直接驅動三自由度串並聯混合精密定位機構的製作方法
2023-08-03 22:00:21 1
專利名稱：直接驅動三自由度串並聯混合精密定位機構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型精密定位機構。
背景技術：
目前，隨著集成電路(IC)和微機電系統(MEMS)等涉及微小器件(尺寸或間距在微米級)互聯的產業的迅猛發展，對引線鍵合(Wire Bonding)等互聯技術提出了更高的要求。要求進一步提高這類系統的運動精度、速度和加速度，以進一步提高IC、MEMS等微系統微裝置的集成度、製造質量和生產效率。現有的這類系統如晶片焊接機(Die Bonder)和引線鍵合機(WireBonder)多用電機-絲槓-螺母機構形式的兩自由度直角坐標水平運動工作檯和旋轉運動形式的豎直方向運動工作檯。這類裝置有以下缺點1)電機要跟隨工作檯運動，這樣就增加了運動慣量不利於提高機構的運動速度和加速度，機械建立時間也較長，同時受到跟隨電機運動的電纜的影響。2)傳統的滾珠絲槓受到傳動剛度、傳動環節的運動間隙和發熱等問題的限制，已經達到了它的精度和速度極限，由於減速傳動環節的柔性，它的機構穩定時間也較長。由於上述缺點，現有的技術很難滿足微電子產業對下一代裝備的精度和工作效率的要求。
發明內容
本發明的目的在於提供一種直接驅動三自由度串並聯混合精密定位機構，它具有結構緊湊，定位精度高，動態性能好的特點。本發明由一號電機1、一號連杆2、二號連杆3、三號連杆4、輸出模塊5、直線運動模塊6、四號連杆7、五號連杆8、二號電機9、機座10、彎板11組成；彎板11固定在機座10的一側上，一號電機1和二號電機9的底座分別固定在機座10上，一號連杆2的一端與彎板11鉸接，一號連杆2的另一端與三號連杆4和四號連杆7的一端鉸接，二號連杆3的一端與一號電機1的輸出端鉸接，三號連杆4的另一端、二號連杆3的另一端和輸出模塊5由上至下依次鉸接，四號連杆7的另一端與二號電機9的輸出端鉸接，四號連杆7的中段與五號連杆8的一端鉸接，五號連杆8的另一端與輸出模塊5鉸接，直線運動模塊6固定在輸出模塊5上。本發明的機構由全鉸接的平面並聯運動單元和直線運動單元組合而成。其中並聯機構由高性能的直接驅動電機驅動，消除了減速傳動環節，電機固定在機架上減輕了運動載荷。由於高性能的直接驅動伺服電機具有出力大、反饋編碼器精度高和帶負載能力強的優點，避免了由減速環節帶來的柔性，提高了系統的動態加速性能。同時避免了由減速環節產生的間隙、遲滯等非線性，以高精度的編碼器作為反饋元件，有利於提高系統的重複定位精度。並聯機構的剛度大於傳統的串聯機構，有利於縮短穩定時間，提高系統的重複定位精度和承載能力。整個系統機構緊湊、直接驅動、傳動環節少、反饋元件精度高，可以實現高速高精度的三自由度精密定位功能。本發明中採用的一號電機1、二號電機9尺寸較大，以電機本身作為一個傳動杆件，這樣簡化結構的同時也提高了並聯操作手的剛度。其中二號電機9和一號連杆2、四號連杆7構成第一級平行四邊形機構，相當於把電機的驅動軸平移到了一號連杆2的位置，這樣就克服了電機尺寸過大機構幹涉的問題。四號連杆7、五號連杆8、三號連杆4和輸出模塊5構成第二級平行四邊形機構，該機構與第一級平行四邊形機構結合，限制了輸出模塊5的轉動。一號電機1和機體連接的一號連杆2和兩個外伸的二號連杆3、三號連杆4構成閉鏈的平面並聯機構，把兩個直接驅動電機的轉動轉化為末端執行杆的平面運動，輸出模塊5為水平直線運動模塊，直線運動模塊6為一豎直運動模塊。由平面五桿機構和附加的兩級平行四邊形機構組成的多環平面機構有利於均化關節運動誤差導致的末端定位誤差和提高豎直方向的剛度。平面並聯機構和直線運動模塊5運動學和動力學無耦合。
圖1是本發明的整體結構示意圖，圖2是圖1的A-A剖視圖，圖3是圖1的B-B剖視圖，圖4是圖1的C-C剖視圖。
具體實施例方式(見圖1-圖4)本實施方式由一號電機1、一號連杆2、二號連杆3、三號連杆4、輸出模塊5、直線運動模塊6、四號連杆7、五號連杆8、二號電機9、機座10、彎板11組成；彎板11固定在機座10的一側上，一號電機1和二號電機9的底座分別固定在機座10上，一號連杆2的一端與彎板11鉸接，一號連杆2的另一端與三號連杆4和四號連杆7的一端鉸接，二號連杆3的一端與一號電機1的輸出端鉸接，三號連杆4的另一端、二號連杆3的另一端和輸出模塊5由上至下依次鉸接，四號連杆7的另一端與二號電機9的輸出端鉸接，四號連杆7的中段與五號連杆8的一端鉸接，五號連杆8的另一端與輸出模塊5鉸接，直線運動模塊6固定在輸出模塊5上。
權利要求
1.直接驅動三自由度串並聯混合精密定位機構，它由一號電機(1)、一號連杆(2)、二號連杆(3)、三號連杆(4)、輸出模塊(5)、直線運動模塊(6)、四號連杆(7)、五號連杆(8)、二號電機(9)、機座(10)、彎板(11)組成；其特徵在於彎板(11)固定在機座(10)的一側上，一號電機(1)和二號電機(9)的底座分別固定在機座(10)上，一號連杆(2)的一端與彎板(11)鉸接，一號連杆(2)的另一端與三號連杆(4)和四號連杆(7)的一端鉸接，二號連杆(3)的一端與一號電機(1)的輸出端鉸接，三號連杆(4)的另一端、二號連杆(3)的另一端和輸出模塊(5)由上至下依次鉸接，四號連杆(7)的另一端與二號電機(9)的輸出端鉸接，四號連杆(7)的中段與五號連杆(8)的一端鉸接，五號連杆(8)的另一端與輸出模塊(5)鉸接，直線運動模塊(6)固定在輸出模塊(5)上。
全文摘要
直接驅動三自由度串並聯混合精密定位機構，它涉及一種精密定位機構的改進。本發明彎板(11)固定在機座(10)的一側上，一號電機(1)和二號電機(9)的底座分別固定在機座(10)上，一號連杆(2)的一端與彎板(11)鉸接，一號連杆(2)的另一端與三號連杆(4)和四號連杆(7)的一端鉸接，二號連杆(3)的一端與一號電機(1)的輸出端鉸接，三號連杆(4)的另一端、二號連杆(3)的另一端和輸出模塊(5)由上至下依次鉸接，四號連杆(7)的另一端與二號電機(9)的輸出端鉸接，四號連杆(7)的中段與五號連杆(8)的一端鉸接，五號連杆(8)的另一端與輸出模塊(5)鉸接，直線運動模塊(6)固定在輸出模塊(5)上。本發明具有結構緊湊，定位精度高，動態性能好的優點。
文檔編號G12B5/00GK1581362SQ200410013768
公開日2005年2月16日 申請日期2004年5月21日 優先權日2004年5月21日
發明者孫立寧, 丁慶勇, 劉延傑, 祝宇虹, 劉新宇 申請人:哈爾濱工業大學