[發明專利]全柔性六自由度細微操作平臺

有效

• 申請號: 201110350403.5
• 申請日: 2011-11-08
• 公開（公告）號: CN102501247A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 梁橋康;王耀南;陳潔平;張輝;何麗云;凌志剛
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 黃美成

技術領域

本發明涉及一種全柔性六自由度細微操作平臺。

背景技術

細微操作技術是精密儀器和精密機械達到高精度的關鍵技術之一，目前已被廣泛應用在微外科手術、微細加工、光纖對接、微機電系統裝配等多學科領域。細微操作平臺用來承載細微操作時的操作對象，以便細微操作末端執行器在其上對操作對象進行特定的操作以完成指定任務。

現有的細微操作都基于開環控制，國內外也有一些學者設計了多種柔性并聯機器人來執行微米甚至納米級的多自由度移動和轉動，并有多項相關專利技術，例如：一種三支鏈六自由度并聯柔性鉸鏈微動機構(中國專利：CN200610151113.7)，六自由度宏/微雙重驅動納米級定位大行程柔性并聯機器人(中國專利：CN?200410013627.7)，六自由度大行程、高精度柔性并聯機器人(中國專利：CN200410013628.1)，但這些現有技術存在的主要問題是結構復雜、沒有力/力矩相關信息的反饋，并且受顯微設備精度所限，因此很難保證微細操作的精準性和可靠性要求。另外，傳統的細微操作末端執行器在操作過程中由于通常沒有實時反饋環節，很容易發生剛性碰撞，對操作對象和系統造成破壞性影響。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種全柔性六自由度細微操作平臺，該全柔性六自由度細微操作平臺具有多個全柔性關節，能避免剛性碰撞和破壞。

發明的技術解決方案如下：

一種全柔性六自由度細微操作平臺，包括移動平臺、固定平臺、一組中間支鏈和至少三組相同的側部支鏈；

中間支鏈呈豎直設置，中間支鏈的上端連接移動平臺的幾何中心；中間支鏈的下端連接固定平臺的幾何中心；

側部支鏈呈豎直設置，側部支鏈相對中間支鏈周向均勻布置在移動平臺和固定平臺之間；

中間支鏈的中部設有四由度柔性鉸鏈，所述的四由度柔性鉸鏈包括上聯接環、下聯接環和中柱；

上聯接環中設有三分支的Y型聯接片，Y型聯接片的三個分支均設置在同一水平面上，第一分支沿x軸布置，第二分支沿y軸布置，第三分支沿與x軸成135度的方向布置；

下聯接環中設有沿圓周均勻分布的三片徑向片狀梁；三片徑向片狀梁均安裝在中柱下端，中柱的上端接Y型聯接片的底面。

每一個側部支鏈的兩端各設有一個柔性球鉸鏈，每一個的側部支鏈的中部設有一個柔性移動鉸鏈；

所述的柔性移動鉸鏈由上部連接柱、下部連接柱、用于支撐柔性移動鉸鏈上部的上支承與用于連接柔性移動鉸鏈下端的下支承對接而成，上支承和下支承都由2個互成90度的馬釘型梁構成，上支承和下支承的對接處形成一個中空的十字形構件；(構成該十字形構件的4個單臂中，相鄰的兩個單臂組成一個整體成為上支承的一部分，另外兩個單臂組成一個整體成為下支承的一部分。)上支承和下支承分別與上部連接柱和下部連接柱連接。

所述的柔性球鉸鏈包括上部連接環和下部連接環，上部連接環和下部連接環分別位于柔性球鉸鏈的上端和下端；上部連接環和下部連接環通過三片軸向肋連接，上部連接環上設有2條x軸方向的梭型通槽，下部連接環上設有2條y軸方向的梭型通槽。

在所述的上部連接環和下部連接環外端部均設有圓錐內螺紋；在上部連接柱和下部連接柱設有圓錐外螺紋；所述的圓錐內螺紋與圓錐外螺紋相適配。

在所述的Y型聯接片上設有3片應變片，在每一個十字形構件上設有2片應變片，每一片徑向片狀梁上設有1片應變片。

中間支鏈的兩個端部均設有圓錐螺紋。

所述的側部支鏈為三組。

三個側部支鏈中的柔性移動鉸鏈中的十字形構件上的應變片分別用來檢測支鏈所受的拉壓力[F1，F2，F3]，根據所得的拉壓力[F1，F2，F3]和力雅克比矩陣J計算出移動平臺沿x，y和z軸的轉矩Mx，My和Mz：