超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及自動化設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在大規(guī)模集成電路、航天技術(shù)、精密機械、精密加工等領(lǐng)域中迫切需要高精度的定位技術(shù)。在傳統(tǒng)的高精度定位系統(tǒng)中，多采用壓電陶瓷驅(qū)動器作為進給系統(tǒng)，但因壓電陶瓷驅(qū)動器存在工作電壓高、驅(qū)動力小、滯后大等缺點，使得定位系統(tǒng)的定位精度難以提高。
[0003]超磁致伸縮材料是一種新型的磁致伸縮功能材料，在低磁場驅(qū)動下能產(chǎn)生高達1500?2000ppm應(yīng)變值高；直徑約1mm的超磁致伸縮棒材可產(chǎn)生約2000N的推力大；能量轉(zhuǎn)換效率高達約70% ;響應(yīng)頻率最高可達2000Hz ;且其磁致伸縮性能不隨時間而變化，無疲勞，無過熱失效問題。
[0004]超磁致伸縮驅(qū)動器是利用超磁致伸縮材料的磁致伸縮效應(yīng)制作而成的一種磁-機轉(zhuǎn)換器，可應(yīng)用于精密閥門控制、精密流量控制、數(shù)控機床和精密機床的進給系統(tǒng)，具有納米級位移精確度、響應(yīng)速度快、輸出力大、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)異特性。
[0005]超磁致伸縮驅(qū)動的定位平臺是采用超磁致伸縮驅(qū)動器作為驅(qū)動系統(tǒng)的一種精密定位裝置。與采用傳統(tǒng)壓電陶瓷驅(qū)動器的定位平臺相比，采用超磁致伸縮驅(qū)動的定位平臺具有響應(yīng)速度快，控制精度高、承受負載大等優(yōu)異性能。但超磁致伸縮驅(qū)動器具有飽和非線性、磁滯特性，使得其輸出位移的回程誤差最高可達20%左右，不能滿足精密定位的要求。
[0006]目前，超磁致伸縮驅(qū)動的定位機構(gòu)多是從結(jié)構(gòu)上進行改進，例如申請?zhí)?00610150582.7的專利提出一種超磁致伸縮材料驅(qū)動的微位移機構(gòu)，是利用杠桿原理，在磁致伸縮棒與輸出桿之間設(shè)置放大機構(gòu)，實現(xiàn)微位移放大；還例如申請?zhí)?01110446226.0的專利提出一種線性輸出的磁致伸縮式直線驅(qū)動器，采用兩個徑向排繞層數(shù)不同、繞向相同的激勵線圈，互相串聯(lián)，使得磁致伸縮棒的前后兩段形變不一致，疊加后的線性度比傳統(tǒng)方式要好。
[0007]然而解決超磁致伸縮驅(qū)動的定位平臺的磁滯非線性問題，僅從結(jié)構(gòu)上進行改進，通過增設(shè)新機構(gòu)或者新結(jié)構(gòu)不能從根本上解決精度低下的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型公開一種超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)，能夠解決目前利用超磁致伸縮驅(qū)動器作為定位平臺的驅(qū)動系統(tǒng)時，單純采用改進結(jié)構(gòu)的方式不能從根本上提高其定位精度的問題。
[0009]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):一種超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)。包括底座、柔性鉸鏈平臺、擋塊、夾具、數(shù)據(jù)采集卡、導(dǎo)線、程控電流源、位移傳感器、超磁致伸縮驅(qū)動器和傳感器電源；
[0010]所述的柔性鉸鏈平臺設(shè)有X向驅(qū)動器安裝槽和Y向驅(qū)動器安裝槽，所述的X向驅(qū)動器安裝槽和Y向驅(qū)動器安裝槽位于柔性鉸鏈平臺相鄰的兩側(cè)邊，所述的柔性鉸鏈平臺通過螺釘固定在底座上；
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線與程控電流源相連，負責(zé)發(fā)出控制信號；
[0012]所述的數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線與位移傳感器相連，負責(zé)采集位移傳感器所測出的位移信號；
[0013]所述的程控電流源經(jīng)導(dǎo)線與超磁致伸縮驅(qū)動器相連，負責(zé)為超磁致伸縮驅(qū)動器提供驅(qū)動電流；
[0014]所述的傳感器電源經(jīng)導(dǎo)線與位移傳感器相連，負責(zé)為位移傳感器提供電源。
[0015]其中，所述的超磁致伸縮驅(qū)動器包括超磁致伸縮驅(qū)動器一和超磁致伸縮驅(qū)動器二 ；所述的超磁致伸縮驅(qū)動器一固定在柔性鉸鏈平臺的Y向驅(qū)動器安裝槽內(nèi)；所述的超磁致伸縮驅(qū)動器二固定在柔性鉸鏈平臺的X向驅(qū)動器安裝槽內(nèi)。
[0016]其中，所述的位移傳感器包括位移傳感器一和位移傳感器二 ；所述的位移傳感器一通過夾具一固定在柔性鉸鏈平臺上；所述的位移傳感器二通過夾具二固定在柔性鉸鏈平臺上。
[0017]其中，所述的擋塊包括擋塊一和擋塊二；所述的擋塊一固定在柔性鉸鏈平臺上，與位移傳感器一的觸頭相接觸；所述的擋塊二固定在柔性鉸鏈平臺上，與位移傳感器二的觸頭相接觸。
[0018]其中，還包括計算機；所述的計算機通過導(dǎo)線與數(shù)據(jù)采集卡連接，負責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)進行處理，并發(fā)出控制信號到數(shù)據(jù)采集卡中。
[0019]其中，所述的導(dǎo)線包括數(shù)據(jù)線和電源線。
[0020]本實用新型公開一種超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)，采用兩個超磁致伸縮驅(qū)動器作為精密微定位平臺的驅(qū)動系統(tǒng)，在保證定位平臺具有響應(yīng)速度快、負載大、精密控制等優(yōu)異特性的前提下，實現(xiàn)二自由度同步控制；
[0021]采用柔性鉸鏈機構(gòu)，對超磁致伸縮驅(qū)動器的輸出位移進行放大，在保證具有無機械摩擦、無間隙特性、運動靈敏度高特性的同時還具有超高的位移分辨率特性；
[0022]采用位移傳感器實時監(jiān)測定位平臺的位移量，并通過數(shù)據(jù)采集卡反饋到計算機當(dāng)中，采用相關(guān)誤差補償算法消除與理想位移之間的誤差，實現(xiàn)閉環(huán)控制，達到精密定位的要求。
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為本實用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本實用新型中柔性鉸鏈平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本實用新型中數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4為本實用新型中程控電流源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖5為本實用新型中傳感器電源的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖6為本實用新型中超磁致伸縮驅(qū)動器一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖7為本實用新型中超磁致伸縮驅(qū)動器二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖8為本實用新型中位移傳感器一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖9為本實用新型中位移傳感器二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中1、計算機，2、數(shù)據(jù)線，3、第一導(dǎo)線，4、傳感器電源，5、第一電源線，6、第二電源線，7、第三電源線，8、第四電源線，9、夾具一，10、位移傳感器一，11、擋塊一，12、底座，13、柔性鉸鏈平臺，14、夾具二，15、位移傳感器二，16、擋塊二，17、超磁致伸縮驅(qū)動器一，18、超磁致伸縮驅(qū)動器二，19、第二導(dǎo)線，20、第三導(dǎo)線，21、第四導(dǎo)線，22、第五導(dǎo)線，23、第六導(dǎo)線，24、程控電流源，25、第七導(dǎo)線，26、第八導(dǎo)線，27、數(shù)據(jù)采集卡，131、X向驅(qū)動器安裝槽，132、工作區(qū)域，133、柔性鉸鏈機構(gòu)，134、Y向驅(qū)動器安裝槽，271、輸入端口一，272、輸入端口二，273、輸出端口一，274、輸出端口二，241、控制端口一，242、電流源正極一，243、電流源負極一，244、控制端口二，245、電流源正極二，246、電流源負極二，41、電源正極一，42、電源負極一，43、電源正極二，44、電源負極二，171、線圈正極一，172、線圈負極一，181、線圈正極二，182、線圈負極二，101、位移傳感器信號線一，102、位移傳感器電源正極一，103、位移傳感器電源負極一，151、位移傳感器信號線二，152、位移傳感器電源正極二，153、位移傳感器電源負極二。
【具體實施方式】
[0034]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0035]如圖1至圖9所示，本實用新型實施例所述的一種超磁致伸縮驅(qū)動的二自由度精密微定位系統(tǒng)。包括底座、柔性鉸鏈平臺、擋塊、夾具、數(shù)據(jù)采集卡、導(dǎo)線、程控電流源、位移傳感器、超磁致伸縮驅(qū)動器和傳感器電源；
[0036]所述的柔性鉸鏈平臺設(shè)有X向驅(qū)動器安裝槽和Y向驅(qū)動器安裝槽，所述的X向驅(qū)動器安裝槽和Y向驅(qū)動器安裝槽位于柔性鉸鏈平臺相鄰的兩側(cè)邊，所述的柔性鉸鏈平臺通過螺釘固定在底座上；
[0037]所述的數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線與程控電流源相連，負責(zé)發(fā)出控制信號；
[0038]所述的數(shù)據(jù)采集卡通過導(dǎo)線與位移傳感器相連，負責(zé)采集位移傳感器所測出的位移信號；
[0039]所述的程控電流源經(jīng)導(dǎo)線與超磁致伸縮驅(qū)動器相連，負責(zé)為超磁致伸縮驅(qū)動器提供驅(qū)動電流；
[0040]所述的傳感器電源經(jīng)導(dǎo)線與位移傳感器相連，負責(zé)為位移傳感器提供電源。
[0041]其中，所述的超磁致伸縮驅(qū)動器包括超磁致伸縮驅(qū)動器一和超磁致伸縮驅(qū)動器二 ；所述的超磁致伸縮驅(qū)動