一种基于Stewart衍生结构的四自由度防振平台的制作方法

一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台
技术领域
1.本发明涉及半导体专用器件技术领域，具体是一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台。


背景技术：

2.目前半导体行业飞速发展，半导体生产设备的精度要求越来越高，设备对微振动等环境的要求也越来越敏感，少许的微振动就会降低设备的产出良率，甚至使设备不能正常工作，因此对微振动的隔离变得越来越重要。
3.stewart平台并联机构由于具有刚度大、承载能力强、位置误差不累计等特点，在应用上与串联机构形成互补，已成为空间机构学的研究热点。目前，stewart平台并联机构已经在航空、航天、海底作业、地下开采、制造装配等行业有着广泛的应用。传统的stewart 平台的支腿采用液压缸驱动，装置较为笨重，并且精度不高，存在一定的局限性。为了提高其定位精度，出现了利用直线电机、压电驱动器作为驱动装置的stewart 平台，虽然定位精度提高了，但其承重能力下降明显。虽然也有采用伺服电机作为驱动装置的stewart 平台，定位精度较液压缸驱动好些，但其仍然无法满足微振控制。另外，传统的stewart 平台系统刚度固定，应用对象单一固定，适用范围较窄，通用性差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，以解决上述背景技术中存在的问题。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，包括顶板、支腿和底座，所述顶板与底座结构尺寸相同，均为剪去三个角的三角形，所述支腿为六根安装在顶板与底座之间，所述支腿中的三条支腿分别垂直安装在顶板与底座的三个角之间且通过虎克铰分别与顶板、底座连接，所述支腿中的另外三条支腿分别安装在顶板与底座同侧三个边之间与顶板和底座的夹角为45
°
且通过球铰分别与顶板、底座连接，所述支腿包括外壳，所述外壳底部内侧安装有伺服电机，所述伺服电机顶部与丝杠连接，所述丝杠外侧套装有滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母顶部、丝杠外侧套装有第一导杆，所述第一导杆顶部安装有永磁体，所述永磁体垂直上方安装有第二导杆，所述第二导杆底部安装有电磁铁，所述伺服电机底部安装有空气弹簧，所述空气弹簧底部中间垂直安装有支杆，所述丝杠下部靠近伺服电机、外壳内侧安装有轴承，所述外壳顶部安装有导轨，所述空气弹簧一侧下方开设有进气管，所述进气管上安装有气动阀，所述第二导杆上安装有加速度传感器，所述底座顶部还安装有控制器。
6.进一步地，所述顶板与底座均由不锈钢板制成。
7.进一步地，所述第二导杆穿过导轨，与导轨滑动连接。
8.进一步地，所述控制器通过电缆与伺服电机、电磁铁和加速度传感器连接。
9.进一步地，所述导轨为陶瓷导轨，既具有导向作用同时可避免支腿中的磁场对顶
板上方的精密仪器运转形成干扰。
10.本发明的有益效果为：本发明可以根据不同精密仪器的振动属性不同，通过改变空气弹簧的压力，从而改变系统刚度以满足不同精密仪器的要求。
11.本发明基于stewart结构，通过将其中三个支腿调整为垂直方向，并通过虎克铰与顶板、底座连接，提高其承重能力，同时采用伺服电机与滚珠丝杠组合的承重结构，可以满足500kg的承重要求。
12.本发明通过伺服电机与滚珠丝杠组合将旋转驱动改为直线运动可以满足50hz~200hz的高频振源隔振，并通过磁力驱动实现0.1 hz ~50hz的低频振源隔振，通过控制电磁铁电流方向实现与永磁铁引力和斥力改变，从而实现高频与低频振源时驱动方式的改变。
13.本发明系统三个支腿通过虎克铰与顶板、底座垂直连接，另外三个支腿通过球铰与顶板、底座45
°
夹角连接，可以实现上下、前后、左右以及绕z轴转动四个自由度0.1hz~200hz的振动控制，隔振带宽，定位精确，可以适应于不同型号的精密仪器，适用范围广，通用性强。
附图说明
14.图1为本发明的结构示意图。
15.图2位支腿的结构示意图。
16.图中1-顶板，2-支腿，201-外壳，202-伺服电机，203-丝杠，204-滚珠丝杠螺母，205-第一导杆，206-永磁体，207-第二导杆，208-电磁铁，209-空气弹簧，210-支杆，211-轴承，212-导轨，213-进气管，214气动阀，3-底座，4-加速度传感器，5-控制器，6-虎克铰，7-球铰。
实施方式
17.下面将结合实施例对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述地实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1-2所示，一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，包括顶板1、支腿2和底座3，所述顶板1与底座3结构尺寸相同，均为剪去三个角的三角形，所述支腿2为六根安装在顶板1与底座3之间，所述支腿2中的三条支腿2分别垂直安装在顶板1与底座3的三个角之间且通过虎克铰6分别与顶板1、底座3连接，所述支腿2中的另外三条支腿2分别安装在顶板1与底座3同侧三个边之间与顶板1和底座3的夹角为45
°
且通过球铰7分别与顶板1、底座3连接，所述支腿2包括外壳201，所述外壳201底部内侧安装有伺服电机202，所述伺服电机202顶部与丝杠203连接，所述丝杠203外侧套装有滚珠丝杠螺母204，所述滚珠丝杠螺母204顶部、丝杠203外侧套装有第一导杆205，所述第一导杆205顶部安装有永磁体206，所述永磁体206垂直上方安装有第二导杆207，所述第二导杆207底部安装有电磁铁208，所述伺服电机202底部安装有空气弹簧209，所述空气弹簧209底部中间垂直安装有支杆210，所述丝杠203下部靠近伺服电机202、外壳202内侧安装有轴承211，所述外壳201顶部安装有导轨212，
所述空气弹簧209一侧下方开设有进气管213，所述进气管213上安装有气动阀214，所述第二导杆207上安装有加速度传感器4，所述底座3顶部还安装有控制器5。
19.所述顶板1与底座3均由不锈钢板制成。
20.所述第二导杆207穿过导轨212，与导轨212滑动连接。
21.所述控制器5通过电缆与伺服电机202、电磁铁208和加速度传感器4连接。
22.所述导轨212为陶瓷导轨，既具有导向作用同时可避免支腿2中的磁场对顶板1上方的精密仪器运转形成干扰。
23.安装时，精密仪器安装在顶板1上，根据精密仪器的要求，通过控制气动阀214调整空气弹簧209的气压从而调整整个系统的刚度，以满足顶部精密仪器的承重和刚度要求。
24.工作时，精密仪器产生振动，通过加速度传感器4采集振动信号，然后将振动信号传递给控制器5。高频振源时，首先通过控住器5控制电磁铁208的电流方向和大小，使得电磁铁208与永磁体206之间表现为引力作用，此时第一导杆205与第二导杆207紧密连接在一起，合二为一，然后控制器5控制伺服电机202驱动，通过丝杠203与滚珠丝杠螺母204的配合将旋转驱动变化为直线驱动，然后驱动第一导杆205与第二导杆207伸缩实现高频隔振；低频振源时，控制器5控制伺服电机202不运转，控制电磁铁208的电流方向与大小，使得电磁铁208与永磁体206之间表现为斥力作用，然后驱动第二导杆207伸缩实现低频隔振。另外，六条支腿2分别独立运动，可以实现上下、前后、左右以及绕z轴转动四个自由度的隔振。
25.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，包括顶板、支腿和底座，其特征在于，所述顶板与底座结构尺寸相同，均为剪去三个角的三角形，所述支腿为六根安装在顶板与底座之间，所述支腿中的三条支腿分别垂直安装在顶板与底座的三个角之间且通过虎克铰分别与顶板、底座连接，所述支腿中的另外三条支腿分别安装在顶板与底座同侧三个边之间与顶板和底座的夹角为45
°
且通过球铰分别与顶板、底座连接，所述支腿包括外壳，所述外壳底部内侧安装有伺服电机，所述伺服电机顶部与丝杠连接，所述丝杠外侧套装有滚珠丝杠螺母，所述滚珠丝杠螺母顶部、丝杠外侧套装有第一导杆，所述第一导杆顶部安装有永磁体，所述永磁体垂直上方安装有第二导杆，所述第二导杆底部安装有电磁铁，所述伺服电机底部安装有空气弹簧，所述空气弹簧底部中间垂直安装有支杆，所述丝杠下部靠近伺服电机、外壳内侧安装有轴承，所述外壳顶部安装有导轨，所述空气弹簧一侧下方开设有进气管，所述进气管上安装有气动阀，所述第二导杆上安装有加速度传感器，所述底座顶部还安装有控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，其特征在于，所述顶板与底座均由不锈钢板制成。3.根据权利要求1所述的一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，其特征在于，所述第二导杆穿过导轨，与导轨滑动连接。4.根据权利要求1所述的一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，其特征在于，所述控制器通过电缆与伺服电机、电磁铁和加速度传感器连接。5.根据权利要求1所述的一种基于stewart衍生结构的四自由度防振平台，其特征在于，所述导轨为陶瓷导轨，既具有导向作用同时可避免支腿中的磁场对顶板上方的精密仪器运转形成干扰。

技术总结
本发明提供一种基于Stewart衍生结构的四自由度防振平台，包括顶板、支腿和底座，其特征在于，所述顶板与底座结构尺寸相同，均为剪去三个角的三角形，所述支腿为六根安装在顶板与底座之间，所述支腿中的三条支腿分别垂直安装在顶板与底座的三个角之间且通过虎克铰分别与顶板、底座连接，所述支腿中的另外三条支腿分别安装在顶板与底座同侧三个边之间与顶板和底座的夹角为45


技术研发人员：马跃 张厚根 高景作 贾国辉
受保护的技术使用者：大连地拓电子工程技术有限公司
技术研发日：2023.07.24
技术公布日：2023/9/16