如图7-1所示，给出了一种同步带式宏宏复合微纳运动系统结构几何模型。其结构组成主要包括两个伺服电机、滚珠丝杠螺母传动副、位移检测装置、滚动导轨副、CNC（数控加工中心）运动控制器等。其中丝杠电机19通过联轴器和滚珠丝杠4直连，螺母电机8通过一级同步齿形带传动驱动滚珠螺母16。工作台和滚珠螺母座5固联，纳米级高精度光栅尺1用于检测工作台位置，定尺安装在底座12上，动尺与工作台固联。
图7-1 同步带式宏宏复合微纳运动系统结构
1—光栅尺；2—丝杠电机传动座；3—光栅尺读数头支架；4—滚珠丝杠；5—螺母座；6—轴承座；7—轴承座支座；8—螺母电机；9—导轨；10—螺母电机支撑板；11—限位开关；12—底座；13—主动轮；14—滑块；15—同步带；16—螺母；17—从动轮；18—传动支撑座；19—丝杠电机
对于宏宏复合微纳运动系统，为了尽可能减少传动环节，提高宏动精度，对其中由螺母驱动的宏动系统，也可采用无框架空心电机来实现直接驱动——将空心电机转子和滚珠螺母通过端部法兰直连的结构，定子固联于螺母座上。称这种空心电机式宏宏复合微纳运动系统为宏宏双直驱型微纳运动系统，如图7-2所示。与图7-1所示同步带式结构相比，空心电机式宏宏复合微纳运动系统避免了同步带弹性变形对工作台运动精度的影响，工作台能够获得更高的运动精度。
对于宏宏复合微纳运动系统，将运动合成的滚珠丝杠螺母螺旋传动副中的螺母组件作为一个不可旋转的单体时，则该运动系统构成了丝杠单驱动伺服系统（screw-driven servo system，SDSS），称之为“丝杠宏动伺服系统”。该系统主要包括丝杠伺服电机、滚珠丝杠副、丝杠轴承、工作台及导轨副等组件。对于宏宏复合微纳运动系统，如果将滚珠丝杠固定不动，螺母作为单独的驱动部件带动工作台运动，则该运动系统构成了螺母单驱动伺服系统（nut-driven servo system，NDSS），称之为“螺母宏动伺服系统”。该系统主要包括螺母电机、同步齿形带传动副、螺母组件、工作台及导轨副等组件。
图7-2 空心电机式宏宏复合微纳运动系统结构
1—底座；2—导轨座；3—导轨副；4—工作台；5—编码器；6—空心伺服电机；7—空心电机座；8—连接法兰；9—螺母安装座；10—螺母驱动型滚珠丝杠副；11—联轴器；12—丝杠伺服电机
2.单自由度宏宏复合微纳直线运动系统设计准则及关键器件主要参数
这里以图7-1所示结构方案为例，简单介绍单自由度宏宏复合微纳直线运动系统的设计准则及关键器件主要参数。为了保证高精度，系统设计应遵循的总体设计准则有：①关键传动、检测、驱动、支撑等器件达到高精度，如位置检测器件分辨率达到纳米级；②采取全闭环控制及误差补偿措施；③SDSS和NDSS等惯量、机电耦合动态匹配设计原则等。(www.xing528.com)
1）运动控制器
运动控制系统选用GT400SV四轴运动控制器，该型号运动控制器还可结合MATLAB软件实现用户自定义控制算法。
2）伺服驱动系统
两个宏动伺服电机选用松下MINAS-A5系列交流永磁同步伺服电机及驱动器，主要技术参数如表7-1所示。
表7-1 电机主要参数
3）检测元件
宏动伺服闭环控制系统中涉及的检测元件有两种：一是伺服电机自带的20位增量型旋转编码器；二是工作台位移测量装置，选用MicroE System公司的Mercury Ⅱ 6800型光栅尺，分辨率最高可达1.2 nm。
单自由度宏宏复合微纳运动平台控制系统由工控主机、PCI（peripheral component interconnect，外设部件互连标准）运动控制器构成，与图7-1所示机械系统构成全闭环控制，其控制系统结构简图如图7-3所示。
图7-3 单自由度宏宏复合微纳运动平台控制系统结构简图
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