一种XY宏微运动平台及其末端反馈方法转让专利
申请号 : CN202110239657.3
文献号 : CN113023659B
文献日 : 2021-11-02
发明人 : 张揽宇 , 梁俊朗 , 高健 , 陈云 , 贺云波 , 陈新
申请人 : 广东工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种XY宏微运动平台,其特征在于,包括:微调组件、宏驱动组件和位置检测装置;
所述微调组件包括:X向微动单元、Y向微动单元和微动单元承载台;
所述X向微动单元和所述Y向微动单元具有驱动活动功能;所述X向微动单元的输出端具有载物功能,并连接有所述位置检测装置,用于驱动承载物和所述位置检测装置在X轴方向移动;所述Y向微动单元的输出端连接所述X向微动单元,用于驱动所述X向微动单元沿Y轴方向移动;
所述宏驱动组件包括:X向宏驱动单元、Y向宏驱动单元、X向平板和Y向平板;
所述X向宏驱动单元分别安装于所述X向平板的两端,用于驱动所述X向平板沿Y轴方向活动;所述X向平板于两端所述X向宏驱动单元之间可活动地连接所述微动单元承载台,所述X向平板与所述微动单元承载台之间形成沿X轴方向延伸的移动副;
所述Y向宏驱动单元分别安装于所述Y向平板的两端,用于驱动所述Y向平板沿X轴方向活动;所述Y向平板于两端所述Y向宏驱动单元之间可活动地连接所述微动单元承载台,所述Y向平板与所述微动单元承载台之间形成沿Y轴方向延伸的移动副;
所述位置检测装置用于全行程实时在线闭环获取自身在所述X向宏驱动单元、所述X向微动单元、所述Y向宏驱动单元和所述Y向微动单元共同驱动下的X、Y轴二维位置信息;
所述X向微动单元包括:具有移动功能的X向微动块;
所述Y向微动单元包括:具有移动功能的Y向微动块;
所述X向微动块连接有所述位置检测装置,所述X向微动块设有X向限位头;所述Y向微动块设有第一微动限位槽,所述微动单元承载台设有第二微动限位槽,所述X向限位头伸入并可活动于所述第一微动限位槽和所述第二微动限位槽内;
所述X向微动块与所述Y向微动块可活动连接,两者之间形成沿X轴方向延伸的移动副;
所述Y向微动块与所述微动单元承载台可活动连接,两者之间形成沿Y轴方向延伸的移动副;
所述位置检测装置包括:检测接收装置和检测发器装置;
所述检测接收装置安装于所述X向微动块;所述检测接收装置活动于所述检测发器装置的表面以内和/或以外;所述检测接收装置活动于所述检测发器装置的表面时,所述检测接收装置获取自身在所述检测发器装置的X轴和Y轴的所在位置;
所述X向微动块于所述X向限位头的上端设有承载功能的顶部限位端;所述检测接收装置安装于所述X向限位头的下端。
2.根据权利要求1所述的XY宏微运动平台,其特征在于,所述顶部限位端的底部抵靠于所述Y向微动块的上表面;所述Y向微动块的底部抵靠于所述微动单元承载台的上表面。
3.根据权利要求1所述的XY宏微运动平台,其特征在于,所述检测接收装置和检测发器装置相向接触,且两者通过相向设置的平面接触。
4.根据权利要求1‑3任意一项所述的XY宏微运动平台,其特征在于,还包括:工控机;
所述工控机与所述位置检测装置通讯连接;所述工控机用于控制所述X向微动单元、Y向微动单元、X向宏驱动单元和Y向宏驱动单元。
5.根据权利要求1‑4任意一项所述XY宏微运动平台的末端反馈方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1:由工控机分别对X向宏驱动单元和Y向宏驱动单元进行控制,实现X向微动单元的X向和Y向的宏动粗定位;
步骤2:根据位置检测装置获取的精密位置信息反馈至工控机,当目标位置A’与实际位置A之差的绝对值在精度内,由工控机分别对X向微动单元和Y向微动单元进行X向和Y向的微动精定位,直至实际位置目标位置A’与实际位置A之差的绝对值在精度内。
6.根据权利要求 5所述的末端反馈方法,其特征在于,所述步骤2中,X向的定位具体包括步骤(3‑1):
步骤(3‑1):
由工控机设定X向宏动目标位置H1至X向宏驱动单元,给定控制输入,使X向宏驱动单元运动;由X向宏驱动单元读数H2;当目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值在精度E内,X向宏驱动单元静止不动,启动X向微动单元进行精定位;当目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值在精度E外,则继续控制X向宏驱动单元,直至目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值在精度E内;
当启动X向微动单元,由工控机设定X向微动目标位置W1至X向微驱动单元,由检测接收装置获取X向读数W2,当目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e内,即实现精密定位,控制结束;当目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e外,则继续控制X向微动单元,直至目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e内。
7.根据权利要求 5所述的末端反馈方法,其特征在于,所述步骤2中,Y向的定位具体包括以下步骤:
步骤(3‑2):
由工控机设定Y向宏动目标位置H3至Y向宏驱动单元,给定控制输入,使Y向宏驱动单元运动,由Y向宏驱动单元读数H4;当目标位置H3与实际位置H4之差的绝对值在精度E1内,Y向宏驱动单元静止不动,启动Y向微动单元进行精定位;
当目标位置H3与实际位置H4之差的绝对值在精度E1外,则继续控制Y向宏驱动单元,直至目标位置H3与实际位置H4之差的绝对值在精度E1内;
当启动Y向微动单元,由工控机设定Y向微动目标位置W1至Y向微驱动单元,由平面检测位置获取X向读数W3,当目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1内,则可实现精密定位;当目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1外,则继续控制X向微动单元,直至目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1内。
说明书 :
一种XY宏微运动平台及其末端反馈方法
技术领域
背景技术
影响,对操作末端的定位精度具有很大的影响;同时,由于XY宏微驱动部件、传感器件在结
构上存在交叉排布的耦合问题,当前结构布置,无法实现操作末端的全行程全闭环精密反
馈,难以获取末端实际位置的信息,不利于控制方法的实施,影响操作精度。
发明内容
粗定位的宏驱动组件,平台整体在X向运动与Y向运动之间进行解耦布置。
轴方向移动;所述Y向微动单元的输出端连接所述X向微动单元,用于驱动所述X向微动单元
沿Y轴方向移动;
台,所述X向平板与所述微动单元承载台之间形成沿X轴方向延伸的移动副;
台,所述Y向平板与所述微动单元承载台之间形成沿Y轴方向延伸的移动副;
伸入并可活动于所述第一微动限位槽和所述第二微动限位槽内;
检测接收装置获取自身在所述检测发器装置的X轴和Y轴的所在位置。
动单元承载台的上表面;
向的微动精定位,直至实际位置目标位置A’与实际位置A之差的绝对值在精度内。
X向宏驱动单元静止不动,启动X向微动单元进行精定位;当目标位置H1与实际位置H2之差
的绝对值在精度E外,则继续控制X向宏驱动单元,直至目标位置H1与实际位置H2之差的绝
对值在精度E内;
密定位,控制结束;当目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e外,则继续控制X向微
动单元,直至目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e内。
内,Y向宏驱动单元静止不动,启动Y向微动单元进行精定位;
精密定位;当目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1外,则继续控制X向微动单
元,直至目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1内。
在XY轴向形成共水平面,以及和宏微之间形成解耦设置,结构上各轴运动互不耦合,无需复
杂的坐标变换即可获得所在轴上准确位置;同时,XY宏微运动平台在同一水平面上的运动,
降低切向干扰与影响,保障其运动的精密度。
附图说明
具体实施方式
测装置3在X轴方向移动;所述Y向微动单元12的输出端连接所述X向微动单元11,用于驱动
所述X向微动单元11沿Y轴方向移动;
动单元承载台13,所述X向平板23与所述微动单元承载台13之间形成沿X轴方向延伸的移动
副;
动单元承载台13,所述Y向平板24与所述微动单元承载台13之间形成沿Y轴方向延伸的移动
副;
息。在线闭环是指平台运动的同时获取位置信息,并且将这个时刻的位置信息反馈给工控
机或者其他的控制设备,达到更好的控制效果。
在XY轴向形成共水平面,以及和宏微之间形成解耦设置,结构上各轴运动互不耦合,无需复
杂的坐标变换即可获得所在轴上准确位置;同时,XY宏微运动平台在同一水平面上的运动,
降低切向干扰与影响,保障其运动的精密度。
Y向轨道133优选成90度角;X向平板23安装于X向轨道132,Y向平板24安装于Y向轨道133;在
X向轨道132和Y向轨道133的导向作用下,X向平板23能沿X轴方向运动,Y向平板24能沿Y轴
方向运动;因此,针对于本方案,当需要调节X向平板23的Y方向位置时,启动X向宏驱动单元
21;X向宏驱动单元21驱动X向平板23延Y轴方向移动,且X向轨道132为X轴向延伸,因此X向
平板23能带动微动单元承载台13整体沿Y轴方向移动,而微动单元承载台13带有平行于Y轴
的Y向轨道133,因此Y向轨道133的Y向平板24能为微动单元承载台13的Y轴方向移动提供导
向作用,提高微动单元承载台13的移动流畅度;此时,可同时启动Y向宏驱动单元22,Y向宏
驱动单元22驱动Y向平板24沿X轴移动,进而带动微动单元承载台13沿X轴移动,且通过X向
轨道132的X向平板23提供X轴方向的导向作用;上述的X向宏驱动单元21和Y向宏驱动单元
22共同作用下,微动单元承载台13的位置检测装置3完成粗定位;启动X向微动单元11和Y向
微动单元12,Y向微动单元12带动X向微动单元11移动,进而带动位置检测装置3沿Y轴方向
移动;X向微动单元11自身带有驱动移动功能,能带动位置检测装置3沿X轴方向移动,实现
了位置检测装置3的X和Y轴向精准定位。综上,本方案采用XY宏微解耦方式,每个轴向上的
宏运动部件与微运动部件间设置解耦布置,并在此基础上在X向运动与Y向运动之间进行解
耦布置,整个系统具有共水平面XY、宏微之间的解耦设置,在同一水平面上的运动,降低切
向干扰与影响,保障精密运动。
述X向限位头112伸入并可活动于所述第一微动限位槽122和所述第二微动限位槽131内;
122在X轴两端的限位作用下,X向微动块只能沿X轴向移动;此时Y向微动块与所述微动单元
承载台13之间的移动副为Y轴向延伸,X向限位头112伸入第二微动限位槽131后,对第二微
动限位槽131在Y轴两端进行限位,即Y向微动块会相对沿Y轴方向移动于微动单元承载台
13,并带动其表面的X向微动块沿Y轴方向移动;基于此结构下,X向微动块提供只能沿X轴移
动的限制,Y向微动块提供只能沿Y轴移动的限制,实现了X轴和Y轴的微调节,提高了位置检
测装置3的移动精确度。
微运动元件可按需要设置于X向微动块、Y向微动块和微动单元承载台13三者任意位置或三
者之间的位置;本申请中的附图仅通过物块结构表达Y向微动单元12在微动单元承载台13
上有移动副进行约束,X向微动单元11在Y向微动单元12有移动副进行约束。
表面时,所述检测接收装置31获取自身在所述检测发器装置32的X轴和Y轴的所在位置。
测接收装置31的位置进行精定位,且检测接收装置31的接收感活动于检测发器装置32;检
测接收装置31在检测发器装置32的移动过程中,检测发器装置32持续向检测接收装置31发
送精密位置信息,检测接收装置31将精密位置信息反馈至工控机4,由工控机4对X向微动单
元11、Y向微动单元12、X向宏驱动单元21和Y向宏驱动单元22控制,直至目标位置与与实际
位置之差的绝对值在精度内,即完成定位;由于检测接收装置31靠近或接触于检测发器装
置32,两者之间的距离近,感应时间可忽略,因此识别精度高,配合X向微动块、Y向微动块和
微动单元承载台13呈叠式连接方式以及相邻两叠层之间的移动副,确保了检测接收装置31
的位移定位精确度。
靠于所述微动单元承载台13的上表面;
送至特定的位置。
置得到实时在线感知识别,对承载物5的操作位置进行准确把握,提高操作精度。
提高检测接收装置31在检测发器装置32表面的移动流畅度,检测发器装置32能支撑检测接
收装置31,提高移动稳定性,移动的阻力小。
合上位机系统,比较XY宏微误差,实现高精补偿;采用X微动=X目标‑X当前,Y微动=Y目标‑
Y当前的方法确定末端高精度平面定位,使承载物5精确地传送至指定位置。
定位;
X向和Y向的微动精定位,直至实际位置目标位置A’与实际位置A之差的绝对值在精度内。
反馈信息获取,而传统的位置反馈装置(如直线光栅尺)只能观测单自由度的位置信息。
XY位置的粗定位,采用层叠式的微调组件1能实现误差解耦,有效解决大行程中高速、高加
速和高精度的矛盾问题,实现全行程二维大行程闭环反馈控制,提高了承载物的精定位。
宏驱动单元21读数H2;当目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值在精度E内,X向宏驱动单
元21静止不动,启动X向微动单元11进行精定位;当目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值
在精度E外,则继续控制X向宏驱动单元21,直至目标位置H1与实际位置H2之差的绝对值在
精度E内;
实现精密定位,控制结束;当目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e外,则继续控
制X向微动单元11,直至目标位置W1与实际位置W2之差的绝对值在精度e内。
宏驱动单元22读数H4;当目标位置H3与实际位置H4之差的绝对值在精度E1内,Y向宏驱动单
元22静止不动,启动Y向微动单元12进行精定位;
实现精密定位;当目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1外,则继续控制X向微动
单元11,直至目标位置W3与实际位置W4之差的绝对值在精度e1内。
人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式,这些方式都将落入
本发明的保护范围之内。