[發明專利]三自由度微操作機器人

無效

• 申請號: 200710139499.4
• 申請日: 2007-09-22
• 公開（公告）號: CN101157216A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 金振林;高峰
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00;B25J9/08
• 代理公司: 秦皇島市維信專利事務所
• 代理人: 鄂長林

技術領域

本項發明屬于微電子機械系統(MEMS)領域。

背景技術

微操作機器人運動精細，具有亞微米至納米級的定位分辨率，在精密機械工程、電子封裝、精細化工、光纖對接、生物與遺傳工程、材料科學、毫微平面印刷和航空航天等領域中具有廣闊的應用前景。并聯機構結構緊湊、運動鏈短、剛度高和承載能力大等優點使其適合于制作微操作機器人機構原型。哈爾濱工業大學研制了一臺六自由度并聯微動機器人，它是一個Stewart平臺的變異結構；北京航空航天大學研制了一臺基于DELTA機構的并聯微動機器人；燕山大學研制了并聯六自由度機器人誤差補償器；河北工業大學研制了正交解耦結構六自由度微動機器人；楊啟志等研究了一臺非對稱結構三自由度并聯微動機器人；劉平安等研究了一種二平移一轉動結構三自由度并聯微動機器人，這些微動機器人存在的主要問題是：有的結構復雜，有的標定困難，有的位移解耦難。

發明內容

為了克服現有的微動機器人存在的結構復雜、標定困難和位移解耦難等不足，本發明提供一種三自由度微操作機器人，這種微操作機器人具有結構簡單、承載能力大、算法簡單、位移解耦等優點，能實現無摩擦、無間隙和高分辨率的三個自由度的平動微動。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在工作臺5與基座1之間由三個驅動分支相連，其中，驅動分支2由平行板彈性移動副7、壓電陶瓷微位移器6和三個兩端帶有柔性鉸鏈8的相互平行的支柱9組成，三個支柱9的一端由柔性鉸鏈8與工作臺5相連，另一端由柔性鉸鏈8與第一平行板彈性移動副7相連，所述三個支柱9在工作臺5和平行板彈性移動副7之間非共面布置；平行板彈性移動副7為框架結構，壓電陶瓷微位移器6安裝在平行板彈性移動副7框架結構的中部。驅動分支4由平行板彈性移動副10、壓電陶瓷微位移器11和兩個兩端帶有柔性鉸鏈8的相互平行的支柱9組成，兩個支柱9的一端由柔性鉸鏈8與工作臺5相連，另一端由柔性鉸鏈8與平行板彈性移動副10相連，平行板彈性移動副10為框架結構，壓電陶瓷微位移器11安裝在平行板彈性移動副10框架結構的中部。驅動分支3由平行板彈性移動副12、壓電陶瓷微位移器13和一個兩端帶有柔性鉸鏈8的支柱9組成，支柱9的一端由柔性鉸鏈8與工作臺5相連，另一端由柔性鉸鏈8與平行板彈性移動副12相連，平行板彈性移動副12為框架結構，壓電陶瓷微位移器13安裝在平行板彈性移動副12框架結構的中部。上述三個驅動分支在基座1上分別沿三個相互垂直的方向布置。微操作機器人本體是一次加工成型的非組裝件。

本發明的有益效果是：由于微操作機器人本體是一次加工成型的非組裝件，因此，具有結構簡單、承載能力大、算法簡單和位移解耦等優點，能實現無摩擦、無間隙和高分辨率的三個自由度的微移動。在精密機械工程、電子封裝、精細化工、光纖對接、生物與遺傳工程、材料科學、毫微平面印刷和航空航天等領域中具有廣闊的應用前景。

附圖說明

圖1為三自由度微操作機器人結構圖；

圖2為微操作機器人驅動分支2的組成圖；

圖3為微操作機器人驅動分支4的組成圖；

圖4為微操作機器人驅動分支3的組成圖。

在圖中，1.基座，2、3、4.驅動分支，5.工作臺，6、11、13.壓電陶瓷微位移器，7、10、12.平行板彈性移動副，8.柔性鉸鏈，9.支柱。

圖1是本發明公開的一個實施例，三自由度微操作機器人由基座1、驅動分支(2、4、3)、壓電陶瓷微位移器(6、11、13)和工作臺5組成，三個驅動分支以并聯形式連于工作臺5與基座1之間，三個驅動分支在基座1上分別沿三個相互垂直的方向布置，其中，驅動分支2由平行板彈性移動副7、壓電陶瓷微位移器6和三個兩端帶有柔性鉸鏈8的支柱9組成，所述三個支柱9在工作臺5和平行板彈性移動副7之間非共面布置。驅動分支4由平行板彈性移動副10、壓電陶瓷微位移器11和兩個兩端帶有柔性鉸鏈8的支柱9組成，驅動分支3由平行板彈性移動副12、壓電陶瓷微位移器13和一個兩端帶有柔性鉸鏈8的支柱9組成。各驅動分支中的支柱9一端由柔性鉸鏈8與工作臺5相連，另一端由柔性鉸鏈8與對應的平行板彈性移動副(7、10、12.)前端相連，各驅動分支中的平行板彈性移動副均為框架結構，各壓電陶瓷微位移器均安裝在對應的平行板彈性移動副框架結構的中部。通過三個壓電陶瓷微位移器驅動對應的平行板彈性移動副，可實現微操作機器人工作臺的三自由度的微移動。由于三個驅動分支分別沿三個相互垂直的方向布置，使該微操作機器人具有最佳的位移解耦性能。