[实用新型]一种单驱动刚柔耦合精密运动平台

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机驱动技术，更具体的涉及一种单驱动刚柔耦合精密运动平台。

背景技术

高速精密运动平台在半导体封装等领域中被广泛使用。高速精密运动平台中运动副之间表面粗糙度的不确定变化会导致摩擦阻力的幅值不确定变化。而在运动平台的启动、停止和微进给过程中，运动平台的速度相对较低，上述摩擦阻力的幅值波动容易导致运动平台出现“爬行”现象。在闭环控制系统作用下，驱动器将会通过增大驱动力的方式来克服摩擦阻力，补偿运动平台定位误差。在上述补偿过程中，运动平台将经历频繁的“静止→运动”状态切换。在“静止→运动”过程中，运动副之间的摩擦阻力会经历“静摩擦力→动摩擦力”的状态切换，而静摩擦系数与动摩擦系数之间的差异会导致上述状态切换瞬间的加速度突变，造成运动平台在最终定位位置附近的“抖动”，影响定位精度。

如何降低在启动、停止和微进给过程中由于摩擦状态切换造成的定位误差影响是影响高速精密运动平台执行精度的重要问题。针对上述问题，目前存在如下解决方案：

1.建立精确的摩擦力模型，采用运动控制驱动力补偿的方式。

2.采用无摩擦或低摩擦的运动副设计，例如采用气浮轴承、磁悬浮轴承或微进给平台的柔性铰链等结构设计。

由于运动副之间的接触面微观特性差异与制造误差等因素，很难建立高度精确的摩擦力模型，导致运动控制系统中需要采用复杂的补偿控制方法。

气浮轴承或磁悬浮轴承等低摩擦运动副的实施成本较高，限制了其使用范围。柔性铰链作为一种无外摩擦运动副，依靠弹性变形来实现连续高精度的运动。由于工作原理的限制，柔性铰链运动副主要适用于微小行程的运动。 在大行程运动场合中，柔性铰链往往会与摩擦运动副配合使用，组成宏微复合运动平台来实现大行程高精度的运动，进而对大范围运动进行补偿。

专利201410696217.0提出了一种直线电机共定子双驱动宏微一体化高速精密运动一维平台。所提出的宏微运动平台的宏动外框架和微动平台分别与两组直线电机动子连接。其中宏动外框架与微动平台之间通过柔性铰链连接，所述宏动外框架在对应直线电机动子的驱动下实现大行程的宏运动，所述微动平台在对应的直线电机动子的驱动下来动态补偿上述宏运动的运动偏差。利用上述宏微复合运动原理来实现大行程高精度的运动。由于所述运动平台中微动平台采用了无摩擦的柔性铰链运动副设计，实现了定位过程中的连续位移变化。专利201410696217.0所提出的运动平台存在的主要缺点有：(1)由于采用了宏微复合控制，运动平台的宏动平台和微动平台分别需要各自的驱动器及位移传感器来组成反馈系统，成本较高；(2)控制系统中需要考虑宏运动和微运动的切换控制，控制系统较为复杂；(3)平台中运动部分的质量较大，不利于在高加速等大惯性影响的场合中使用；(4)宏动平台的反馈控制系统仍要考虑定位阶段的摩擦状态影响，以确保定位过程中宏动平台的位移偏差小于柔性铰链运动副的极限变形范围。

实用新型内容 为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是实现电机驱动平台的简化控制和结构优化，具体来说，本实用新型提供了一种单驱动刚柔耦合精密运动平台。本实用新型提供的单驱动刚柔耦合精密运动平台，包括机座、直线导轨、刚柔耦合运动平台、直线驱动器及位移传感器，其中刚柔耦合平台包括刚性框架、柔性铰链和核心运动平台；

所述刚柔耦合平台的核心运动平台通过柔性铰链与所述刚性框架连接；

所述刚柔耦合平台的核心运动平台与直线驱动器连接，所述刚性框架通过导轨滑块与固定在所述机座上的所述直线导轨连接，所述核心运动平台在所述直线驱动器作用下带动所述柔性铰链弹性变形，并通过柔性铰链带动所述刚性框架在所述直线导轨长度方向上自由运动；

所述位移传感器与所述核心运动平台连接，用于测量核心运动平台在运动方向上的位移。

优选地，所述直线驱动器为音圈电机或直线电机。

优选地，在所述刚柔耦合平台的刚性框架与核心运动平台间设置有限位装置和阻尼器。

优选地，刚柔耦合平台的所述核心运动平台与所述刚性框架之间的柔性铰链为对称布置。

优选地，所述刚柔耦合运动平台为一体式加工制造。

优选地，所述柔性铰链为直梁型或切口型柔性铰链。

本实用新型的有益效果：

1)采用无摩擦柔性铰链运动副来实现高精度连续变化位移，避免了低速工况下运动副摩擦状态切换导致加速度突变导致的位移“抖动”。