一种准零刚度六自由度隔振平台

技术领域

本发明涉及半导体专用器件技术领域，具体是一种准零刚度六自由度隔振平台。

背景技术

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。

为了解决上述问题，近年来研究人员基于非线性动力学理论发现了一些新颖的隔振方法—准零刚度隔振器。该类隔振器在系统刚度方面具有高静低动特性，即当系统承受静载时，隔振器具有比较高的系统刚度，可以提供足够的支撑力；当系统承受动载时，隔振器具有较低的系统刚度，增大隔振频宽，实现低频、超低频隔振。但目前大部分基于准零刚度理论的非线性隔振器只能实现特定被控对象的减振，无法满足对不同对象的隔振，且现有的准零刚度隔振器低刚度位移区间较窄，随位移增大刚度明显增大，非线性明显增强，隔振器起始隔振频率升高，隔振频带变窄，低频隔振性能下降，从而影响准零刚度隔振器的适用范围。另外，现有的准零刚度隔振方法大多关注单向隔振，关于多自由度的准零刚度隔振的研究还比较少见。

发明内容

本发明的目的在于提供一种准零刚度六自由度隔振平台，以解决上述背景技术中存在的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种准零刚度六自由度隔振平台，包括底座、支腿和顶板，所述支腿为三根，所述支腿两端分别通过球铰与底座顶部、顶板底部连接，所述底座、顶板上的球铰呈相同尺寸的正三角形分布，所述支腿依次向右倾斜与顶板底部的球铰连接，所述支腿包括外壳和推杆，所述推杆垂直穿过外壳顶部插入外壳内，所述推杆下部、外壳内侧垂直套装有圆形的支撑板，所述推杆外侧套装有内波纹管，所述内波纹管外侧套装有外波纹管，所述内波纹管、外波纹管的底部与支撑板顶部连接，所述内波纹管、外波纹管的顶部与外壳顶部内侧连接，所述内波纹管与外波纹管之间形成气腔，所述支撑板下方、推杆上设有半球形凸块，所述半球形凸块外侧通过滚轮与空气弹簧连接，所述空气弹簧另一端与外壳内侧垂直安装固定，所述空气弹簧包括气缸，所述气缸内部安装有活塞A，所述活塞A顶部垂直安装有穿过气缸顶部的导杆，所述导杆顶部与滚轮连接，所述外壳内侧底部安装有附加气室，所述附加气室顶部通过气孔连接有主气室，所述主气室内部安装有活塞B，所述主气室内侧底部安装有电磁线圈，所述活塞B底部安装有永磁体，所述推杆垂直穿过主气室与活塞B顶部连接，所述附加气室安装有穿过外壳的进气管B，所述进气管B上安装有气动阀B，所述顶板底部还安装有位置传感器和加速度传感器，所述底座顶部还安装有控制器。

进一步地，所述底座、顶板均由不锈钢板制成圆形结构。

进一步地，所述外壳呈内含空腔的圆柱形结构。

进一步地，所述导杆与气缸顶部通过直线轴承A连接。

进一步地，所述气缸底部安装有穿过外壳的进气管A，所述进气管A上安装有气动阀A。

进一步地，所述气孔开设在电磁线圈的两侧。

进一步地，所述推杆与主气室之间安装有直线轴承B，所述推杆与外壳顶部之间安装有直线轴承C。

进一步地，所述气腔顶部与外壳之间还安装有密封板，所述气腔顶部安装有穿过密封板和外壳顶部的进气管C，所述进气管C上安装气动阀C。

进一步地，所述控制器通过电缆与位置传感器、加速度传感器和电磁线圈连接。

本发明的有益效果为：

本发明通过主气室与附加气室串联提供正刚度，附加气室的存在可以扩大气浮结构体积，从而降低系统竖向固有频率，通过对主气室和附加气室的气压控制实现对系统正刚度和承载力的调整，满足不同精密仪器的隔振要求。

本发明通过主气室与附加气室串联提供正刚度，与双层波纹管组成的气腔提供的负刚度形成正负刚度并联系统，通过调整主气室、附加气室和气腔的气压使得系统在静态平衡时达到准零刚度，具有高静低动刚度特征。

本发明通过半球形凸块、滚轮和空气弹簧组成负刚度系统，在传统的一正一负正负刚度并联系统基础上增设一负刚度系统，使得系统整体低动刚度范围变大，扩宽了系统准零刚度隔振带宽。

本发明系统可以实现0.1Hz~200Hz的振动控制，隔振带宽，可以实现六个自由度隔振，且定位精确，可以适应于不同型号的精密仪器，最大承重可达1000kg，适用范围广，通用性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的隔振腿的结构示意图。

图中1-底座，2-支腿，201-外壳，202-推杆，203-支撑板，204-外波纹管，205-内波纹管，206-气腔，207-半球形凸块，208-空气弹簧，2081-气缸，2082-活塞A，2083-导杆，2084-直线轴承A，2085-进气管A，2086-气动阀A，209-滚轮，210-附加气室，211-主气室，212-气孔，213-活塞B，214-电磁线圈，215-永磁体，216-进气管B，217-气动阀B，218-直线轴承B，219-直线轴承C，220-密封板，221-进气管C，222-气动阀C，3-顶板，4-球铰，5-位置传感器，6-加速度传感器，7-控制器。

实施方式

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。

如图1-2所示，一种准零刚度六自由度隔振平台，包括底座1、支腿2和顶板3，所述支腿2为三根，所述支腿2两端分别通过球铰4与底座1顶部、顶板2底部连接，所述底座1、顶板3上的球铰4呈相同尺寸的正三角形分布，所述支腿2依次向右倾斜与顶板2底部的球铰4连接，所述支腿2包括外壳201和推杆202，所述推杆202垂直穿过外壳201顶部插入外壳201内，所述推杆202下部、外壳201内侧垂直套装有圆形的支撑板203，所述推杆202外侧套装有内波纹管205，所述内波纹管205外侧套装有外波纹管204，所述内波纹管205、外波纹管204的底部与支撑板203顶部连接，所述内波纹管205、外波纹管204的顶部与外壳201顶部内侧连接，所述内波纹管205与外波纹管204之间形成气腔206，所述支撑板203下方、推杆202上设有半球形凸块207，所述半球形凸块207外侧通过滚轮209与空气弹簧208连接，所述空气弹簧208另一端与外壳201内侧垂直安装固定，所述空气弹簧208包括气缸2081，所述气缸2081内部安装有活塞A2082，所述活塞A2082顶部垂直安装有穿过气缸2081顶部的导杆2083，所述导杆2083顶部与滚轮209连接，所述外壳201内侧底部安装有附加气室210，所述附加气室210顶部通过气孔212连接有主气室211，所述主气室211内部安装有活塞B213，所述主气室213内侧底部安装有电磁线圈214，所述活塞B213底部安装有永磁体215，所述推杆202垂直穿过主气室211与活塞B213顶部连接，所述附加气室210安装有穿过外壳201的进气管B216，所述进气管B216上安装有气动阀B217，所述顶板3底部还安装有位置传感器5和加速度传感器6，所述底座1顶部还安装有控制器7。

所述底座1、顶板3均由不锈钢板制成圆形结构。

所述外壳201呈内含空腔的圆柱形结构。

所述导杆2083与气缸2081顶部通过直线轴承A2084连接。

所述气缸2081底部安装有穿过外壳201的进气管A2085，所述进气管A2085上安装有气动阀A2086。

所述气孔212开设在电磁线圈214的两侧。

所述推杆202与主气室211之间安装有直线轴承B218，所述推杆202与外壳201顶部之间安装有直线轴承C219。

所述气腔206顶部与外壳201之间还安装有密封板220，所述气腔206顶部安装有穿过密封板220和外壳201顶部的进气管C221，所述进气管C221上安装气动阀C222。

所述控制器7通过电缆与位置传感器5、加速度传感器6和电磁线圈214连接。

安装时，精密仪器安装在顶板3上，精密仪器的重量主要由三根支腿2的主气室211和附加气室210串联机构承载，通过气动阀B217控制进气管B216的进气量从而调整主气室211和附加气室210的承载力及正刚度，通过气动阀C222控制进气管C221的进气量从而控制气腔206的负刚度，达到静态平衡时，系统达到准零刚度状态，此时滚轮209位于半球形凸块207的中间位置，此时空气弹簧208对推杆202竖向不施加力，然后通过气动阀A2086控制进气管A2085的进气量从而调整气缸2081的气压调整空气弹簧208的负刚度，从而可以扩宽系统准零刚度的隔振带宽。

工作时，精密仪器产生振动，通过位置传感器5和加速度传感器6采集振动信号，然后将振动信号传递给控制器7。竖向高频振源时，支腿2通过主气室211和附加气室210串联机构提供正刚度，与气腔206提供的负刚度形成正负刚度并联系统实现初次高频减振，另外，竖向高频振源时，推杆202在竖向移动，打破原有的静态平衡，此时滚轮209偏移半球形凸块207的中心位置，从而空气弹簧208在竖向上提供负刚度实现二次高频减振；竖向低频振源时，主要通过控制器13控制电磁线圈214的磁场强度和方向实现低频减振。

另外，本发明的隔振平台的三个支腿2可以分别独立驱动，可以实现上下、前后、左右、绕X轴、绕Y轴和绕Z轴六个自由的隔振。

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。