一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台制造技术

一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台,属于直线电机领域。解决了现有多自由度运动平台存在系统结构复杂、动态响应慢、定位精度低的问题。本发明专利技术包括一个具有双动次级的直线电机、一个定位台、3个连接杆和多个运动副，通过改变具有双动次级的直线电机的两个动次级之间的相对位置、运动方向和运动速度，即可实现定位台在水平面xoy或竖直面yoz上的两自由度定位运动。到两自由度直线平台制作领域。

A Two-Degree-of-Freedom Motion Platform Based on Double Secondary Linear Motor

A two-degree-of-freedom motion platform based on two-stage linear motor belongs to the field of linear motor. The problems of complex system structure, slow dynamic response and low positioning accuracy of the existing multi-degree-of-freedom motion platform are solved. The invention includes a linear motor with double-action secondary, a positioning platform, three connecting rods and multiple motion pairs. By changing the relative position, motion direction and motion speed of the two motion secondary of the linear motor with double-action secondary, the two-degree-of-freedom positioning motion of the positioning platform on horizontal xoy or vertical YOZ can be realized. To the production field of two-degree-of-freedom linear platform.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台
本专利技术属于直线电机领域。
技术介绍
目前，在集成电路、数控机床、精密测量等高端工业
，对多自由度定位运动的需求日益增加。传统实现多自由度定位运动一般采用堆叠式的方案，即采用多个单自由度的运动执行机构进行组合来实现，比较典型的有两种机构，一种是基于旋转电机加滚珠丝杠，另外一种是基于直线电机。为了实现两自由度平面运动，无论采用哪种方案，x向驱动电机都需要位于y向驱动电机的上方，本质上属于由低维运动向高维运动的累加，因此存在系统结构复杂、动态响应慢、定位精度低等缺点。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有多自由度运动平台存在系统结构复杂、动态响应慢、定位精度低的问题，本专利技术提供了一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台。一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，包括一个具有双动次级的直线电机、一个定位台、3个连接杆和多个运动副；3个连接杆分别为连接杆A1、连接杆A2和连接杆B1；双动次级直线电机的两个动次级A和B的结构相同，且二者可在互不干涉的前提下独立做直线运动；动次级A通过两个运动副分别与两个长度相同的连接杆A1和A2的一端连接，连接杆A1和A2的另一端分别通过两个运动副与定位台底面连接；连接杆A1和A2与动次级A之间的两个运动副用于保证连接杆A1和A2在水平面xoy或竖直面yoz内自由转动，且两个运动副的固定高度不同，用以保证两个连接杆A1和A2在运动时始终不发生干涉；连接杆A1和A2始终平行，用于限制定位台在水平面xoy内发生偏转运动或竖直面yoz内发生俯仰运动；连接杆B1的一端通过一个运动副与动次级B连接，连接杆B1的另一端通过一个运动副与定位台连接；通过改变两个动次级A和B之间的相对位置、运动方向、以及运动速度，用以实现定位台在水平面xoy或竖直面yoz内进行两自由度定位运动。优选的是，定位台在水平面xoy内进行两自由度定位运动的条件包括：控制定位台在沿两个动次级的运动方向上的定位运动和控制定位台在垂直于两个动次级运动方向上的定位运动；其中，控制定位台在沿两个动次级的运动方向上的定位运动的过程为：使两个动次级在运动的过程中以相同的速度沿一个方向运动，且保证二者之间的相对位置不变，从而使定位台在水平面xoy内沿两个动次级的运动方向上进行定位运动，水平面xoy内两个动次级的运动方向为y轴方向；控制定位台在垂直于两个动次级运动方向上的定位运动的过程为：在两个动次级在运动的过程中，改变两个动次级之间相对位置，在3个连接杆的作用下，使定位台在水平面xoy内沿垂直于两个动次级运动方向上进行定位运动，水平面xoy内垂直于两个动次级运动方向为x轴方向。优选的是，定位台在竖直面yoz内进行两自由度定位运动的条件包括：控制定位台在沿两个动次级的运动方向上的定位运动和控制定位台在竖直方向上的定位运动；其中，控制定位台在沿两个动次级的运动方向上的定位运动的实现方式为：保证两个动次级在运动过程中的相对位置不变，且二者以相同的速度沿一个方向运动，从而使定位台在竖直面yoz内沿两个动次级的运动方向y轴上进行定位运动，竖直面yoz内两个动次级的运动方向为y轴方向；控制定位台在竖直方向上的定位运动的实现方式为：在两个动次级在运动的过程中，改变两个动次级之间相对位置，在3个连接杆的作用下，使定位台在竖直面yoz内沿竖直方向上进行定位运动，竖直面yoz内的竖直方向为z轴方向。优选的是，所述具有双动次级的直线电机的结构为单边、双边、平板型或圆筒型，其内有铁心或无铁心，其槽数为整数槽或分数槽，其绕组为集中绕组或分布绕组。优选的是，运动副采用止推轴承、推力球轴承或其它提供自由旋转运动的部件实现。本专利技术带来的有益效果是，本专利技术针对现有多自由度平台存在的技术壁垒，提出了一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，具有结构简单、易于实现等优点。本专利技术申请提出的两自由度运动平台由一个具有双动次级的动次级直线电机、一个定位台以及多个连接杆和运动副组成，通过改变两个动次级之间的相对位置、运动方向和运动速度，即可实现定位台在水平面xoy(或竖直面yoz)上的两自由度定位运动。与传统堆叠式的两自由度运动平台相比，不存在底层电机需要始终承载顶层电机质量的问题，系统结构简单，动态响应快，定位精度高。如需要改变运动平台的运动范围，只需要增加直线电机初级的长度或更换不同长度的连接杆即可，安装和维护非常方便，而且便于功能扩展。附图说明图1为一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台的三维结构示意图，该平台可在水平面xoy内进行两自由度运动；其中，附图标记C表示具有双动次级的直线电机的初级；图2为采用图1的两自由度运动平台实现的定位台1在y轴方向上的运动的状态图，其中，图2(a)表示定位台1运动前在y轴方向上的状态图，图2(b)表示定位台1运动后在y轴方向上的状态图；图3为采用图1的两自由度运动平台实现的定位台1在x轴方向上的运动的状态图，其中，图3(a)表示定位台1运动前在x轴方向上的状态图，图3(b)表示定位台1运动后在x轴方向上的状态图；图4为3个连接杆处于与y轴平行时，图1所述的两自由度运动平台的俯视图；图5为3个连接杆处于与y轴平行时，图1所述的两自由度运动平台的主视图；图6为一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台的三维结构示意图，该平台可在竖直面yoz内进行两自由度运动；其中，附图标记C表示具有双动次级的直线电机的初级；图7为采用图6的两自由度运动平台实现的定位台1在y轴方向上的运动的状态图，其中，图7(a)表示定位台1运动前在y轴方向上的状态图，图7(b)表示定位台1运动后在y轴方向上的状态图；图8为采用图6的两自由度运动平台实现的定位台1在z轴方向上的运动的状态图，其中，图8(a)表示定位台1运动前在z轴方向上的状态图，图8(b)表示定位台1运动后在z轴方向上的状态图；图9为3个连接杆处于与y轴平行时，图6所述的两自由度运动平台的主视图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。本专利技术所述的一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台可实现在水平面xoy或竖直面yoz内进行两自由度定位运动，其中，运动平台实现水平面xoy内进行两自由度定位运动的方案如实施例一，具体参见图1至图5；运动平台实现竖直面yoz内进行两自由度定位运动的方案如实施例二，具体参见图6至图9。实施例一：本实施例一所述的一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，可在水平面xoy内进行两自由度运动。参见图1至图5说明本实施例一，本实施例一所述的一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，包括一个具有双动次级的直线电机、一个定位台1、3个连接杆和多个运动副2；3个连接杆分别为连接杆A1、连接杆A2和连接杆B1；双动次级直线电机的两个动次级A和B的结构相同，且二者可在互不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，其特征在于，包括一个具有双动次级的直线电机、一个定位台(1)、3个连接杆和多个运动副(2)；3个连接杆分别为连接杆A1、连接杆A2和连接杆B1；双动次级直线电机的两个动次级A和B的结构相同，且二者可在互不干涉的前提下独立做直线运动；动次级A通过两个运动副(2)分别与两个长度相同的连接杆A1和A2的一端连接，连接杆A1和A2的另一端分别通过两个运动副(2)与定位台(1)底面连接；连接杆A1和A2与动次级A之间的两个运动副(2)用于保证连接杆A1和A2在水平面xoy或竖直面yoz内自由转动，且两个运动副(2)的固定高度不同，用以保证两个连接杆A1和A2在运动时始终不发生干涉；连接杆A1和A2始终平行，用于限制定位台(1)在水平面xoy内发生偏转运动或竖直面yoz内发生俯仰运动；连接杆B1的一端通过一个运动副(2)与动次级B连接，连接杆B1的另一端通过一个运动副(2)与定位台(1)连接；通过改变两个动次级A和B之间的相对位置、运动方向、以及运动速度，用以实现定位台(1)在水平面xoy或竖直面yoz内进行两自由度定位运动。

【技术特征摘要】
1.一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，其特征在于，包括一个具有双动次级的直线电机、一个定位台(1)、3个连接杆和多个运动副(2)；3个连接杆分别为连接杆A1、连接杆A2和连接杆B1；双动次级直线电机的两个动次级A和B的结构相同，且二者可在互不干涉的前提下独立做直线运动；动次级A通过两个运动副(2)分别与两个长度相同的连接杆A1和A2的一端连接，连接杆A1和A2的另一端分别通过两个运动副(2)与定位台(1)底面连接；连接杆A1和A2与动次级A之间的两个运动副(2)用于保证连接杆A1和A2在水平面xoy或竖直面yoz内自由转动，且两个运动副(2)的固定高度不同，用以保证两个连接杆A1和A2在运动时始终不发生干涉；连接杆A1和A2始终平行，用于限制定位台(1)在水平面xoy内发生偏转运动或竖直面yoz内发生俯仰运动；连接杆B1的一端通过一个运动副(2)与动次级B连接，连接杆B1的另一端通过一个运动副(2)与定位台(1)连接；通过改变两个动次级A和B之间的相对位置、运动方向、以及运动速度，用以实现定位台(1)在水平面xoy或竖直面yoz内进行两自由度定位运动。2.根据权利要求1所述的一种基于双次级直线电机的两自由度运动平台，其特征在于，定位台(1)在水平面xoy内进行两自由度定位运动的条件包括：控制定位台(1)在沿两个动次级的运动方向上的定位运动和控制定位台(1)在垂直于两个动次级运动方向上的定位运动；其中，控制定位台(1)在沿两个动次级的运动方向上的定位运动的过程为：使两个动次级在运动的过程中以相同的速度沿一个方向运动，且保证二者之间的相对位置不变，从而使定位台(1)在水平面xoy内沿两个动次级的运动方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张赫，寇宝泉，王论寒，葛庆稳，罗俊，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23