[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

说明书

本发明公开了一种基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统，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、设置在支座平台上的宏微并联平台子系统，所述宏微并联平台子系统包括3‑RRR宏动并联机构、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。本发明还公开了一种基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位方法。本发明同时具备快速高效的平面三自由度粗定位和纳米级精定位功能。

技术领域

本发明涉及大行程纳米级精度平面三自由度宏微复合定位系统，尤其涉及一种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，采用激光位移传感器与激光尺分别实时获取宏、微并联平台末端位置与姿态角偏差信号，通过设计反馈系统实现大行程纳米级精度平面三自由度宏微复合系统定位过程中的末端位置实时反馈与全闭环轨迹跟踪校正。

背景技术

随着微电子技术、航空航天等学科的迅速发展，目前已进入“纳米时代”。纳米级精度精密定位平台技术是现代精密操作，精密测量，微机电系统、精密制造加工、精密装配领域中的关键组成部分。在相关领域中迫切需要高精度、高分辨率的微位移系统，用以直接工作或配合其他机构设备完成高精度研究使用。传统的纳米级精密定位平台通常是由压电陶瓷驱动的柔顺机构构成。随着微观领域的研究对定位精度的要求不断提高，其固有的行程短的缺点却大大限制了其使用的范围。于是，大行程、高精度成为了精密定位平台的瓶颈。为了实现确保纳米级精密定位同时扩大平台定位扩大行程的目标，通过宏微复合系统进行精密定位的方法被提出。

宏微复合系统是由两部分组成：一个是以地面为参考物的大行程宏动平台，实现系统的大范围的移动和定位；另外一个是由串联叠加在宏动平台上的实现高定位精度的微动平台。当这个串联叠加的宏微两级平台末端位置进入设定范围内，宏动台停止运动，然后由微动台进行精密定位，并由传感器控制系统对全局末端位置进行闭环控制。前者完成大行程和粗定位任务，后者则在小范围内进行微小校正以及精定位，从而兼顾了大行程和高精度。

目前还少见有能实现平面3自由度(两个平动一个转动)大行程位移以及纳米级精度定位的实时检测反馈宏微结合复合系统，以及没有一种通过两套精度不同的激光类传感器(激光位移传感器与激光尺)分别实现测量宏动台、宏微复合平台末端(即微动台末端)位置与姿态角并实时跟踪反馈平台末端轨迹的检测方法。

发明内容

针对上述技术问题，本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于激光传感器的大行程纳米级精度平面三自由度宏微复合实时反馈定位系统及方法，由于并联机构在其可用工作空间内有较高定位精度，故选择并联3RRR机构分别作为宏、微定位平台构型。该装置采用激光位移传感器与激光尺分别测量宏微复合平台的宏动并联平台与微动并联平台(全局末端平台)两种机构末端，是非接触式测量，不改变结构特征，不增加结构附加质量，具有采样频率高、测量精度高的优点。

为达到上述目的，本发明采用如下的方法和技术方案：

一种基于激光传感器的平面三自由度宏微复合定位系统，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。