[发明专利]基于重心驱动原理的并联XY运动平台

说明书

技术领域

本发明涉及超精密定位平面驱动设备领域，尤其涉及基于重心驱动原理的并联XY运动平台。

背景技术

目前芯片制造集成、微型零件装配以及量子材料制备等领域发展十分迅速，这些领域中工件的运行轨迹非常复杂，而且运动精度一般要求在数十纳米范围内，这就对运动平台的加速度与速度、伺服系统的快速响应能力提出了很高的要求。

现有的技术中，串联运动平台结构比较简单易于设计，但是两轴动力学不匹配与误差累积等问题，限制了它的高加速度和动态轨迹精度；多铰链结构并联XY运动平台可克服串联结构所产生的技术难题，但是运动学非线性解耦与作业空间有限等问题严重制约了它的广泛应用；而且现在的多铰链结构并联XY运动平台并未引入重心驱动技术，使得一方面现有的并联结构中工作台的重心与驱动力在不同的平面，另一方面驱动力的作用位置随工作台的运动而变化，引起了工作台的扭转变形。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出一种基于重心驱动原理的并联XY运动平台，以降低运动平台水平方向运动过程中产生的扭转与振动，提高运动平台的响应速度。本发明的基于重心驱动原理的并联XY运动平台，包括安装底座、运动平台、驱动组件和解耦组件，所述运动平台、驱动组件和解耦组件设置在所述安装底座上，其中，所述解耦组件用于在X轴方向和Y轴方向解耦地引导所述运动平台；所述驱动组件包括：用于驱动所述运动平台沿X轴移动的X方向电机，和用于驱动所述运动平台沿Y轴移动的两个Y方向电机，其中，所述X方向电机、两个Y方向电机分别与所述运动平台相连接，使得所述X方向电机、两个Y方向电机的电机输出力的合力能够通过所述运动平台的重心并且指向所述运动平台的目标位置。

优选地，所述解耦组件包括至少一个十字交叉双层导轨机构，所述十字交叉双层导轨机构包括上层导轨、上层滑块、下层导轨和下层滑块，所述上层导轨与所述上层滑块相互配合，所述上层滑块能相对于所述上层导轨沿第一方向移动，所述下层导轨固定在所述安装底座上，所述下层导轨与所述下层滑块相互配合，所述下层滑块能相对于所述下层导轨沿垂直于第一方向的第二方向移动，所述上层滑块与所述下层滑块彼此固定，使得所述上层滑块能与所述下层滑块一起相对于所述下层导轨沿所述第二方向移动。

优选地，所述解耦组件包括三个十字交叉双层导轨机构，其中一个十字交叉双层导轨机构的所述上层滑块沿X方向导向，另外两个十字交叉双层导轨机构的所述上层滑块沿Y方向导向。

优选地，所述上层滑块和下层滑块分别为槽形滑块，所述上层导轨和下层导轨分别能移动地配合在所述槽形滑块的槽中。

优选地，所述并联XY运动平台还包括检测组件和控制系统，所述检测组件包括位移传感器，用于检测所述运动平台在X轴方向和Y轴方向的位移，所述控制系统用于基于所检测的位移控制所述驱动组件，使得所述X方向电机、两个Y方向电机的电机输出力的合力通过所述运动平台的重心并且指向所述运动平台的目标位置。

优选地，所述位移传感器包括X方向光栅尺和Y方向光栅尺，分别用于检测所述运动平台在X轴方向和Y轴方向的位移。

优选地，所述检测组件还包括用于检测所述运动平台在XY运动平面内所受的扭矩的扭矩传感器，和/或用于检测所述X方向电机、两个Y方向电机的电机输出力的力传感器，并将检测到的扭矩信号和/或力信号反馈至所述控制系统。

优选地，所述X方向电机和两个Y方向电机分别为音圈电机。

本发明的并联XY运动平台，通过适当布置所述X方向电机、两个Y方向电机能够确保各电机驱动力的合力通过运动平台重心，有利于降低运动平台移动过程中所发生的振动，防止运动平台移动过程中水平方向所发生的扭转；同时驱动力的合力的方向与运动平台的目标移动位移的方向一致，可有效提高运动平台的响应速度和效率。

附图说明

图1是本发明实施例的基于重心驱动原理的并联XY运动平台的整体结构示意图；

图2是本发明实施例的基于重心驱动原理的并联XY运动平台隐藏运动平台后的结构示意图；

图3是本发明实施例的基于重心驱动原理的并联XY运动平台的解耦组件的结构示意图；

图4是本发明实施例的电机输出力计算示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。