一種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機械設計與制造技術領域，具體涉及一種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺ο
【背景技術】
[0002]隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，對具有高精度和分辨率的大尺度運動平臺的需求越來越迫切，這類平臺在諸如1C制造裝備、超精密加工和測量、生物醫(yī)學工程、航天航空等領域都有著廣泛的應用。
[0003]傳統(tǒng)大尺度精密運動平臺一般采用伺服電機驅動和精密滾珠絲杠傳動的方式，也有采用直線電機直接驅動的方式。這類運動平臺的傳動部件在運動過程中不可避免的存在間隙、非線性摩擦、溫升、磨損等，因此難以獲得很高的運動精度，一般都限制在微米級別。雖然可以通過對滾珠絲杠進行預緊消除間隙，以及采用氣浮支撐減小摩擦力，這可以在一定程度上提高平臺的運動精度，但是仍然難以滿足應用需求。為了解決常規(guī)運動平臺傳動部件在運動過程中所出現(xiàn)的不利影響，出現(xiàn)了柔性鉸鏈機構。這類機構完全通過柔性鉸鏈的材料變形傳遞運動，因此具有運動無間隙、摩擦磨損，無需潤滑的優(yōu)點，同時利用壓電陶瓷致動器進行驅動，其運動精度可以達到納米級別，因此在超精密領域中得到廣泛應用。然而，受到了材料變形最大應力的限制，這類機構的行程很小，一般只有幾十微米，難以滿足大尺度運動需求。
[0004]為了能夠同時滿足大行程及高精度的運動要求，出現(xiàn)了宏微運動平臺，整個系統(tǒng)有宏動和微動兩個部分組成，其中宏動機構可以實現(xiàn)大范圍的粗運動，微動機構補償系統(tǒng)的運動誤差實現(xiàn)高精度的運動，從而有效地提高系統(tǒng)的分辨率、定位精度和跟蹤精度，宏微雙重驅動技術為實現(xiàn)大行程、高精度運動提供了有效地手段。目前的宏微平臺都是采用的在單軸或者ΧΥ運動平臺上串聯(lián)疊加微動驅動平臺，如上述壓電陶瓷驅動的柔性鉸鏈機構。這種形式的宏微平臺可以在大尺度范圍內實現(xiàn)很高的運動精度及分辨率，但是串聯(lián)疊加形式的宏微平臺存在著承載能力弱、固有頻率低、運動誤差耦合等缺點，只能適用于輕載、動態(tài)特性要求較低的場合。
[0005]因此如何設計具有高精度和分辨率，且具有高承載能力，動態(tài)性能優(yōu)異的大尺度運動平臺是一項具有挑戰(zhàn)和急需解決的任務。

【發(fā)明內容】

[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為如下。
[0007]—種并聯(lián)式宏微高精度運動平臺，其特征在于，第一直線驅動系統(tǒng)、第二直線驅動系統(tǒng)分別相互平行并對稱固定于基座1的平面前后兩側，第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈是完全相同的；終端平臺2置于第一直線驅動系統(tǒng)與第二直線驅動系統(tǒng)之間，終端平臺2為Υ字形，三個頂端分別各自通過一個轉動軸與三個支鏈的一端相連，第一支鏈、第二支鏈的另一端分別通過固定旋轉軸鉸接在第一直線進給平臺17上，第三支鏈的另一端通過固定旋轉軸鉸接在第二直線進給平臺35上；第一直線進給平臺17通過導軌滑塊與第一直線驅動系統(tǒng)中的直線導軌相連，第二直線進給平臺35通過導軌滑塊與第二直線驅動系統(tǒng)中的直線導軌相連；兩個直線光柵尺分別平行于第一直線驅動系統(tǒng)與第二直線驅動系統(tǒng)的直線導軌；在基座1上固定安裝有平面光柵54 ;
[0008]直線驅動系統(tǒng)的宏動和各支鏈的微動控制終端平臺的2的位置，在給定了終端平臺2所需達到的位置值后，通過機構的位置逆解，分別獲得第一直線進給平臺17和第二直線進給平臺35的運動位置量，第一直線進給平臺17的運動量通過第一直線光柵尺19進行精確測量，將第一直線進給平臺17的運動誤差量反饋給第一直線進給平臺17上的第一伺服電機4進行全閉環(huán)補償控制以保證第一直線進給平臺17的運動位置；第二直線進給平臺35的運動量通過第二直線光柵尺37進行精確測量，將第二直線進給平臺35的運動誤差量反饋給第二直線進給平臺35上的第二伺服電機22進行全閉環(huán)補償控制以保證第二直線進給平臺35的運動位置；通過平面光柵54能測量出終端平臺2的運動誤差，將該誤差量利用各支鏈中的壓電陶瓷致動器進行補償。
[0009]所述第一直線驅動系統(tǒng)的具體結構包括第一伺服電機支撐座3固定在基座1的上；第一伺服電機4固定安裝在第一伺服電機支撐座3上；第一滾珠絲杠5通過第一聯(lián)軸器6與第一伺服電機4的轉軸相連接；第一滾珠絲杠5在靠近第一聯(lián)軸器6的一端通過固定在基座1上的第一滾珠絲杠固定支撐座7進行支撐轉動，第一滾珠絲杠5的另一端通過固定在基座1上的第一滾珠絲杠浮動支撐座8進行支撐轉動；在第一滾珠絲杠5上套接有第一絲杠螺母9，第一絲杠螺母座10與第一絲杠螺母9固定連接；在第一滾珠絲杠5的兩側分別布置有第一直線導軌11和第二直線導軌12，第一直線導軌11和第二直線導軌12分別與第一直線滾珠絲杠5軸線相平行，且第一導軌11與第一滾珠絲杠5的距離和第二直線導軌12與第一滾珠絲杠5的距離相等，第一直線導軌11和第二直線導軌12固定安裝于基座1上；在第一直線導軌11上安置有第一導軌滑塊13和第二導軌滑塊14，在第二直線導軌12上安置有第三導軌滑塊15和第四導軌滑塊16 ;第一直線進給平臺17固定安裝于第一導軌滑塊13、第二導軌滑塊14、第三導軌滑塊15、第四導軌滑塊16和第一絲杠螺母座10上，第一滾珠絲杠5的旋轉將驅動第一絲杠螺母9沿著第一滾珠絲杠5的軸向運動，從而能通過第一絲杠螺母座10帶動第一直線進給平臺17移動，在第一直線進給平臺17外側固定安裝有第一光柵連接板18 ;第一直線光柵尺19的第一光柵讀數(shù)頭20與第一光柵連接板18固定連接，第一直線光柵尺19固定安裝于基座1上，且與第一滾珠絲杠5軸線相平行。
[0010]所述第二直線驅動系統(tǒng)的具體結構包括第二伺服電機支撐座21固定在基座1上；第二伺服電機22固定安裝在第二伺服電機支撐座21上；第二滾珠絲杠23通過第二聯(lián)軸器24與第二伺服電機22的轉軸相連接；第二滾珠絲杠23在靠近第二聯(lián)軸器24的一端通過固定在基座1上的第二滾珠絲杠固定支撐座25進行支撐轉動，第二滾珠絲杠23的另一端通過固定在基座1上的第二滾珠絲杠浮動支撐座26進行支撐轉動；在第二滾珠絲杠絲杠23上套接有第二絲杠螺母27，第二絲杠螺母座28與第二絲杠螺母27固定連接；在第二滾珠絲杠23的兩側分別布置有第三直線導軌29和第四直線導軌30，第三直線導軌29和第四直線導軌30分別與第二滾珠絲杠23軸線相平行，且第三直線導軌29與第二滾珠絲杠23的距離和第四直線導軌30與第二滾珠絲杠23的距離相等，第三直線導軌29和第四直線導軌30固定安裝于基座1上；在第三直線導軌29上安置有第五導軌滑塊31和第六導軌滑塊32，在第四直線導軌30上安置有第七導軌滑塊33和第八導軌滑塊34 ;第二直線進給平臺35固定安裝于第五導軌滑塊31、第六導軌滑塊32、第七導軌滑塊33、第八導軌滑塊34和第二絲杠螺母座28上，第二滾珠絲杠23的旋轉將驅動第二絲杠螺母27沿著第二滾珠絲杠23的軸向運動，從而能通過第一絲杠螺母座28帶動第二直線進給平臺35移動；在第二直線進給平臺35外側固定安裝有第二光柵連接板36 ;第二直線光柵尺37的第二光柵讀數(shù)頭38與第二光柵連接板固定連接，第二直線光柵尺37固定安裝于基座1上，且與第二滾珠絲杠23軸線相平行。
[0011]所述第一直線進給平臺17、第一支鏈、第二支鏈、終端平臺2上的第一轉動軸40-1和第二轉動軸40-2共同構成了平行四邊形機構，限制了終端平臺2的轉動自由度，因此終端平臺2僅具有平面移動自由度。
[0012]所述支鏈的主體部分為鉸鏈基體41-1 ;在鉸鏈基體41-1中包含有柔性單元，通過對其變形的控制實現(xiàn)平臺的微動補償；柔性單元由柔性單元驅動平臺41-1-1、柔性單元終端平臺41-1-2、與支鏈基體41-1軸線相垂直的矩形柔性鉸鏈甲41-1-3、矩形柔性鉸鏈乙41-1-4、矩形柔性鉸鏈丙41-1-5、矩形柔性鉸鏈丁 41-1-6，和與支鏈基體41_1軸線相平行的矩形柔性鉸鏈戊41-1-7共同組成；柔性單元驅動平臺41-1-1通過矩形柔性鉸鏈甲41-1-3、矩形柔性鉸鏈乙41-1-4與鉸鏈基體41-1固定連接；柔性單元終端平臺41_1_2通過矩形柔性鉸鏈丙41-1-5、