[發明專利]一種空間解耦三維移動并聯微動機構

無效

• 申請號: 201210216718.5
• 申請日: 2012-06-28
• 公開（公告）號: CN102756366A
• 公開（公告）日: 2012-10-31
• 發明（設計）人: 李仕華;龔文;姜珊
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 崔鳳英

技術領域

本發明屬于微動機器人技術領域，特別涉及一種由壓電陶瓷驅動含有柔性鉸鏈的三分支空間解耦三維移動并聯微動機構。

背景技術

微動機器人作為微操作系統的重要組成部分，在精密機械工程、顯微微創外科手術、光纖焊接、光學調整、超精密加工、生物工程等領域具有廣闊的應用前景。隨著微納米技術的發展，對具有微納米級定位精度的多自由度微動機器人提出了更高的要求。并聯微動機器人相對串聯機構而言具有結構緊湊、剛度大、誤差無累積等優點，從而獲得了廣泛地應用。目前，六自由度并聯微動機器人多采用Stewart或其變形的結構形式，由于傳動鏈為六個且較為復雜，而且其運動變量之間存在高度耦合，從而增加了控制系統實現的難度，也增加了微動機器人系統的制造成本，因為每增加一個自由度，就意味著增加一條運動支鏈和一套驅動伺服單元（壓電陶瓷驅動器、壓電陶瓷驅動電源、位移傳感器、運動控制器等），成本會大幅增加。這樣不僅給加工和裝配帶來困難，而且系統實現更加昂貴，在實際應用中，往往不需要六個或更多自由度，空間三維移動三自由度并聯微動機器人就能滿足大多數實際應用的需要。目前，國內外研制的空間三維移動微動機構大多數是將剛性并聯機構柔性化，來滿足微細操作的要求，不足之處在于：空間三維移動柔性機構運動解耦性差；微動機構采用壓電陶瓷驅動，由于壓電陶瓷輸出位移有限，微動機構末端輸出受到壓電陶瓷最大輸出位移的限制，很難達到較大的操作空間。

發明內容

（一）要解決的技術問題

本發明要解決的技術問題是提供一種空間解耦三維移動并聯微動機構，以克服現有技術的三分支空間三維移動并聯微動機構運動解耦性差、操作空間小的缺陷。

（二）技術方案

為了達到上述目的，本發明提供了一種空間解耦三維移動并聯微動機構，包括基平臺、動平臺、三個分支和分別安裝在所述三個分支上的三個壓電陶瓷驅動器；所述三個分支互相正交，安裝在所述基平臺上并與所述動平臺連接；所述分支包括柔性旋轉副、柔性移動副和柔性圓柱副，所述柔性移動副分別通過連桿與所述柔性旋轉副和柔性圓柱副連接；所述壓電陶瓷驅動器用于驅動壓電陶瓷進行運動。

其中，所述柔性移動副采用復合橋式位移放大器。

其中，所述柔性旋轉副和柔性移動副之間的連桿采用變截面梁結構。

其中，所述柔性移動副和柔性圓柱副之間的連桿采用T型梁結構。

其中，所述分支的內圍由柔性旋轉副和柔性移動副組成，外圍由柔性圓柱副構成平行四邊形結構。

其中，所述壓電陶瓷為帶有位置檢測的壓電陶瓷。

（三）有益效果

本發明的三分支輸入和動平臺輸出實現運動解耦，在某個分支上加載位移，就能控制動平臺對應方向上的運動輸出，克服了常規三分支三維移動并聯微動機構運動耦合問題。

另外，本發明采用橋式位移放大機構，在壓電陶瓷驅動過程中，利用橋式位移放大器對壓電陶瓷輸出位移進行放大，擴大了并聯微動機構的工作空間，解決了常規三分支三維移動并聯微動機構工作空間受限制的問題。

附圖說明

圖1是本發明實施例的一種空間解耦三維移動并聯微動機構的結構示意圖；

圖2是本發明實施例的分支的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

本發明實施例的一種空間解耦三維移動并聯微動機構的結構如圖1所示，包括基平臺1、動平臺2、三個分支3和分別安裝在所述三個分支3上的三個壓電陶瓷驅動器4；所述三個分支3互相正交，安裝在所述基平臺1上并與所述動平臺2連接。本發明實施例的分支的結構如圖2所示，包括柔性旋轉副5、柔性移動副7和柔性圓柱副9，所述柔性移動副7分別通過連桿與所述柔性旋轉副5和柔性圓柱副9連接；分支3通過固定孔10安裝在基平臺1上。

本實施例中，所述柔性移動副7采用復合橋式位移放大器。可以通過優化復合橋式放大器的結構參數來改變其放大倍數，經過優化后橋式位移放大器的放大比可達到40。本發明采用柔度矩陣變換法推導了放大比表達式，其放大比為4，放大比理論計算最大值可達到45。因此適用性、靈活性更強，在實際應用中，可以通過優化復合橋式位移放大器的結構參數，來滿足不同工程應用要求。

所述柔性旋轉副和柔性移動副之間的連桿采用變截面梁6，所述柔性移動副和柔性圓柱副之間的連桿采用T型梁8。所述分支3的內圍由柔性旋轉副5和柔性移動副7組成，外圍由柔性圓柱副9構成平行四邊形結構。