一種高精度定位控制平臺的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種高精度定位控制平臺，所述定位平臺包括第一底座、移動機(jī)構(gòu)、將第一底座與移動機(jī)構(gòu)連接的至少一組導(dǎo)向部件、用于控制移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動的驅(qū)動源，以及用于檢測所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動位置的反饋元件。本實(shí)用新型采用機(jī)械與檢測的耦合效應(yīng)，將多個獨(dú)立機(jī)構(gòu)的中心設(shè)立在平面內(nèi)的一條直線上，使之重合誤差達(dá)到最小。同時將檢測裝置立向設(shè)在工作臺的重心或質(zhì)心位置，降低動態(tài)干擾，可精確獲取單向移動的真實(shí)剛體位置。通過上述合理的機(jī)械布局，實(shí)現(xiàn)檢測的穩(wěn)定性，解決了非線性重合點(diǎn)難彌補(bǔ)和機(jī)臺振動引起的不良狀況。除此之外，單方向動子可作平面運(yùn)動，省掉了解耦結(jié)構(gòu)，使平臺的性能進(jìn)一步提高，同時無需高柔性線纜和管理系統(tǒng)。
【專利說明】一種高精度定位控制平臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及精密定位設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高精度定位控制平臺。
【背景技術(shù)】
[0002]高加速高精度定位平臺是全自動化精密設(shè)備的核心部件之一。其運(yùn)動特點(diǎn)是進(jìn)行高加速度、高精度、快速往復(fù)小行程運(yùn)動。隨著生產(chǎn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，要求新一代設(shè)備定位平臺的加速度、定位精度、帶寬、工作頻率可達(dá)到更高的指標(biāo)，甚至于這些指標(biāo)已超過目前設(shè)備運(yùn)動精度和生產(chǎn)速度的物理極限。因此，不能通過對現(xiàn)有設(shè)備定位平臺的局部改造來滿足工業(yè)制造業(yè)發(fā)展的要求，需要一種全新的定位平臺及其相應(yīng)的位置控制系統(tǒng)，為新一代設(shè)備提供原型級和單元級技術(shù)。
[0003]目前自動化行業(yè)通用的精密級定位平臺大多采用旋轉(zhuǎn)電機(jī)和滾珠絲桿驅(qū)動的串聯(lián)形式，該類通用的精密級定位平臺明顯存在兩個問題，一是在實(shí)際設(shè)計(jì)中機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量中心、驅(qū)動推力中心、導(dǎo)軌剛度中心很難在同一條直線上，動態(tài)控制精度很難達(dá)到納米級另IJ。除此之外，為了同時滿足各運(yùn)動軸的約束和剛度需求，各機(jī)構(gòu)間的運(yùn)動質(zhì)量中心、驅(qū)動推力中心、導(dǎo)軌剛度中心必定會有過定位，過定位會加速導(dǎo)向部件磨損，也減少其使用壽命，使定位工作臺很不穩(wěn)定。二是即使采用更高精密的反饋元件，反饋元件始終易隨工作臺的振動而同時振動，從而無法獲得精準(zhǔn)的檢測數(shù)據(jù)。
[0004]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高精度定位平臺，旨在解決定位平臺非線性重合點(diǎn)難彌補(bǔ)和機(jī)臺振動引起的不良狀況的問題。
[0006]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]一種高精度定位控制平臺，其中，所述平臺包括第一底座、移動機(jī)構(gòu)、將第一底座與移動機(jī)構(gòu)連接的至少一組導(dǎo)向部件、用于控制所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動的驅(qū)動源，以及用于檢測所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動位置的反饋元件；
[0008]所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心設(shè)置在所述驅(qū)動源的推力中心或其接近位置，所述驅(qū)動源的推力中心設(shè)置在至少一組導(dǎo)向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導(dǎo)向部件剛度中心通過第一底座連接設(shè)置在所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設(shè)置在所述導(dǎo)向部件的剛度中心，從而使所述移動機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動源的供能達(dá)到移動機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)向部件平面移動的目的。
[0009]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述移動機(jī)構(gòu)包括第二底座，所述第一底座上設(shè)置有對應(yīng)所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導(dǎo)向部件與所述第一底座連接。
[0010]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述驅(qū)動源設(shè)置在所述凹槽中并對應(yīng)所述第二底座沿所述導(dǎo)向部件引導(dǎo)方向延伸分布。[0011]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述第二底座上設(shè)置有用于放置所述驅(qū)動源內(nèi)磁鐵的平面，所述驅(qū)動源內(nèi)設(shè)有沿所述移動機(jī)構(gòu)移動方向分布的兩組線圈，所述兩組線圈作為定子對稱設(shè)置于動子的兩側(cè)，同時所述兩組線圈均勻設(shè)置于所述導(dǎo)向部件的剛度中心。通過所述驅(qū)動源供能驅(qū)動所述移動機(jī)構(gòu)平面移動。
[0012]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述第二底座沿所述移動機(jī)構(gòu)的移動方向設(shè)有至少一個磁鐵陣列。
[0013]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述驅(qū)動源的推力中心與所述導(dǎo)向部件的剛度中心、移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量中心一致。
[0014]所述的高精度定位控制平臺，其中，所述導(dǎo)向部件設(shè)于所述第一底座與移動機(jī)構(gòu)之間并沿所述移動機(jī)構(gòu)方向設(shè)置。
[0015]有益效果:本實(shí)用新型提供一種高精度定位控制平臺，該平臺采用機(jī)械與檢測的耦合效應(yīng)，將多個獨(dú)立機(jī)構(gòu)的中心設(shè)立在平面內(nèi)的一條直線上，使之重合誤差達(dá)到最小。同時將檢測裝置立向設(shè)在工作臺的重心或質(zhì)心位置，降低了動態(tài)干擾，獲得可精確獲取單向移動的真實(shí)剛體位置。通過上述合理的機(jī)械布局，實(shí)現(xiàn)三心精合，提高了檢測的穩(wěn)定性，解決了非線性重合點(diǎn)難彌補(bǔ)和機(jī)臺振動引起的不良狀況。另外，單方向動子可作平面運(yùn)動，省掉解耦結(jié)構(gòu)，同時也省卻了高柔性線纜和管理系統(tǒng)，使平臺的性能進(jìn)一步提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中高精度定位控制平臺的正視圖。
[0017]圖2為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中高精度定位控制平臺的結(jié)構(gòu)示意圖一。
[0018]圖3為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中高精度定位控制平臺的反饋元件設(shè)置位置示意圖二。
[0019]圖4為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中高精度定位控制平臺的反饋元件設(shè)置位置示意圖。
[0020]圖5為本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中高精度定位控制平臺的移動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0021]本實(shí)用新型提供一種高精度定位控制平臺，為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0022]如圖1、圖2和圖3所示的高精度定位控制平臺的較佳實(shí)施例，其中，所述平臺包括第一底座100、移動機(jī)構(gòu)200、將第一底座與移動機(jī)構(gòu)連接的導(dǎo)向部件300、用于控制所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動的驅(qū)動源400，以及用于檢測所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動位置的反饋元件600。通過驅(qū)動源的供能使所述移動機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)向部件平面移動。
[0023]為盡量提高平臺檢測的穩(wěn)定性，如圖1所示的較佳實(shí)施例中，移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心設(shè)置在所述驅(qū)動源的推力中心或其接近位置，所述驅(qū)動源的推力中心設(shè)置在至少一組導(dǎo)向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導(dǎo)向部件剛度中心通過第一底座連接設(shè)置在所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設(shè)置在所述導(dǎo)向部件的剛度中心，上述設(shè)置使多本發(fā)明的定位平臺的多個獨(dú)立機(jī)構(gòu)的中心設(shè)立在平面內(nèi)的一條直線上，即實(shí)現(xiàn)移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心、驅(qū)動源推力中心、導(dǎo)軌剛度中心在一條直線上，從而使之重合誤差達(dá)到最小。避免了傳統(tǒng)定位平臺驅(qū)動源與導(dǎo)向部件安裝誤差導(dǎo)致的過定位問題。延長了導(dǎo)向部件的使用壽命，提高了平臺的穩(wěn)定性。較佳的是，所述驅(qū)動源的推力中心與所述導(dǎo)向部件的剛度中心、移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量中心一致。在定位控制平臺工作時，移動機(jī)構(gòu)在運(yùn)動狀態(tài)下，所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心與所述導(dǎo)向部件剛度中心、所述驅(qū)動源的推力中心處于同一直線上。從而使本實(shí)用新型的定位平臺具有最強(qiáng)的穩(wěn)定性。
[0024]進(jìn)一步的，所述移動機(jī)構(gòu)包括第二底座420，所述第一底座上設(shè)置有對應(yīng)所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導(dǎo)向部件與所述第一底座連接。假設(shè)本實(shí)用新型的移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向?yàn)閅向運(yùn)動則所述第二底座上設(shè)置有用于X向運(yùn)動的導(dǎo)向部件500。通過移動機(jī)構(gòu)在X和Y方向的雙向運(yùn)動實(shí)現(xiàn)精確定位。
[0025]所述驅(qū)動源設(shè)置在所述凹槽中并對應(yīng)所述第二底座沿所述導(dǎo)向部件引導(dǎo)方向延伸分布。進(jìn)一步的，
[0026]所述第二底座上設(shè)置有用于放置所述驅(qū)動源內(nèi)磁軌的平面，所述驅(qū)動源內(nèi)設(shè)有沿所述移動機(jī)構(gòu)移動方向分布的兩組線圈411，所述兩組線圈作為定子對稱設(shè)置于動子的兩偵牝同時所述兩組線圈均勻設(shè)置于導(dǎo)軌剛度中心，通過所述驅(qū)動源供能驅(qū)動所述移動機(jī)構(gòu)在凹槽內(nèi)進(jìn)行平面移動。所述第二底座沿所述移動機(jī)構(gòu)的移動方向設(shè)置至少一個磁鐵陣列。具體的，如圖5所示，所述第二底座中設(shè)置有沿所述移動機(jī)構(gòu)移動方向排布的多個卡槽421，每個卡槽中均卡接有所述磁鐵，通過多個排列的磁鐵形成的磁鐵陣列。所述驅(qū)動源的推力中心位于所述線圈和磁鐵交集的位置，即分布在第二底座的最底部位置。較佳實(shí)施例中，所述驅(qū)動源中還可采用其他合適的磁鐵陣列模式。
[0027]具體實(shí)施例中，所述驅(qū)動源可為電機(jī)，其主要由作為動子的磁鐵和作為定子的線圈兩部分組成。具體的，如圖4所不,所述兩組線圈作為定子對稱設(shè)置于動子的兩側(cè)，互為抵消電機(jī)動子和定子間的巨大吸力。同時，所述定子均勻設(shè)置于導(dǎo)軌組剛度中心，與所述導(dǎo)軌組成平行對稱關(guān)系。
[0028]而動子通過第二底座與導(dǎo)軌連接，動子在兩組線圈的組合驅(qū)動下，帶動第二底座及移動機(jī)構(gòu)沿著導(dǎo)軌的方向往復(fù)運(yùn)動。本發(fā)明中單方向動子可作平面運(yùn)動，省掉了解耦結(jié)構(gòu)，使平臺的性能進(jìn)一步提高，同時無需高柔性線纜和管理系統(tǒng)，方便了平臺的整體布線。
[0029]。進(jìn)一步的，所述導(dǎo)向部件設(shè)于所述第一底座與移動機(jī)構(gòu)之間并沿所述移動機(jī)構(gòu)方向設(shè)置。所述導(dǎo)向部件可如圖1所示的一組可滑動的導(dǎo)軌，一般分為內(nèi)軌310和外軌320，內(nèi)軌高于外軌或同等高，外軌固定在第一底座上，內(nèi)軌固定在第二底座上，由于導(dǎo)軌的移動方向是固定的，所以移動機(jī)構(gòu)和第二底座可隨著內(nèi)軌在同一直線上前后運(yùn)動。當(dāng)然，合適的其他類型的導(dǎo)向部件也可以應(yīng)用在本實(shí)用新型的平臺中。
[0030]確定所述導(dǎo)線部件的剛度中心或者工作臺的重心或質(zhì)心位置，將所述反饋元件立向放置并設(shè)置在所述導(dǎo)向部件的剛度中心或者工作臺的重心或質(zhì)心位置，從而使反饋元件不受控制平臺工作時的強(qiáng)振影響，降低了反饋元件所收到的動態(tài)干擾，并可精確獲取單向移動的真實(shí)剛體位置，從而提高了檢測精度。具體的，如圖4所示，反饋元件600可包括光柵尺，該光柵尺設(shè)置在移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動重心位置，即如圖5所述，光柵尺的標(biāo)尺610設(shè)置在第二底座上隨移動機(jī)構(gòu)移動，而光柵尺的讀書頭則設(shè)置在第一底座上，對所述標(biāo)尺進(jìn)行檢測，從而完成移動位置檢測的工作。較佳實(shí)施例中，所述反饋元件還可以采用直線編碼器檢測軸移動方向的機(jī)械位置。另外還可采用其他合適的元件作為本發(fā)明的反饋元件例如激光尺、感應(yīng)同步器和激光干涉儀等等。
[0031]較佳實(shí)施例中，本實(shí)用新型的沿單向移動的實(shí)現(xiàn)定位和檢測的平臺結(jié)構(gòu)可用在任何單向平面移動控制方面。
[0032]較佳實(shí)施例中，本實(shí)用新型的定位控制平臺結(jié)構(gòu)還可用于多向運(yùn)動結(jié)合的方案中，該多種混合運(yùn)動結(jié)合的方案中的某一單向運(yùn)動采用本發(fā)明平臺的設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)，另一向運(yùn)動可采用其他運(yùn)動結(jié)構(gòu)，例如可使用滾動絲桿等形式，從而形成多種運(yùn)動結(jié)構(gòu)結(jié)合的方案。
[0033]較佳實(shí)施例中，所述驅(qū)動源還可以用有鐵芯電機(jī)或其它類型的電機(jī)。所述驅(qū)動源還可使用旋轉(zhuǎn)電機(jī)加滾珠絲桿的驅(qū)動串聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0034]本實(shí)用新型提供一種高精度定位控制平臺，該平臺采用機(jī)械與檢測的耦合效應(yīng)，將多個獨(dú)立機(jī)構(gòu)的中心設(shè)立在平面內(nèi)的一條直線上，使之重合誤差達(dá)到最小。同時將檢測裝置立向設(shè)在工作臺的重心或質(zhì)心位置，降低了動態(tài)干擾，獲得可精確獲取單向移動的真實(shí)剛體位置。通過上述合理的機(jī)械布局，實(shí)現(xiàn)三心精合，提高了檢測的穩(wěn)定性，解決了非線性重合點(diǎn)難彌補(bǔ)和機(jī)臺振動引起的不良狀況。另外，單方向動子可作平面運(yùn)動，省掉了解耦結(jié)構(gòu)，使平臺的性能進(jìn)一步提高，省卻了高柔性線纜和管理系統(tǒng)。
[0035]應(yīng)當(dāng)理解的是，本實(shí)用新型的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本實(shí)用新型所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種高精度定位控制平臺，其特征在于，所述平臺包括第一底座、移動機(jī)構(gòu)、將第一底座與移動機(jī)構(gòu)連接的至少一組導(dǎo)向部件、用于控制所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動的驅(qū)動源，以及用于檢測所述移動機(jī)構(gòu)平面運(yùn)動位置的反饋元件； 所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心設(shè)置在所述驅(qū)動源的推力中心或其接近位置，所述驅(qū)動源的推力中心設(shè)置在至少一組導(dǎo)向部件的剛度中心或其接近位置，即所述導(dǎo)向部件剛度中心通過第一底座連接設(shè)置在所述移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量重心或其接近位置，所述反饋元件立向放置并設(shè)置在所述導(dǎo)向部件的剛度中心，從而使所述移動機(jī)構(gòu)通過驅(qū)動源的供能達(dá)到移動機(jī)構(gòu)沿導(dǎo)向部件平面移動的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述移動機(jī)構(gòu)包括第二底座，所述第一底座上設(shè)置有對應(yīng)所述第二底座的凹槽，所述第二底座懸置于所述凹槽中并通過所述導(dǎo)向部件與所述第一底座連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述驅(qū)動源設(shè)置在所述凹槽中并對應(yīng)所述第二底座沿所述導(dǎo)向部件引導(dǎo)方向延伸分布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述第二底座上設(shè)置有用于放置所述驅(qū)動源內(nèi)磁鐵的平面，所述驅(qū)動源內(nèi)設(shè)有沿所述移動機(jī)構(gòu)移動方向分布的兩組線圈，所述兩組線圈作為定子對稱設(shè)置于動子的兩側(cè)，同時所述兩組線圈均勻設(shè)置于所述導(dǎo)向部件的剛度中心，通過所述驅(qū)動源供能驅(qū)動所述移動機(jī)構(gòu)平面移動。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述第二底座沿所述移動機(jī)構(gòu)的移動方向設(shè)有至少一個磁鐵陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述驅(qū)動源的推力中心與所述導(dǎo)向部件的剛度中心、移動機(jī)構(gòu)的運(yùn)動質(zhì)量中心一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度定位控制平臺，其特征在于，所述導(dǎo)向部件設(shè)于所述第一底座與移動機(jī)構(gòu)之間并沿所述移動機(jī)構(gòu)方向設(shè)置。
【文檔編號】F16M11/18GK203656517SQ201320885780
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】孫亞雷 申請人:深圳翠濤自動化設(shè)備股份有限公司