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并联定位器和堆叠式串行运动学有什么区别?
时间:2020-02-01 18:04 点击次数:
当面对多轴运动应用程序时,许多用户会堆叠运动平台,实际上,这对于仅几个轴的装配来说是一种很好的方法。但是,随着应用程序变得越来越复杂,等效的阶段堆栈也随之而来,并且非常实际和实际的考虑也开始发挥作用。
 
 
当面对多轴运动应用程序时,许多用户会堆叠运动平台,实际上,这对于仅几个轴的装配来说是一种很好的方法。 但是,随着应用程序变得越来越复杂,等效的阶段堆栈也随之而来,并且非常实际和实际的考虑也开始发挥作用。
刚度。一些舞台制造商根据每单位作用力的轴向偏差发布了刚度规格,但这在估算舞台或堆栈的动态性能方面几乎没有用。一个更相关的度量标准是共振频率,因为它综合了机构的有效刚度系数和其结构的总质量。(因此,了解Fres意味着您可以轻松地估算出一个经过良好调整的闭环级的可能的步进/稳定时间:大约[3 Fres] -1)。根据我们的经验,大多数高质量的常规线性平台在空载时会表现出大约75-120Hz的谐振频率。将它们堆叠起来,得到的结构的响应能力将大大受限,建立时间也会很长。
带有万向Z轴偏移关节的六足动物结合了高刚度和高精度,如上图所示。 在此,用激光干涉仪测量H-811六脚架的Y轴运动,以确定线性和可重复性。 对于完整行程,RMS重复性为±71nm,±2mm行程为±55nm。 X和Z性能处于同一水平。 
带有万向Z轴偏移关节的六足动物结合了高刚度和高精度,如上图所示。在此,用激光干涉仪测量H-811六脚架的Y轴运动,以确定线性和可重复性。对于完整行程,RMS重复性为±71nm,±2mm行程为±55nm。X和Z性能处于同一水平。
动态不一致。 堆栈的最底层承载整个堆栈的质量,依此类推直到最上层,仅承载应用程序负载。因此,调整是一项费力的,逐轴的过程,每个轴的设置不同,因此响应度也不同。
观看“用于微制造/光纤对准操作的六足六轴系统”视频
不灵活的旋转中心点放置。 堆叠的平台将其尖端/倾斜和旋转运动的中心置于每个旋转平台和测角仪轴承的几何中心。有时可以通过定制的转接板和固定装置将它们布置成在空间中的某个所需点重合(例如,在镜头的焦点处),但这会花费时间和精力,并且在应用程序需要更改时不灵活。重大变化会改变堆栈的动态,因此必须重新调整每个轴……。
布线。 电缆是运动控制中不可或缺的事实,管理电缆应比通常得到更多的关注。首先,电缆可以作为振动的管道,以不明显的方式影响整个应用程序的设置。甚至选择将电缆从隔离平台上悬垂的选择也会以深远的方式影响应用程序的整体稳定性和性能。随着平台的移动,任何拖曳的电缆都会导致寄生运动和其他错误。即使以非拖曳的方式布置,刚性电缆也可以这样做。电缆可能会折断并松动,导致过早出现的故障,难以诊断。通常,这些问题随用户堆栈系统中的轴数而扩展。(制造的堆栈有时会受益于集成的电缆管理。)
中央光圈。运动堆栈的透射式构造使许多应用(尤其是在光学方面)受益。用许多轴的堆叠结构很难或不可能做到这一点。
尺寸,重量和易碎性。简而言之,堆叠的高度和质量可能很大。并且由于底部平台承受了整个高大的堆栈的负担,因此它们的轴承很容易遭受布氏冲刷和由于意外作用力而造成的其他损坏。除了在安装时造成肘关节损坏之外,这通常还需要拆卸运输,增加成本和麻烦,并在重新组装时引入可变性。
正交和寄生错误。堆叠的轴以复杂的方式相互作用。例如,X轴的跳动被视为Y和Z轴的多余运动;一根轴的角度偏差类似地沿其他轴的行进方向传递运动,其大小与到移动轴的距离成比例。而且在堆栈中,可乘杠杆臂可能很大。
 
解决方案:攻击堆栈
看起来似乎有些夸张,但是可以通过使用并行运动学原理来避免所有这些问题。 这样的系统不是将所有必需的轴都高高地堆放在顶部,而是通过三脚架或六脚架结构平行支撑单个工件,从而形成了比堆叠更坚固,重量更轻的结构。 最好的例子是使用不移动或移动不大的内部电缆,以及与控制器方便集成的电缆。 可以消除用户调整的要求,同时提供可以超过某些最佳单轴位移台性能的精度和准确性。
看起来似乎有些夸张,但是   可以通过利用并行运动学原理来避免所有这些问题  。这样的系统不是将所有必需的轴都高高地堆放在顶部,而是通过三脚架或六脚架结构平行支撑单个工件,从而形成了比堆叠更坚固,重量更轻的结构。最好的例子是使用不移动或移动不大的内部电缆,以及与控制器方便集成的电缆。可以消除用户调整要求,同时提供可以超过某些最佳单轴位移台性能的精度和准确性  。 
 
当今易于使用的控件
在过去的几年中,选择此类机构的主要障碍是使用熟悉的笛卡尔坐标(X,Y,Z,θX,θY,θZ)以用户友好的方式控制工件的挑战。随着二十年前PI的第一个六脚架的推出,这种情况发生了变化。该仪器采用了完全集成的,基于工业PC的数字控制器,该控制器运行了灵巧的固件,可以透明地管理坐标转换过程,并通过可编程的旋转中心点(可通过单个软件命令设置)在所有六个自由度上提供前所未有的灵活控制  。现在有多种软件工具可用于6自由度的运动仿真和动态模式化运动生成,例如用于车辆仿真以及机载平台仿真和测试。 阅读更多:模式化运动生成:时域精度
 
当六脚架以不同的方向使用或悬臂负载时,仿真工具可轻松计算工作空间和负载极限。 防撞软件会导入外部对象,并确保控制器排除了关键位置。
当六脚架以不同的方向使用或悬臂负载时,仿真工具可轻松计算工作空间和负载极限。防撞软件会导入外部对象,并确保控制器排除了关键位置。
一站式,多种解决方案
这些创新为PI miCos广泛的并行运动机制定下了基调:创新的解决方案实际上可以比六个相应性能阶段的成本更低。今天的产品受益于机械设计和控制工程领域多年的不断发展。我们最新的控制器集成了超现代的工业级实时操作系统,并提供以下功能和选项:TTL运动触发,模拟位置波形定义,带有可选模拟输入的标准内部数据记录器以及高速网络接口用于集成到工厂自动化系统和远程访问中。其先进的软件支持包括全面的LabVIEW库,MATLAB支持,方便的设置和测试GUI,以及针对Windows,Linux和OS X的文档齐全的动态库。
 
 两个平行运动学
PI为六自由度机制提供了两种基本架构:六足的六足动物和三足的平面并联机械手。
六脚架为执行器支脚采用了多种运动技术,从有刷或无刷直流伺服电机到高强度PiezoWalk™非磁性执行器。 固定杆和可伸缩杆设计均可根据应用需求使用。
六足动物
 
六脚架为执行器支脚采用了多种运动技术,从有刷或无刷直流伺服电机到高强度PiezoWalk™非磁性执行器。固定杆和可伸缩杆设计均可根据应用需求使用。
这些创新的并联机构利用三脚架结构中的三个固定长度的支脚,由三个XY驱动模块驱动,这些模块为组件提供了扩展的横向行程。 运动技术可以包括压电马达,旋转和线性直流伺服马达以及步进马达。 X射线衍射成像中的应用故事
 
六足系统
串行运动学没有错。 它们适用于许多应用,PI提供了步进电机,压电电机和线性电机/空气轴承的多种标准和定制设计。 但是,当需要4个以上的自由度时,六脚架或混合三脚架的出色性能值得进行比较。 PI运动控制工程师可以帮助您评估两种设计对您的应用的优缺点。 更深入的工具箱和遍布全球的经验丰富的全球团队的优势,可以帮助他们从与客户的咨询,选择(或定制开发)最佳解决方案以及从其他领域的相关应用交叉授粉中汲取经验。
堆栈的许多角色
串行运动学没有错。它们适用于许多应用,PI提供了步进电机,压电电机和线性电机/空气轴承的多种标准和定制设计。但是,当需要4个以上的自由度时,六脚架或混合三脚架的出色性能值得进行比较。 PI运动控制工程师可以帮助您  评估两种设计对您的应用的优缺点。更深入的工具箱和遍布全球的经验丰富的全球团队的优势,可以帮助他们从与客户的咨询,选择(或定制开发)最佳解决方案以及从其他领域的相关应用中进行异花授粉中汲取经验。
(左)基于Q-motion压电马达的微型XY旋转载物台(Ø20mm)(右)基于步进马达的多轴堆叠载物台
 
(右)基于步进电机的多轴堆叠平台
仔细研究“不可能”的请求!
也许它们是不可能的……或者它们只是需要一种全新的方法,或者是另一个应用程序领域的技巧。关键任务PI技术是当今大多数尖端技术的核心,包括半导体制造和计量,光子封装和测试,基因组学,单分子生物物理学和超分辨率显微镜。 用我们的经验来解决您的问题!
当我们在1980年代末和1990年代初开始研究并行运动系统时,它们对于运动控制领域的许多人来说都是新颖的。我们工程师的不懈努力导致了易于使用,高度可靠的系统。PI对六脚架技术的第一个国际认可可以追溯到1995年的M-800六脚架系统。

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