雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，包括基座和工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)設(shè)有X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和所述Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的直線電機(jī)定子均固定在所述基座上，Y向定位平臺(tái)上設(shè)有X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌，X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌上設(shè)有與其滑動(dòng)連接的所述工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)通過(guò)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)與所述X向定位平臺(tái)連接。本發(fā)明采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，通過(guò)設(shè)計(jì)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)定位平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)解耦，以高精度的光柵傳感器作為末端反饋元件，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、控制方便等特點(diǎn)，可以很好地保證系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的高速和高精度。
【專利說(shuō)明】雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于精密加工制造領(lǐng)域，具體涉及一種由直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，具有雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)的，適用于自動(dòng)化高速精密加工制造裝備使用的定位平臺(tái)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著精密制造、微電子與生物醫(yī)學(xué)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，高速、高精密、高可靠性已成為當(dāng)今先進(jìn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】的重要發(fā)展趨勢(shì)。自動(dòng)化高速精密加工制造裝備作為先進(jìn)制造的重要組成部分，其性能好壞直接決定著相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展速度。在傳統(tǒng)的自動(dòng)化加工制造設(shè)備中，大行程宏觀運(yùn)動(dòng)定位平臺(tái)多采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)+滾珠絲杠的傳動(dòng)形式，由于中間存在轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)，傳動(dòng)中不可避免的存在摩擦和運(yùn)動(dòng)間隙，限制了系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)速度的提高和高速運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，可以獲得較高的速度和加速度，但另一方面，現(xiàn)有的聯(lián)動(dòng)式電機(jī)驅(qū)動(dòng)二維定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)通常是保證一個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)靜止，而另一方向的驅(qū)動(dòng)電機(jī)隨運(yùn)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，這無(wú)疑會(huì)增加運(yùn)動(dòng)慣量，從而影響定位平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度和精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題而提供一種雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，該平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)高速高精度運(yùn)動(dòng)。
[0004]本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是:一種雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，包括基座和工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)設(shè)有X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座上的X向直線導(dǎo)軌和X向直線電機(jī)定子，與所述X向直線電機(jī)定子適配的X向直線電機(jī)動(dòng)子，與所述X向直線電機(jī)動(dòng)子固接的X向定位平臺(tái)，所述X向定位平臺(tái)與所述X向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座上的Y向直線導(dǎo)軌和Y向直線電機(jī)定子，與所述Y向直線電機(jī)定子適配的Y向直線電機(jī)動(dòng)子，與所述Y向直線電機(jī)動(dòng)子固接的Y向定位平臺(tái)，所述Y向定位平臺(tái)與所述Y向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接，所述Y向定位平臺(tái)上設(shè)有X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌，所述X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌上設(shè)有與其滑動(dòng)連接的所述工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)通過(guò)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)與所述X向定位平臺(tái)連接，所述雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)包括與所述工作平臺(tái)剛性連接的懸臂式解率禹運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向方框板，所述方框板設(shè)有左右兩個(gè)X向板條和前后兩個(gè)Y向板條，兩個(gè)所述X向板條的中部均形成有彈性鉸鏈，前Y向板條與所述工作平臺(tái)剛性連接，后Y向板條與預(yù)緊機(jī)構(gòu)滑動(dòng)接觸，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為沿所述X向定位平臺(tái)的X向軸線對(duì)稱分布的結(jié)構(gòu)，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括固定在所述X向定位平臺(tái)上的一個(gè)鉸接立柱和兩個(gè)連接立柱，所述鉸接立柱位于所述方框板內(nèi)，兩個(gè)所述連接立柱位于所述方框板外，在所述鉸接立柱上設(shè)有兩個(gè)預(yù)緊拉桿，所述預(yù)緊拉桿的一端與所述鉸接立柱轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述預(yù)緊拉桿的另一端與預(yù)緊彈簧的一端連接，所述預(yù)緊彈簧的另一端與靠近的所述連接立柱連接，所述預(yù)緊拉桿中間安裝有安裝柱，所述安裝柱上安裝有后部滾針軸承，所述后部滾針軸承與所述后Y向板條的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接；在所述方框板內(nèi)還設(shè)有與所述前Y向板條的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接的前部滾針軸承，所述前部滾針軸承安裝在支承柱上，所述支承柱固定在所述X向定位平臺(tái)上。
[0005]所述前部滾針軸承和后部滾針軸承為間隔設(shè)置的兩個(gè)。
[0006]所述預(yù)緊拉桿為折彎桿。
[0007]所述Y向定位平臺(tái)的側(cè)面中部安裝有Y向光柵傳感器的光柵尺，與所述Y向光柵傳感器的光柵尺適配的Y向光柵傳感器的讀數(shù)頭安裝在所述基座上；所述工作平臺(tái)的側(cè)面中部安裝有X向光柵傳感器的光柵尺，與所述X向光柵傳感器的光柵尺適配的X向光柵傳感器的讀數(shù)頭安裝在所述Y向定位平臺(tái)上。
[0008]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:采用直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，無(wú)中間的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，而且直線電機(jī)具有無(wú)滯后、聞響應(yīng)、聞速度及聞加速度、力特性好等特點(diǎn)，可有效提聞該定位平臺(tái)的性能。采用雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了定位平臺(tái)的二維運(yùn)動(dòng)解耦，并將電機(jī)定子均固定置于基座上，有效減小了運(yùn)動(dòng)重量與慣量。此外，采用雙彈簧預(yù)緊的方式，有效提高了解耦機(jī)構(gòu)的剛度，有效保證了定位平臺(tái)結(jié)構(gòu)的緊湊型，從而減小了定位平臺(tái)運(yùn)動(dòng)部件的慣量變化。當(dāng)工作平臺(tái)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)，前部滾針軸承和后部滾針軸承分別作為雙導(dǎo)輪能大大減小驅(qū)動(dòng)力偏離工作平臺(tái)質(zhì)心的距離，減小定位平臺(tái)由于驅(qū)動(dòng)力偏離質(zhì)心而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，能大大提高其定位精度。以高精度的光柵傳感器作為末端反饋元件，整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、質(zhì)量輕、控制方便等特點(diǎn)，可以很好地保證系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的高速度和高精度，適用于自動(dòng)化高速精密加工制造裝備。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011]為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如下:
[0012]請(qǐng)參閱圖1?圖2，一種雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，包括基座I和工作平臺(tái)11，所述工作平臺(tái)11設(shè)有X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座I上的X向直線導(dǎo)軌2和X向直線電機(jī)定子3，與所述X向直線電機(jī)定子3適配的X向直線電機(jī)動(dòng)子16，與所述X向直線電機(jī)動(dòng)子16固接的X向定位平臺(tái)4，所述X向定位平臺(tái)4與所述X向直線導(dǎo)軌2滑動(dòng)連接，所述Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座I上的Y向直線導(dǎo)軌6和Y向直線電機(jī)定子7，與所述Y向直線電機(jī)定子7適配的Y向直線電機(jī)動(dòng)子8,與所述Y向直線電機(jī)動(dòng)子8固接的Y向定位平臺(tái)15,所述Y向定位平臺(tái)15與所述Y向直線導(dǎo)軌6滑動(dòng)連接，所述Y向定位平臺(tái)15上設(shè)有X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌12，所述X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌12上設(shè)有與其滑動(dòng)連接的所述工作平臺(tái)11，所述工作平臺(tái)11通過(guò)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)5與所述X向定位平臺(tái)4連接，所述雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)5包括與所述工作平臺(tái)11剛性連接的懸臂式解耦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向方框板，所述方框板設(shè)有左右兩個(gè)X向板條5-13、5-19和前后兩個(gè)Y向板條5-12、5-15，兩個(gè)所述X向板條5_13、5_19的中部均形成有彈性鉸鏈，前Y向板條5-15與所述工作平臺(tái)11剛性連接，后Y向板條5-12與預(yù)緊機(jī)構(gòu)滑動(dòng)接觸，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為沿所述X向定位平臺(tái)4的X向軸線對(duì)稱分布的結(jié)構(gòu)，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括固定在所述X向定位平臺(tái)4上的一個(gè)鉸接立柱5-6和兩個(gè)連接立柱5-1、5-11，所述鉸接立柱5-6位于所述方框板內(nèi)，兩個(gè)所述連接立柱5-1、5-11位于所述方框板外，在所述鉸接立柱5-6上設(shè)有兩個(gè)預(yù)緊拉桿5-3、5-9，所述預(yù)緊拉桿5-3、5-9的一端與所述鉸接立柱5-6轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述預(yù)緊拉桿5-3、5-9的另一端與預(yù)緊彈簧5-2、5-10的一端連接，所述預(yù)緊彈簧5-2、5-10的另一端與靠近的所述連接立柱5-1、5-11連接，所述預(yù)緊拉桿5_3、5_9中間安裝有安裝柱5-5、5-8，所述安裝柱5-5、5-8上安裝有后部滾針軸承5_4、5_7，所述后部滾針軸承5-4、5-7與所述后Y向板條5-12的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接；在所述方框板內(nèi)還設(shè)有與所述前Y向板條5-15的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接的前部滾針軸承5-14、5-18，所述前部滾針軸承5-14、5-18安裝在支承柱5-16、5-17上，所述支承柱5-16、5-17固定在所述X向定位平臺(tái)4上。本發(fā)明為保證X、Y兩方向空間布局的合理性，X向直線電機(jī)定子3固定在基座I上，Y向直線電機(jī)定子7固定安裝在基座I上，減輕了運(yùn)動(dòng)部件的重量，降低了慣量。雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)5的作用是運(yùn)動(dòng)解耦，保證X向直線電機(jī)定子3固定安裝在基座I上，從而不參與Y向運(yùn)動(dòng)。
[0013]在本實(shí)施例中，為了減小驅(qū)動(dòng)力偏離工作平臺(tái)質(zhì)心的距離，減小定位平臺(tái)由于驅(qū)動(dòng)力偏離質(zhì)心而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，提高其定位精度，所述前部滾針軸承5-14、5-18和后部滾針軸承5-4、5-7均為間隔設(shè)置的兩個(gè)。進(jìn)一步的，為使定位平臺(tái)的結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述預(yù)緊拉桿5-3、5-9為折彎桿。為了便于控制，提高定位精度，本實(shí)施例采用高精度光柵傳感器作為末端反饋元件。在所述Y向定位平臺(tái)15的側(cè)面中部安裝有Y向光柵傳感器的光柵尺9，與所述Y向光柵傳感器的光柵尺9適配的Y向光柵傳感器的讀數(shù)頭10安裝在所述基座I上；所述工作平臺(tái)11的側(cè)面中部安裝有X向光柵傳感器的光柵尺13，與所述X向光柵傳感器的光柵尺13適配的X向光柵傳感器的讀數(shù)頭14安裝在所述Y向定位平臺(tái)15上。
[0014]當(dāng)X向直線電機(jī)動(dòng)子16通以電流時(shí)，借助X向直線導(dǎo)軌2，X向直線電機(jī)動(dòng)子16帶動(dòng)X向定位平臺(tái)4沿X向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)5和工作平臺(tái)11沿X向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)Y向直線電機(jī)動(dòng)子8通以電流時(shí)，借助Y向直線導(dǎo)軌6，Y向直線電機(jī)動(dòng)子8驅(qū)動(dòng)Y向定位平臺(tái)15沿Y向運(yùn)動(dòng)。工作平臺(tái)11位于Y向定位平臺(tái)15的上方，并與其一起運(yùn)動(dòng)。
[0015]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，包括基座和工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)設(shè)有X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于， 所述X向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座上的X向直線導(dǎo)軌和X向直線電機(jī)定子，與所述X向直線電機(jī)定子適配的X向直線電機(jī)動(dòng)子，與所述X向直線電機(jī)動(dòng)子固接的X向定位平臺(tái)，所述X向定位平臺(tái)與所述X向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接， 所述Y向驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括固定在所述基座上的Y向直線導(dǎo)軌和Y向直線電機(jī)定子，與所述Y向直線電機(jī)定子適配的Y向直線電機(jī)動(dòng)子，與所述Y向直線電機(jī)動(dòng)子固接的Y向定位平臺(tái)，所述Y向定位平臺(tái)與所述Y向直線導(dǎo)軌滑動(dòng)連接， 所述Y向定位平臺(tái)上設(shè)有X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌，所述X向工作平臺(tái)導(dǎo)軌上設(shè)有與其滑動(dòng)連接的所述工作平臺(tái)，所述工作平臺(tái)通過(guò)雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)與所述X向定位平臺(tái)連接，所述雙彈簧預(yù)緊柔性解耦機(jī)構(gòu)包括與所述工作平臺(tái)剛性連接的懸臂式解耦運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向方框板，所述方框板設(shè)有左右兩個(gè)X向板條和前后兩個(gè)Y向板條，兩個(gè)所述X向板條的中部均形成有彈性鉸鏈，前Y向板條與所述工作平臺(tái)剛性連接，后Y向板條與預(yù)緊機(jī)構(gòu)滑動(dòng)接觸，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)為沿所述X向定位平臺(tái)的X向軸線對(duì)稱分布的結(jié)構(gòu)，所述預(yù)緊機(jī)構(gòu)包括固定在所述X向定位平臺(tái)上的一個(gè)鉸接立柱和兩個(gè)連接立柱，所述鉸接立柱位于所述方框板內(nèi)，兩個(gè)所述連接立柱位于所述方框板外，在所述鉸接立柱上設(shè)有兩個(gè)預(yù)緊拉桿，所述預(yù)緊拉桿的一端與所述鉸接立柱轉(zhuǎn)動(dòng)連接，所述預(yù)緊拉桿的另一端與預(yù)緊彈簧的一端連接，所述預(yù)緊彈簧的另一端與靠近的所述連接立柱連接，所述預(yù)緊拉桿中間安裝有安裝柱，所述安裝柱上安裝有后部滾針軸承，所述后部滾針軸承與所述后Y向板條的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接；在所述方框板內(nèi)還設(shè)有與所述前Y向板條的內(nèi)側(cè)面滾動(dòng)摩擦連接的前部滾針軸承，所述前部滾針軸承安裝在支承柱上，所述支承柱固定在所述X向定位平臺(tái)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，其特征在于，所述前部滾針軸承和所述后部滾針軸承均為間隔設(shè)置的兩個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，其特征在于，所述預(yù)緊拉桿為折彎桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙彈簧預(yù)緊柔性解耦直線電機(jī)定位平臺(tái)，其特征在于，所述Y向定位平臺(tái)的側(cè)面中部安裝有Y向光柵傳感器的光柵尺，與所述Y向光柵傳感器的光柵尺適配的Y向光柵傳感器的讀數(shù)頭安裝在所述基座上；所述工作平臺(tái)的側(cè)面中部安裝有X向光柵傳感器的光柵尺，與所述X向光柵傳感器的光柵尺適配的X向光柵傳感器的讀數(shù)頭安裝在所述Y向定位平臺(tái)上。
【文檔編號(hào)】B25H1/00GK103522079SQ201310465150
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】梁存滿, 王福軍, 王赫影, 田延嶺, 張大衛(wèi) 申請(qǐng)人:天津大學(xué)