[发明专利]基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于，包括支座平台、系统控制与驱动子系统、激光传感器测量与反馈子系统、设置在所述支座平台上的宏微并联平台子系统，所述的宏微并联平台子系统包括设置在支座平台上的3-RRR宏动并联机构、固定在所述3-RRR宏动并联机构输出动平台上的3-RRR微动柔顺并联机构，所述激光传感器测量与反馈子系统用于分别实时获取3-RRR宏动并联机构、3-RRR微动柔顺并联机构的输出动平台位置与姿态角偏差信号并反馈至所述系统控制与驱动子系统，所述的系统控制与驱动子系统通过电路与宏微并联平台子系统电路连接，用于实时控制宏微并联平台子系统末端位置；所述的3-RRR宏动并联机构包括宏动输出平台、三个与所述宏动输出平台活动连接的动力并联分支，每个动力并联分支均包括安装在所述支座平台上的伺服电机、固定在所述伺服电机输出轴上的主动杆、铰接在所述主动杆另一端的从动杆，所述从动杆的另一端与宏动输出平台活动铰接，三台伺服电机安装在支座平台的边沿处呈等边三角形分布；所述的3-RRR微动柔顺并联机构包括居中设置的末端微动平台、以及三个用于驱动末端微动平台运动的并联式传递机构，每个所述的传递机构均包括有一端连接末端微动平台、另一端依次连接电容式位移传感器和压电陶瓷驱动器的两级杠杆式柔性铰支链，所述的压电陶瓷驱动器及电容式位移传感器通过电路连接系统控制与驱动子系统；所述激光传感器测量与反馈子系统包括：用于实时测量所述宏动输出平台的平面三自由度的激光位移传感器探测装置、用于实时测量所述末端微动平台的平面三自由度与激光尺探测装置，

所述激光位移传感器探测装置包括三个激光位移传感器探测头，每个激光位移传感器探测头均通过定位装置和磁性底座安装设置在支座平台上且发射的光点均落在3-RRR宏动并联机构的宏动输出平台的侧边上，其中两个激光位移传感器探测头相互平行且发射的光点落在所述3-RRR宏动并联机构的宏动输出平台的同一边，另一个激光位移传感器探测头发射的光点落在所述3-RRR宏动并联机构的宏动输出平台的另一边且垂直于另两个激光位移传感器探测头的激光射出方向，各激光位移传感器探测头分别与激光位移传感控制器电路连接；

所述激光尺探测装置包括一个固定在所述3-RRR微动柔顺并联机构输出平台上的双轴高反射率平面镜和三个激光尺发射头，所述的双轴高反射率平面镜固定在所述3-RRR微动柔顺并联机构的末端微动平台上，所述的三个激光尺发射头分别通过三个发射头支架底座固定在所述支座平台上，其中两个激光尺发射头的光路同时垂直于双轴高反射率平面镜的x轴并且与支座平台平行，同时，所述的两个激光尺发射头中有一条光路通过双轴高反射率平面镜原点重合于y轴；另一激光尺发射头的光路垂直于所述双轴高反射率平面镜的y轴且平行于所述支座平台。

2.根据权利要求1所述的基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述的系统控制与驱动子系统包括电路连接的计算机、Dspace半物理仿真板卡，所述的Dspace半物理仿真板卡通过电路分别连接压电陶瓷驱动器及电容式位移传感器、伺服电机驱动器、所述激光位移传感器探测装置、所述激光尺探测装置，用于将所述激光位移传感器探测装置、所述激光尺探测装置测量的位置姿态信息反馈至计算机、以及，将计算机的控制驱动信号D/A转换后输出至3-RRR宏动并联机构和3-RRR微动柔顺并联机构。

3.根据权利要求2所述的基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统，其特征在于：所述Dspace半物理仿真板卡的采样频率达1000HZ以上，所述激光尺探测装置的分辨率为10nm，所述激光位移传感器探测装置的精度为微米级。