WO2021217761A1 - 一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法 - Google Patents

一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2021217761A1
WO2021217761A1 PCT/CN2020/091820 CN2020091820W WO2021217761A1 WO 2021217761 A1 WO2021217761 A1 WO 2021217761A1 CN 2020091820 W CN2020091820 W CN 2020091820W WO 2021217761 A1 WO2021217761 A1 WO 2021217761A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
self
electric cylinder
locking
hinge seat
micro
Prior art date
Application number
PCT/CN2020/091820
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
周丰伟
钱晓明
孟凯
Original Assignee
无锡富瑞德测控仪器股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 无锡富瑞德测控仪器股份有限公司 filed Critical 无锡富瑞德测控仪器股份有限公司
Priority to US17/764,994 priority Critical patent/US11911896B2/en
Publication of WO2021217761A1 publication Critical patent/WO2021217761A1/zh

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0054—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a spherical joint at the base
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J7/00—Micromanipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0004—Braking devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/02—Sensing devices
    • B25J19/021—Optical sensing devices
    • B25J19/022—Optical sensing devices using lasers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0054—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a spherical joint at the base
    • B25J9/0057—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics with kinematics chains having a spherical joint at the base with kinematics chains of the type spherical-prismatic-spherical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/003—Programme-controlled manipulators having parallel kinematics
    • B25J9/0075—Truss
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716—Stages
    • G03F7/70725—Stages control
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691—Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70775—Position control, e.g. interferometers or encoders for determining the stage position

Definitions

  • FIG. 1 Schematic diagram of the structure of the branch of the present invention.
  • the gap between the first spherical hinge seat 211 and the second spherical hinge seat 212 increases, the clamping force of the steel ball 219 in the first fixed arc groove and the second fixed arc groove becomes smaller, and the steel ball 219 can Rotate.
  • the spherical hinge seat with self-locking lower hinge 25 is installed on the hinge seat supporting block at the top of the base 1, and the first spherical hinge seat 211 and the second spherical hinge seat 212 are installed on the hinge seat supporting block at the bottom of the workbench 3.
  • the large-stroke multi-degree-of-freedom nano-level positioning control method includes the following steps:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Abstract

一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法，包括底座（1），所述底座（1）顶部通过带自锁下铰链（25）连接电动缸（24）一端，所述电动缸（24）另一端连接微动驱动机构（22）一端，所述微动驱动机构（22）另一端通过带自锁上铰链（21）连接工作台（3）底部。该定位装置通过电动缸（24）及微动驱动机构（22）实现了工作台（3）的大行程及高精度定位，弥补了传统定位装置的精度高但行程小、行程大但精度低的缺陷。该定位装置自由度多，通过并联支链机构（2）实现了工作台（3）多自由度的任意姿态调节，满足各种定位需求。该定位装置自动化程度高，通过计算机实现整个定位装置的定位和控制，效率高。

Description

一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法 技术领域
本发明属于高精度定位技术领域，涉及一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法。
背景技术
当前计算机、微电子、精密测量与制造迅猛发展，都对纳米级的高精度测量与控制提出了要求，而纳米级的定位工作台3，实现相关工作的基础。由于高精度的定位与驱动是十分精密的系统。在常见的处理方案中，都是通常通过压电驱动技术实现单轴、或者少数几个轴的微米级小范围的移动和高精度的定位。在实际应用中，如果涉及到较大的范围，需要额外附加工作工作台3，或者进行二次调整安装，不仅影响精度还影响效率，给使用和测量带来了很多问题。
随着纳米驱动、计算机控制与测量、伺服控制技术的普及，通过大形成的电动伺服机构与纳米驱动机构的融合，通过计算机实现关键的控制、锁定、数据采集，可以实现大范围的多自由度的纳米级的定位工作台，将在高精度半导体等领域具有十分广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法，满足了大范围多自由度的纳米级的定位需求，克服现有方式存在的行程小，多次调整效率低的问题。
按照本发明提供的技术方案：一种大行程多自由度纳米级定位装置，包括底座、若干个并联的支链机构和工作台，所述若干个并联的支链机构两侧通过铰链座支撑块分别与底座、工作台连接；所述支链机构包括电动缸、微动驱动机构、激光干涉仪、光栅测量装置、带自锁上铰链及带自锁下铰链；所述底座顶部通过带自锁下铰链连接电动缸一端，所述电动缸另一端连接微动驱动机构一端，所述微动驱动机构另一端通过带自锁上铰链连接工作台底部；所述工作台侧面安装激光干涉仪，所述电动缸上安装光栅测量装置。
作为本发明的进一步改进，所述电动缸缸体端通过带自锁下铰链连接所述底座顶部，所述电动缸活塞端连接所述微动驱动机构一端；所述微动驱动机构采用压电陶瓷驱动器驱动。
所述光栅测量装置为光栅尺，所述光栅尺主尺安装在所述电动缸缸体上，所述光栅读数头安装在所述电动缸活塞端。
作为本发明的进一步改进，所述带自锁上铰链包括第一球形铰链座和第二球形铰链座，所述第一球形铰链座通过第一销轴铰接在所述工作台底部，所述第一球形铰链座一侧开有第一固定圆弧槽，另一侧连接电磁铁，所述第二球形铰链座通过第二销轴铰接在所述工作台底部，所述第二球形铰链座一侧开有第 二固定圆弧槽，所述第一固定圆弧槽与所述第二固定圆弧槽中设置钢球，所述第一球形铰链座中开有第一通孔，所述第二球形铰链座中开有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔中设置拉杆，所述拉杆端部通过第三销轴铰接在所述第二球形铰链座，所述拉杆另一端露出所述第一通孔，且其上安装磁吸板，所述磁吸板一端位于所述电磁铁侧面，所述第一球形铰链座与所述磁吸板之间设置弹簧，所述钢球下端部连接所述微动驱动机构上端。
作为本发明的进一步改进，所述电磁铁选用吸盘式圆形电磁铁，吸力达到20KG。
作为本发明的进一步改进，所述弹簧套设在所述拉杆外周。
作为本发明的进一步改进，所述带自锁下铰链与所述带自锁上铰链结构相同。
作为本发明的进一步改进，所述底座上面均布与所述工作台底部对应均布铰链座支撑块，所述带自锁上铰链和所述带自锁下铰链均分别连接所述铰链座支撑块。
.一种大行程多自由度纳米级定位装置控制方法，其特征在于：所述大行程多自由度纳米级定位控制方法包括如下步骤：
步骤一：包括底座、支链机构、工作台，所述支链机构包括电动缸、电磁铁、微动驱动机构、激光干涉仪及光栅测量装置，带自锁上铰链及带自锁下铰链；
还包括第一釆集器、第二釆集器及计算机；所述光栅测量装置通过导线与第一釆集器连接；所述激光干涉仪通过导线与第二釆集器连接；所述第一釆集器与第二釆集器分别通过导线连接计算机；所述计算机分别通过导线与电动缸伺服驱动系统、电磁铁电磁驱动系统及微动驱动机构压电驱动系统连接；
步骤二：所述计算机驱动所述电动缸的伺服驱动系统，驱动所述电动缸活塞端移动，所述光栅测量装置将光栅读数头的位移量通过第一采集器传递给所述计算机，当需要所述电动缸位移的量到位后，所述计算机驱动所述电动缸停止；
步骤三：所述计算机驱动启动微动驱动机构压电驱动系统中的压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器驱动所述微动驱动机构在竖直方向产生位移，所述激光干涉仪将所述工作台的位移量测量后通过第二采集器传递给所述计算机；
步骤四：所述计算机接收到所述工作台的位移量后，当到达指定尺寸时，计算机驱动带自锁下铰链和带自锁上铰链自锁。
作为本发明的进一步改进，所述步步骤四中，计算机使电磁铁失电，电磁铁与磁吸板间的磁力消失，弹簧从压缩状态回弹，弹簧上部推动磁吸板往上移动，通过拉杆带动第二球形铰链座绕第二销轴转动，第二球形铰链座围绕第二销轴逆时针转动；第一球形铰链座与第二球形铰链座之间间隙变小，钢球在第一固定圆弧槽、第二固定圆弧槽中的受到的夹紧力增大，钢球锁定，带自锁上铰链自锁；带自锁下铰链自锁同理。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明结构简单，大行程高精度，通过发明的驱动结构具有大行程高精度的特点，实现平台的大行程高精度，弥补了传统的高精度行程小的缺陷。
2、本发明多自由度，通过并联机器人机构实现了多自由的任意姿态调节，满足各种定位需求。
3、本发明自动化程度高，通过计算机实现整个定位和控制方法，可以高效实现定位操作提高使用效率。
附图说明
图1本发明结构原理图。
图2本发明的支链的结构示意图。
图3本发明带自锁上铰链结构的俯视图。
图4本发明的另一个实施例的结构示意图。
图5本发明控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
图1-5中，包括底座1、支链机构2、工作台3、带自锁上铰链21、微动驱动机构22、压电陶瓷23、电动缸24、带自锁下铰链25、第一球形铰链座211、第二球形铰链座212、弹簧213、拉杆214、电磁铁215、磁吸板216、第一销轴217、第二销轴218、钢球219、第三销轴220，微动驱动底座32、计算机等。
如图1所示，本发明是一种大行程多自由度纳米级定位装置，包括底座1，并联支链机构2和工作台3。
参见图2，并联支链机构2包括带自锁上铰链21，微动驱动机构22，电动缸24，带自锁下铰链25。电动缸24一端通过带自锁下铰链25连接底座1顶部，电动缸24另一端连接微动驱动机构22一端，微动驱动机构22另一端通过带自锁上铰链21连接工作台3底部。
在本实施例中，电动缸24缸体端通过带自锁下铰链25连接底座1顶部，电动缸24活塞端连接微动驱动机构22一端。
为测量电动缸24的伸缩位移，加装了光栅尺装置，光栅尺主尺安装在电动缸24缸体上，光栅读数头安装在电动缸24活塞端，当电动缸24活塞端伸缩时，就能把实时数据传递给光栅尺。在本实施例中，电动缸24为伺服电缸，选用的Exlar GX20系列12mm行程电动缸，该电动缸具有推力重复度高，位置控制准确的特点。为测量电动缸的伸缩位移，加装了光栅尺装置，光栅尺选用了海德汉的LIP382系列超高精度直线光栅尺，量程为70mm。
微动驱动机构22另一端通过带自锁上铰链21连接工作台3底部。微动驱动机构22采用压电陶瓷驱动器驱动。在本实施例中，微动驱动机构22为PI的Q-Motion系列Q521小型线性工作台，最小位移高达2纳米，该线性工作台3采用集成式的增量式编码器实现直接位置测量，分辨率1纳米。
同时为实现工作台精确定位，在本装置一侧加装了激光干涉仪进行工作台位置的测量，可实时监测工作台3高度方向的位移。激光干涉仪选用了雷尼绍的XL-80系列，其测量精度达到±0.5ppm，分辨率达到1纳米。
参见图3，本发明中的带自锁上铰链21包括第一球形铰链座211和第二球形铰链座212，弹簧213，拉杆214和电磁铁215，磁吸板216，第一销轴217，第二销轴218，钢球219，第三销轴220。第一球形铰链座211通过第一销轴217铰接在工作台3底部，第一球形铰链座211一侧开有第一固定圆弧槽，另一侧通过螺纹结构连接电磁铁215，电磁铁215选用吸盘式圆形电磁铁，吸力达到20KG。第二球形铰链座212通过第二销轴218铰接在工作台3底部，第二球形铰链座212一侧开有第二固定圆弧槽。第一固定圆弧槽与第二固定圆弧槽中设置钢球219。
第一球形铰链座211中开有第一通孔，第二球形铰链座212中开有第二通孔。第一通孔与第二通孔中设置拉杆214，拉杆214端部通过第三销轴220铰接在第二球形铰链座212。拉杆214另一端露出第一通孔，且其上安装磁吸板216，磁吸板216由磁性材料制成。磁吸板216一端位于电磁铁215侧面。第一球形铰链座211与磁吸板216之间设置弹簧213，弹簧213套设在拉杆214外周。钢球219下端部连接微动驱动机构上端。
在工作台3上升时，电磁铁215处于得电状态，电磁铁215吸引磁吸板216向下移动，电磁铁215与磁吸板216之间的磁力克服了弹簧213的弹力，磁吸板216通过拉杆214带动第二球形铰链座212围绕第二销轴218转动，在图3中，第二球形铰链座212围绕第二销轴218顺时针转动。第一球形铰链座211与第二球形铰链座212之间间隙增大，钢球219在第一固定圆弧槽、第二固定圆弧槽中的受到的夹紧力变小，钢球219可以转动。
带自锁下铰链25与带自锁上铰链21结构相同，带自锁下铰链25中的球形铰链座安装在底座1顶部，带自锁下铰链25中的钢球上端部连接电动缸24缸体端。
底座1上面有6个呈60°均布的螺纹孔用来安装铰链座支撑块，同时工作台3底部也有六个同样分布的螺纹孔，与底座1相对应，这样可以保证并联的支链2移动量一致，工作台3在上升过程中保持平稳。
并联支链2两侧通过铰链座支撑块与底座1、工作台3连接。铰链座支撑块通过螺栓连接在底座1顶面、工作台3底面。
带自锁下铰链25中的球形铰链座安装在底座1顶部的铰链座支撑块上，第一球形铰链座211和第二球形铰链座212安装在工作台3底部的铰链座支撑块上。
参见图4，为本发明一种大范围多自由度纳米级定位装置的另一实施例，包括底座1，底座1顶部通过铰链铰接电动缸24缸体端，电动缸24活塞端通过铰链铰接电动工作台12底部，电动工作台12上部设置微动驱动底座32，微动驱动底座32顶部通过螺栓固定连接微动驱动机构22一端，微动驱动机构22另一端通过螺栓固定连接工作台3底部。该实施例中，下半部分为实现大范围的运动要求，电动缸24选用大量程的翼望SEA801系列电动缸，最大行程达到500mm。
参见图5，光栅测量装置光栅尺通过导线与第一釆集器连接；激光干涉仪通 过导线与第二釆集器连接；第一釆集器与第二釆集器分别通过导线连接计算机；所述计算机分别通过导线与电动缸24伺服驱动系统、电磁铁215电磁驱动系统及微动驱动机构22压电驱动系统连接。计算机选用了研华UNO-2372G-J021AE系列无风扇嵌入式工业控制计算机。选用的电动缸24自带增量式编码器，同时为接入光栅尺的1VPP接口信号选用了研华ADAM-6017的Modbus IO模块，该模块AD精度达到16位，采集的数据通过Modbus从机的方式提供给计算机读取。
对于电磁铁215的驱动，选用研华的ADAM-6017模块具有数字量输出端口，计算机通过Modbus协议可以控制数字量输出端口，进而可以控制继电器来控制电磁铁215的通断电。微动模块的驱动采用PI的E-873 Q-Motion伺服控制器，计算机通过RJ45网口对该伺服控制器进行控制，进而控制微动驱动机构22。对于激光干涉仪对工作台的测量数据，计算机通过USB口进行读取。
大行程多自由度纳米级定位控制方法包括如下步骤：
步骤一：包括底座1、支链机构2、工作台3，所述支链机构2包括电动缸24、电磁铁215、微动驱动机构22、激光干涉仪及光栅测量装置，带自锁上铰链21及带自锁下铰链25；
还包括第一釆集器、第二釆集器及计算机；所述光栅测量装置通过导线与第一釆集器连接；所述激光干涉仪通过导线与第二釆集器连接；所述第一釆集器与第二釆集器分别通过导线连接计算机；所述计算机分别通过导线与电动缸24伺服驱动系统、电磁铁215电磁驱动系统及微动驱动机构22压电驱动系统连接；
步骤二：所述计算机驱动所述电动缸24的伺服驱动系统，驱动所述电动缸24活塞端移动，所述光栅测量装置将光栅读数头的位移量通过第一采集器传递给所述计算机，当需要所述电动缸24位移的量到位后，所述计算机驱动所述电动缸24停止；
步骤三：所述计算机驱动启动微动驱动机构22压电驱动系统中的压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器驱动所述微动驱动机构22在竖直方向产生位移，所述激光干涉仪将所述工作台3的位移量测量后通过第二采集器传递给所述计算机；
步骤四：计算机接收到工作台3的位移量后，当到达指定尺寸时，计算机驱动带自锁下铰链25和带自锁上铰链21自锁。
具体自锁过程如下：以带自锁上铰链21为例，计算机使电磁铁215失电，电磁铁215与磁吸板216之间的磁力消失，弹簧213从压缩状态回弹，弹簧213上部推动磁吸板216往上移动，通过拉杆214带动第二球形铰链座212围绕第二销轴218转动，在图3中，第二球形铰链座212围绕第二销轴218逆时针转动。第一球形铰链座211与第二球形铰链座212之间间隙变小，钢球219在第一固定圆弧槽、第二固定圆弧槽中的受到的夹紧力增大，钢球219锁定。带自锁下铰链25自锁同理。

Claims (10)

  1. 一种大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述装置包括底座(1)、若干个并联的支链机构(2)和工作台(3)，所述若干个并联的支链机构(2)两侧通过铰链座支撑块分别与底座(1)、工作台(3)连接；所述支链机构(2)包括电动缸(24)、微动驱动机构(22)、激光干涉仪、光栅测量装置、带自锁上铰链(21)及带自锁下铰链(25)；所述底座(1)顶部通过带自锁下铰链(25)连接电动缸(24)一端，所述电动缸(24)另一端连接微动驱动机构(22)一端，所述微动驱动机构(22)另一端通过带自锁上铰链(21)连接工作台(3)底部；所述工作台(3)侧面安装激光干涉仪，所述电动缸(24)上安装光栅测量装置。
  2. 如权利要求1所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述电动缸(24)缸体端通过带自锁下铰链(25)连接所述底座(1)顶部，所述电动缸(24)活塞端连接所述微动驱动机构(22)一端；所述微动驱动机构(22)采用压电陶瓷驱动器驱动。
  3. 如权利要求1所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述光栅测量装置为光栅尺，所述光栅尺主尺安装在所述电动缸(24)缸体上，所述光栅读数头安装在所述电动缸(24)活塞端。
  4. 如权利要求1所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述带自锁上铰链(21)包括第一球形铰链座(211)和第二球形铰链座(212)，所述第一球形铰链座(211)通过第一销轴(217)铰接在所述工作台(3)底部，所述第一球形铰链座(211)一侧开有第一固定圆弧槽，另一侧连接电磁铁(215)，所述第二球形铰链座(212)通过第二销轴(218)铰接在所述工作台(3)底部，所述第二球形铰链座(212)一侧开有第二固定圆弧槽，所述第一固定圆弧槽与所述第二固定圆弧槽中设置钢球(219)，所述第一球形铰链座(211)中开有第一通孔，所述第二球形铰链座(212)中开有第二通孔，所述第一通孔与所述第二通孔中设置拉杆(214)，所述拉杆(214)端部通过第三销轴(220)铰接在所述第二球形铰链座(212)，所述拉杆(214)另一端露出所述第一通孔，且其上安装磁吸板(216)，所述磁吸板(216)一端位于所述电磁铁(215)侧面，所述第一球形铰链座(211)与所述磁吸板(216)之间设置弹簧(213)，所述钢球(219)下端部连接所述微动驱动机构上端。
  5. 如权利要求4所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述电磁铁(215)选用吸盘式圆形电磁铁，吸力达到20KG。
  6. 如权利要求4所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述弹簧(213)套设在所述拉杆(214)外周。
  7. 如权利要求1所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所述带自锁下铰链(25)与所述带自锁上铰链(21)结构相同。
  8. 如权利要求1所述的大行程多自由度纳米级定位装置，其特征在于：所 述底座(1)上面均布与所述工作台(3)底部对应均布铰链座支撑块，所述带自锁上铰链(21)和所述带自锁下铰链(25)均分别连接所述铰链座支撑块。
  9. 一种大行程多自由度纳米级定位装置控制方法，其特征在于：所述大行程多自由度纳米级定位控制方法包括如下步骤：
    步骤一：包括底座(1)、支链机构(2)、工作台(3)，所述支链机构(2)包括电动缸(24)、电磁铁(215)、微动驱动机构(22)、激光干涉仪及光栅测量装置，带自锁上铰链(21)及带自锁下铰链(25)；
    还包括第一釆集器、第二釆集器及计算机；所述光栅测量装置通过导线与第一釆集器连接；所述激光干涉仪通过导线与第二釆集器连接；所述第一釆集器与第二釆集器分别通过导线连接计算机；所述计算机分别通过导线与电动缸(24)伺服驱动系统、电磁铁(215)电磁驱动系统及微动驱动机构(22)压电驱动系统连接；
    步骤二：所述计算机驱动所述电动缸(24)的伺服驱动系统，驱动所述电动缸(24)活塞端移动，所述光栅测量装置将光栅读数头的位移量通过第一采集器传递给所述计算机，当需要所述电动缸(24)位移的量到位后，所述计算机驱动所述电动缸(24)停止；
    步骤三：所述计算机驱动启动微动驱动机构(22)压电驱动系统中的压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷驱动器驱动所述微动驱动机构(22)在竖直方向产生位移，所述激光干涉仪将所述工作台(3)的位移量测量后通过第二采集器传递给所述计算机；
    步骤四：所述计算机接收到所述工作台(3)的位移量后，当到达指定尺寸时，计算机驱动带自锁下铰链(25)和带自锁上铰链(21)自锁。
  10. 如权利要求9中所述的大行程多自由度纳米级定位装置控制方法，其特征在于：所述步步骤(四)中，计算机使电磁铁失电，电磁铁与磁吸板间的磁力消失，弹簧从压缩状态回弹，弹簧上部推动磁吸板往上移动，通过拉杆带动第二球形铰链座绕第二销轴转动，第二球形铰链座围绕第二销轴逆时针转动；第一球形铰链座与第二球形铰链座之间间隙变小，钢球在第一固定圆弧槽、第二固定圆弧槽中的受到的夹紧力增大，钢球锁定，带自锁上铰链自锁；带自锁下铰链自锁同理。
PCT/CN2020/091820 2020-04-27 2020-05-22 一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法 WO2021217761A1 (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/764,994 US11911896B2 (en) 2020-04-27 2020-05-22 Nanoscale positioning apparatus with large stroke and multiple degrees of freedom and control method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010344436.8 2020-04-27
CN202010344436.8A CN111421526B (zh) 2020-04-27 2020-04-27 一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021217761A1 true WO2021217761A1 (zh) 2021-11-04

Family

ID=71557040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/CN2020/091820 WO2021217761A1 (zh) 2020-04-27 2020-05-22 一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11911896B2 (zh)
CN (1) CN111421526B (zh)
WO (1) WO2021217761A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112536641A (zh) * 2020-11-18 2021-03-23 东阳市智享机械科技有限公司 一种机械加工制造用带有角度调节柱的缓冲装置
CN112943848B (zh) * 2021-01-29 2022-08-30 重庆大学 一种水平式布置六自由度恒刚度机构

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08132363A (ja) * 1994-11-09 1996-05-28 Agency Of Ind Science & Technol 二本指マイクロハンド機構
CN1562578A (zh) * 2004-03-17 2005-01-12 哈尔滨工业大学 六自由度宏／微双重驱动纳米级定位大行程柔性并联机器人
CN101244559A (zh) * 2008-03-17 2008-08-20 燕山大学 双重驱动四自由度空间并联机构
CN103878766A (zh) * 2014-04-04 2014-06-25 苏州大学 3-prs型微动并联机器人
CN104269191A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 南京工程学院 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
CN106142054A (zh) * 2016-08-04 2016-11-23 苏州大学 一种六维度微振动平台
CN108481306A (zh) * 2018-02-10 2018-09-04 西安电子科技大学 一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6671975B2 (en) * 2001-12-10 2004-01-06 C. William Hennessey Parallel kinematic micromanipulator
JP2003343678A (ja) * 2002-05-24 2003-12-03 Hiihaisuto Seiko Kk 並列粗微動駆動形多自由度位置決め機構
CN101807010B (zh) * 2010-03-19 2011-12-28 清华大学 纳米精度六自由度磁浮微动台及应用
CN103507063A (zh) * 2013-10-08 2014-01-15 苏州大学 基于压电陶瓷驱动的6-sps型微动并联机器人
CN104317218B (zh) * 2014-10-11 2017-08-25 华南理工大学 一种微纳操作环境下的精密宏动并联定位系统及方法
CN105715667B (zh) * 2016-04-14 2019-03-29 北京石油化工学院 球铰快速锁紧装置
CN108582035B (zh) * 2018-03-12 2020-06-09 中南大学 应用于光电子封装的三自由度柔性并联运动平台
CN110421553B (zh) * 2019-08-29 2023-10-20 华南理工大学 一种三自由度宏微运动并联结构装置及控制方法
CN212471489U (zh) * 2020-04-27 2021-02-05 无锡富瑞德测控仪器股份有限公司 一种大行程多自由度纳米级定位装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08132363A (ja) * 1994-11-09 1996-05-28 Agency Of Ind Science & Technol 二本指マイクロハンド機構
CN1562578A (zh) * 2004-03-17 2005-01-12 哈尔滨工业大学 六自由度宏／微双重驱动纳米级定位大行程柔性并联机器人
CN101244559A (zh) * 2008-03-17 2008-08-20 燕山大学 双重驱动四自由度空间并联机构
CN103878766A (zh) * 2014-04-04 2014-06-25 苏州大学 3-prs型微动并联机器人
CN104269191A (zh) * 2014-09-19 2015-01-07 南京工程学院 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
CN106142054A (zh) * 2016-08-04 2016-11-23 苏州大学 一种六维度微振动平台
CN108481306A (zh) * 2018-02-10 2018-09-04 西安电子科技大学 一种大负载六自由度柔顺并联机器人系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111421526A (zh) 2020-07-17
US20220402118A1 (en) 2022-12-22
CN111421526B (zh) 2023-10-20
US11911896B2 (en) 2024-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2021217761A1 (zh) 一种大行程多自由度纳米级定位装置与控制方法
CN101770182B (zh) 三自由度柔性精密定位工作台
CN101197197B (zh) 大运动范围宏微双重驱动定位平台
CN103104793B (zh) 一体式六自由度精密定位平台
CN101750885B (zh) 二自由度精密定位工作台
CN109676403B (zh) 一种大行程高速高精度宏微复合运动平台
CN101369155A (zh) 大行程纳米位移定位宏动台锁定控制方法及系统
CN1305645C (zh) 六自由度宏／微双重驱动纳米级定位大行程柔性并联机器人
CN104362890B (zh) 一种实现双向运动的惯性粘滑式跨尺度精密运动平台
CN203092144U (zh) 一种同轴宏微复合直线运动平台装置
CN104269191B (zh) 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
CN212471489U (zh) 一种大行程多自由度纳米级定位装置
CN101770166B (zh) 一种用于纳米压印光刻系统的两平动精密定位工作台
CN103273328B (zh) 大行程微驱动精密二维工作台
CN112965016A (zh) 一种用于测量比例电磁铁输出特性的测量装置及测量方法
CN201000769Y (zh) 一种基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台
CN204087810U (zh) 液压伺服系统与压电陶瓷驱动器共同驱动的并联机构
CN101000807A (zh) 基于平面电机与超磁致伸缩驱动器的精密定位平台
CN109129427A (zh) 一种双五杆机构驱动的平面并联机构装置与控制方法
CN102496391A (zh) 一种组装式二维微位移台
CN205352971U (zh) 一种用于x射线衍射仪的两轴精密运动平台
CN211333063U (zh) 基于刚性并联机构和柔顺并联机构的新型宏微结合平台
CN114123851A (zh) 一种六自由度调姿平台
CN208992704U (zh) 一种双五杆机构驱动的平面并联机构装置
CN108772749B (zh) 一种大行程龙门机床平动轴分段齿条装调精度检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20933143

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20933143

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1