[发明专利]一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台及控制方法

说明书

本发明公开了一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台和控制方法，所述滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台包括：基座，固定在所述基座上的直线导轨、刚柔耦合平台、伺服电机、滚珠丝杠、导轨滑块、位移传感器和驱动控制器；所述刚柔耦合平台包括：框架和工作台，所述框架和工作台通过柔性铰链连接；所述伺服电机连接驱动所述滚珠丝杠；所述工作台与所述滚珠丝杠连接；所述框架通过所述导轨滑块与所述直线导轨连接；所述位移传感器用于反馈所述工作台的位置；所述驱动控制器根据不同的控制方式驱动所述滚珠丝杠带动所述工作台移动。充分将滚珠丝杠驱动与刚柔耦合运动平台的优点相结合，使平台的定位精度大幅度的提升。

技术领域

本发明涉及电机驱动技术，更具体的涉及一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台及控制方法。

背景技术

现有的滚珠丝杠驱动平台多为高刚性平台，由于摩擦死区的存在，导致其无法实现高精度。现有的刚柔耦合运动平台驱动方式均采用直线电机驱动，虽然解决了刚性平台摩擦死区的问题，但由于柔性铰链频率低，在直线电机高速运动时容易引起振动，影响了平台整体速度的提高。

发明内容

本发明所提出的一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台利用滚珠丝杠驱动无振动的优点，结合刚柔耦合运动平台的弹性变形补偿摩擦死区问题。由于滚珠丝杠间隙、负载变化带来的扰动问题，采用伺服电机与位移传感器分别作为速度和位置环双反馈方式提高系统的精度，并以伺服电机理论驱动位移与位置传感器实际位移为差值，采用自抗扰控制方法对扰动进行估计和补偿，提高系统的动态性能和负载、间隙变化扰动。充分将滚珠丝杠驱动与刚柔耦合运动平台的优点相结合，在利用传统机械导轨且不增加成本的前提下，使平台的定位精度大幅度的提升。具体技术方案如下。

一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台，所述滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台包括：基座，固定在所述基座上的直线导轨、刚柔耦合平台、伺服电机、滚珠丝杠、导轨滑块、位移传感器和驱动控制器；所述刚柔耦合平台包括：框架和工作台，所述框架和工作台通过柔性铰链连接；所述伺服电机连接驱动所述滚珠丝杠；所述工作台与所述滚珠丝杠连接；所述框架通过所述导轨滑块与所述直线导轨连接；所述位移传感器用于反馈所述工作台的位置；所述驱动控制器根据规划的轨迹为控制目标，以所述工作台的位置反馈构成位置环，所述伺服电机的速度构成速度环，产生控制信号给电流环，驱动所述滚珠丝杠带动所述工作台移动。

一种滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台，所述滚珠丝杠驱动的刚柔耦合运动平台包括：基座，固定在所述基座上的直线导轨、刚柔耦合平台、伺服电机、滚珠丝杠、导轨滑块、位移传感器和驱动控制器；所述刚柔耦合平台包括：框架和工作台，所述框架和工作台通过柔性铰链连接；所述伺服电机连接驱动所述滚珠丝杠；所述工作台与所述滚珠丝杠连接；所述框架通过所述导轨滑块与所述直线导轨连接；所述位移传感器用于反馈所述工作台的位置；所述驱动控制器根据规划的轨迹为控制目标，以所述工作台的位置反馈构成位置环，所述伺服电机的速度构成速度环，以所述伺服电机位置转化为直线位移为目标，所述工作台位置反馈为实际位置，以位置偏差和控制量为输入，进行扰动估计的扩张状态观测，并将估计的扰动修改控制信号，产生控制信号给电流环，驱动所述滚珠丝杠带动所述工作台移动。

进一步，所述柔性铰链为弹簧片，所述工作台与所述弹簧片通过中部压块连接在一起，所述弹簧片两头又通过另外两个端部压块与所述框架紧压在一起；所述中部压块能够更换为不同宽度的压块；所述端部压块能够改变压紧位置。