一种平面三自由度宏微定位平台，包括基座，以及：设于基座上的宏动组件，包括宏动平台、四个宏动支链和四个宏线性驱动件，宏动支链滑动连接于基座，且四个宏动支链分别通过宏弹簧片连接至宏动平台的四角；四个宏线性驱动件分别作用于四条宏动支链；设于宏动平台上的微动组件，包括微动平台、四个微动支链和四个微线性驱动件，微动支链滑动连接于宏动平台，且四个微动支链分别通过微弹簧片连接至微动平台的四角；四个微线性驱动件分别作用于四条微动支链，从而使得微动平台既能横向移动又能横向转动，具备多个自由度，且同时满足大行程和高精度的性能要求。本公开还提供一种平面三自由度宏微定位平台的控制方法。自由度宏微定位平台的控制方法。自由度宏微定位平台的控制方法。
【技术实现步骤摘要】
一种平面三自由度宏微定位平台及其控制方法
[0001]本专利技术涉及精密定位设备的
，具体涉及一种平面三自由度宏微定位平台，以及一种平面三自由度宏微定位平台的控制方法。
技术介绍
[0002]目前，高端装备的运动精度逐渐向纳米级发展，超精密运动平台在半导体加工、光刻机、原子力显微镜、微机电系统、生物医疗工程等领域起着重要的作用。柔顺机构通过柔性变形传递力和运动，因而具有无间隙、无摩擦、高精度等优点。随着应用领域的不断拓展，有力推动柔性精密定位平台向着更高精度的发展。
[0003]目前平面三自由精密平台大多采用音圈电机驱动或压电陶瓷驱动，虽然音圈电机驱动能获得较大的行程，但是机构刚度低，容易受到外部环境的影响，无法实现纳米级的定位。采用压电陶瓷驱动的柔性机构虽然精度高，但是只能达到百微米级的行程，严重限制了精密运动平台的应用范围。
[0004]为了解决这一问题，中国专利CN211343699U公开了一种音圈电机和柔性导向机构的三自由度定位平台，该平台能够达到毫米级的行程，但是由于音圈电机的推力小，此类精密运动平台刚度低、带宽低、重复定位精度差，导致机构的难以实现纳米级定位。
[0005]中国专利CN202448118U公开了一种二自由度长行程的宏微定位平台，该定位平台包括基于音圈电机驱动大行程宏平台和基于压电陶瓷驱动的微平台构成。该定位平台实现了精密运动机构的毫米级行程和纳米级定位，但是该机构采用非冗余式驱动，长时间工作会导致驱动机构发热严重。此外该机构只有两个自由度，无法实现对末端平台转动的调节。
[0006]因此，如何设计一种同时具备大行程和高精度的精密运动平台成为亟待解决的问题。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种既能横向移动又能横向转动，具备多个自由度，且同时满足大行程和高精度的性能要求的精密运动平台。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种平面三自由度宏微定位平台，包括基座，以及：
[0009]设于基座上的宏动组件，包括宏动平台、四个宏动支链和四个宏线性驱动件，所述宏动支链滑动连接于基座且具有X轴向自由度和Y轴向自由度，四个宏动支链以宏动平台为中心呈中心对称分布，且四个宏动支链的输出端分别通过宏弹簧片连接至宏动平台的四角；四个宏线性驱动件分别作用于四条宏动支链的输入端，以带动宏动平台沿X轴向移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动；
[0010]设于宏动平台上的微动组件，包括微动平台、四个微动支链和四个微线性驱动件，所述微动支链滑动连接于宏动平台且具有X轴向自由度和Y轴向自由度，四个微动支链以微动平台为中心呈中心对称分布，且四个微动支链的输出端分别通过微弹簧片连接至微动平台的四角；四个微线性驱动件分别作用于四条微动支链的输入端，以带动微动平台沿X轴向
移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动；
[0011]所述微线性驱动件对微动平台的驱动精度高于所述宏线性驱动件对宏动平台的驱动精度。
[0012]上述方案首先通过将宏动支链的输出端连接至宏动平台的四角，将宏驱动件作用于宏动支链的输入端，由于宏动支链具有X轴向自由度和Y轴向自由度，从而在宏驱动件的作用下能够带动宏动平台沿X轴向移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动，并实现宏动平台的大行程的性能要求；其次，通过将微动支链的输出端连接至微动平台的四角，将微驱动件作用于微动支链的输入端，由于微动支链具有X轴向自由度和Y轴向自由度，因此在微驱动件的作用下能够带动微动平台沿X轴向移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动，实现微动平台的高精度的性能要求。与现有技术相比，上述方案解决了柔性机构的运动范围与运动精度之间的矛盾，宏动平台能够实现大范围的运动，微动平台能够实现高精度的位移控制，从而有效弥补宏动平台的定位误差；此外，采用冗余驱动的方式实现了平动的解耦，有效降低运动耦合，更易于运动控制。
[0013]作为优选的，四个宏线性驱动件均连接于基座上且位置与四个宏动支链逐个对应，其中两个呈对角分布的宏线性驱动件沿X轴向设置，另外两个呈对角分布的宏线性驱动件沿Y轴向设置；四个微线性驱动件均连接于宏动平台上且位置与四个微动支链逐个对应，其中两个呈对角分布的微线性驱动件沿X轴向设置，另外两个呈对角分布的微线性驱动件沿Y轴向设置，从而当沿X轴向设置的两个宏线性驱动件伸缩时，宏动支链将带动宏动平台沿X轴向移动；当沿X轴向设置的两个宏线性驱动件伸缩时，宏动支链将带动宏动平台沿X轴向移动；当四个宏线性驱动件同时伸缩时，即可带动宏动平台的绕X轴转动；微线性驱动件对微动平台的驱动方式同理。
[0014]作为优选的，四个宏线性驱动件中沿X轴向设置的为第一音圈电机和第三音圈电机，沿Y轴向设置的为第二音圈电机和第四音圈电机；四个宏线性驱动件的定子分别固定连接于基座，四个宏线性驱动件的动子分别连接至相应的宏动支链的输入端；四个微线性驱动件中沿X轴向设置的为第一压电陶瓷和第三压电陶瓷，以及沿Y轴向设置的为第二压电陶瓷和第四压电陶瓷，四个微线性驱动件分别固定连接于宏动平台，四个微线性驱动件的变形部分别连接至相应的微动支链的输入端。音圈电机具备较大的行程，能够满足宏动平台的大行程要求；压电陶瓷则具备纳米级的精度，能够满足微动平台的高精度要求。
[0015]作为优选的，所述宏动支链包括第一滑台和第二滑台，所述第一滑台沿横向滑动连接于所述基座，所述第二滑台沿横向滑动连接于所述第一滑台，且第一滑台和第二滑台的滑动方向相互垂直；所述宏线性驱动件连接并作用于所述第一滑台，所述第二滑台与宏弹簧片相连接，从而确保每条宏动支链相对基座均具有X轴向自由度和Y轴向自由度。
[0016]作为优选的，所述微动支链包括第一滑节和第二滑节，所述第一滑节沿横向可移动地连接于宏动平台，所述第二滑节沿横向可移动地连接于所述第一滑节，且第一滑节和第二滑节的移动方向相互垂直；所述微线性驱动件连接并作用于所述第一滑节，所述第二滑节与微弹簧片相连接，从而确保每条微动支链相对宏动平台均具有X轴向自由度和Y轴向自由度。
[0017]作为优选的，所述微动平台的前侧、左侧和右侧均设有反射镜，所述基座的前侧、左侧和右侧均设有激光位移传感器，所述基座前侧的激光位移传感器朝向微动平台前侧的
反射镜设置，所述基座左侧的激光位移传感器朝向微动平台左侧的反射镜设置，所述基座右侧的激光位移传感器朝向微动平台右侧的反射镜设置，从而通过三个激光位移传感器分别对三个反射镜的位移或转动状态进行实时检测。
[0018]作为优选的，上述方案还包括控制器，所述控制器电连接至所述宏线性驱动件、微线性驱动件、激光位移传感器。
[0019]本专利技术还提供一种平面三自由度宏微定位平台的控制方法，应用于如上所述的定位平台，包括如下步骤：
[0020]先通过控制第一音圈电机和第三音圈电机以实现宏动平台的X轴向的位移，再通过控制第一压电陶瓷和第三压电陶瓷以实现微动平台的X轴向的位移；或者
[0021]先通过控制第二音圈电机和第四音圈电机以实现宏动平台的Y轴向的位移，再通过控制第本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种平面三自由度宏微定位平台，其特征在于，包括基座(1)，以及：设于基座(1)上的宏动组件，包括宏动平台(2)、四个宏动支链(3)和四个宏线性驱动件(4)，所述宏动支链(3)滑动连接于基座(1)且具有X轴向自由度和Y轴向自由度，四个宏动支链(3)以宏动平台(2)为中心呈中心对称分布，且四个宏动支链(3)的输出端分别通过宏弹簧片(21)连接至宏动平台(2)的四角；四个宏线性驱动件(4)分别作用于四条宏动支链(3)的输入端，以带动宏动平台(2)沿X轴向移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动；设于宏动平台(2)上的微动组件，包括微动平台(5)、四个微动支链(6)和四个微线性驱动件(7)，所述微动支链(6)滑动连接于宏动平台(2)且具有X轴向自由度和Y轴向自由度，四个微动支链(6)以微动平台(5)为中心呈中心对称分布，且四个微动支链(6)的输出端分别通过微弹簧片(51)连接至微动平台(5)的四角；四个微线性驱动件(7)分别作用于四条微动支链(6)的输入端，以带动微动平台(5)沿X轴向移动或沿Y轴向移动或绕Z轴转动；所述微线性驱动件(7)对微动平台(5)的驱动精度高于所述宏线性驱动件(4)对宏动平台(2)的驱动精度。2.根据权利要求1所述的一种平面三自由度宏微定位平台，其特征在于，四个宏线性驱动件(4)均连接于基座(1)上且位置与四个宏动支链(3)逐个对应，其中两个呈对角分布的宏线性驱动件(4)沿X轴向设置，另外两个呈对角分布的宏线性驱动件(4)沿Y轴向设置；四个微线性驱动件(7)均连接于宏动平台(2)上且位置与四个微动支链(6)逐个对应，其中两个呈对角分布的微线性驱动件(7)沿X轴向设置，另外两个呈对角分布的微线性驱动件(7)沿Y轴向设置。3.根据权利要求2所述的一种平面三自由度宏微定位平台，其特征在于，四个宏线性驱动件(4)中沿X轴向设置的为第一音圈电机和第三音圈电机，沿Y轴向设置的为第二音圈电机和第四音圈电机；四个宏线性驱动件(4)的定子分别固定连接于基座(1)，四个宏线性驱动件(4)的动子分别连接至相应的宏动支链(3)的输入端；四个微线性驱动件(7)中沿X轴向设置的为第一压电陶瓷和第三压电陶瓷，以及沿Y轴向设置的为第二压电陶瓷和第四压电陶瓷，四个微线性驱动件(7)分别固定连接于宏动平台(2)，四个微线性驱动件(7)的变形部分别连接至相应的微动支链(6)的输入端。4.根据权利要求1
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3任一所述的一种平面三自由度宏微定位平台，其特征在于，所述宏动支链(3)包括第一滑台(31)和第二滑台(32)，所述第一滑台(31)沿横向滑动...
【专利技术属性】
技术研发人员：张驰，任建泽，桑娜，袁黎明，金依雯，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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