与第三铰链343垂直的安装槽33，压电致动器置于安装槽33内。当压电致动器驱动第三铰链343时，即可采用“杠杆原理”，将第三铰链343上的驱动力放大并传递给第一铰链341和第二铰链342，以此通过多组并联铰链34扭动承载板321转动，也即驱使承载板321绕Z轴转动，实现Rz自由度的位移。

本实施例中，并联铰链34的数量为四组且均布在承载板321和板体31上，第二柔性运动机构3中的第一铰链341、第二铰链342及第三铰链343均采用直圆形双切口柔性铰链或弧形双切口柔性铰链设置，由于平行间隔设置的第一铰链341和第二铰链342的Z向具有较大的刚性，因此使得承载板321在Z向具备一定的承压能力，继而为工件调节提供一定的Z向支撑力，以此也有效提升了工件Z轴方向的稳定性。

此外，由于板体31与安装座222紧固，而安装座222又与下方滑块241的斜面配合，因此能够对承载板321旋转时所产生的反作用力形成一定的约束，防止承载板321转动时带动第一柔性铰链21出现较大角度的扭动。

与第一柔性运动机构2相同的是，第二柔性运动机构3也同样设置有与多个压电致动器电连接的电控装置，电控装置也由传感器和电控组件等部件组成，以此用于检测承载板321的旋转角度，从而控制压电致动器的输出，以此进一步的对承载板321的转动位移量进行精准调整；此外，以此结构设计的第二柔性运动机构3还能够通过多个压电致动器的相互配合，对板体31X轴和Y轴方向的位移进行调节，以此对设置板体31上的工件进行X、Y、Rz三自由度的调节。有关此方面具体设置，相关技术中都较为常用，在此不做具体赘述。

如图4所示，本专利还提供一种位移台装置，包括如上的多自由度运动平台，还包括底座4，底座4为上方开口的腔体，多自由度运动平台置于腔体内，且其外侧壁与底座4的腔体内壁间隙配合。具体实施过程中，二者的配合间隙大于柔性运动装置3绕Rx和Ry两自由度翻转时的最大水平位移量，以此避免与底座的腔体内壁产生干涉。

本专利可适用于两工件精准压合作业，可通过光学对准系统对待贴合或压合的上下两工件进行检测，之后再将信号传输给检测装置，检测装置将检测结果发送给电控装置，并通过电控装置驱使第一柔性运动机构2、第二柔性运动机构3运动，从而，对其上放置的下工件进行位置调整，直至满足光学对准系统的对准要求，以此实现上、下两工件的对准。有关光学对准系统的具体设置，相关技术中都较为常用，在此不做具体赘述。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多自由度运动平台，其特征是，包括：

第一柔性运动机构(2)，所述第一柔性运动机构(2)包括第一柔性铰链，以及用于驱动所述第一柔性铰链沿Rx、Ry及Z三自由度运动的第一驱动组件；

第二柔性运动机构(3)，架设于所述第一柔性铰链上方并与所述第一柔性铰链紧固；所述第二柔性运动机构(3)包括第二柔性铰链，以及用于驱动所述第二柔性铰链沿X、Y及Rz三自由度运动的第二驱动组件。

2.如权利要求1所述的多自由度运动平台，其特征是：还包括用于架设所述第一柔性铰链的底板(23)，所述底板(23)与所述第一柔性铰链间隔设置，所述第一驱动组件安装于所述底板与所述第一柔性铰链之间。

3.如权利要求1所述的多自由度运动平台，其特征是：所述第一柔性铰链包括支撑部(21)，所述支撑部(21)连接有多个延伸臂(221)，各所述延伸臂(221)另一端一一对应连接有安装座(222)，所述安装座(222)顶部连接所述第二柔性运动机构(3)，所述安装座(222)下底面设置有第一斜面(2221)。

4.如权利要求3所述的多自由度运动平台，其特征是：所述第一驱动组件包括电机(242)，所述电机(242)连接有与延伸臂(221)长度方向一致的丝杆(243)，所述丝杆(243)与滑块(241)螺纹连接，所述滑块(241)上部设置有与所述第一斜面(2221)滑动配合的第二斜面，所述滑块(241)下方与导轨(244)滑动配合。

5.如权利要求1所述的多自由度运动平台，其特征是:所述第二柔性运动机构(3)包括与第一柔性运动机构(2)连接的板体(31)，及设置于所述板体(31)中部的第二柔性铰链，所述第二柔性铰链包括承载板(321)以及分布于所述承载板(321)外围的多组并联铰链(34)，各所述并联铰链(34)与板体(31)连接。

6.如权利要求5所述的多自由度运动平台，其特征是：所述并联铰链(34)包括平行间隔设置于承载板(321)的第一铰链(341)和第二铰链(342)，和设置于所述板体(31)的第三铰链(343)，所述第一铰链(341)和第二铰链(342)的一端分别与所述第三铰链(343)的一端垂直连接。

7.如权利要求6所述的多自由度运动平台，其特征是:所述第二驱动组件包括压电致动器，所述压电致动器输出端与第三铰链(343)远离承载板(321)一端的端部连接。

8.如权利要求7所述的多自由度运动平台，其特征是：所述板体(31)上设置有与第三铰链(343)垂直连接的安装槽(33)，所述压电致动器置于安装槽(33)内。

9.如权利要求6所述的多自由度运动平台，其特征是：所述第一铰链(341)、第二铰链(342)和第三铰链(343)为圆形双切口柔性铰链或弧形双切口柔性铰链；

所述并联铰链(34)的数量为四组且均布在承载板(321)和板体(31)上。

10.一种位移台装置，其特征是：包括权利1至9任一所述的多自由度运动平台，还包括底座(4)，所述底座(4)为上方开口的腔体，所述多自由度运动平台置于所述腔体内，且外侧壁与所述底座(4)的腔体内壁间隙配合。

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