[實(shí)用新型]四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201220104514.8
• 申請(qǐng)日: 2012-03-20
• 公開（公告）號(hào): CN202622795U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓書葵;劉玉青;王冰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北華航天工業(yè)學(xué)院
• 主分類號(hào): B25J7/00
• 分類號(hào): B25J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及先進(jìn)制造和精密加工領(lǐng)域，提供了一種空間四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電子行業(yè)、生物和遺傳工程等各個(gè)領(lǐng)域的工作對(duì)象也越來越小，要求的操作精度越來越高，因而開發(fā)一些工作對(duì)象是微小物體的微細(xì)、超微細(xì)作業(yè)器件和設(shè)變得日益迫切。如果對(duì)象在1mffl以上，則借助人眼可以直接進(jìn)行作業(yè)；如果對(duì)象在1ram以下，則必須借助顯微鏡進(jìn)行操作和處理。在機(jī)電行業(yè)中，像手機(jī)、計(jì)算器之類的微小機(jī)器已經(jīng)盛行起來，對(duì)微小零件的加工、組裝、調(diào)整及成品檢查等的專門技術(shù)要求日益迫切；為了了解細(xì)胞、身體器官的結(jié)構(gòu)，微小對(duì)象物的操作是必需的。此外，在醫(yī)療領(lǐng)域中微外科手術(shù)等都急需一些不給人體帶來大痛苦的微細(xì)作業(yè)的方法和手段。在精密測(cè)試與制造，生物工程，外科醫(yī)療，集成電路制造等領(lǐng)域也需要對(duì)一些微小的對(duì)象進(jìn)行操作。而這些微細(xì)作業(yè)由人直接實(shí)施是困難的，必須依賴機(jī)器人。在微米、納米尺度世界中，它們不大服從現(xiàn)有的一些物理法則，用現(xiàn)有的一般機(jī)器人是不能勝任的。必須使用微細(xì)作業(yè)系統(tǒng)。因此，從亞毫米到亞微米的微細(xì)機(jī)械零件的組裝，微小圖形的修補(bǔ)，基因轉(zhuǎn)移，細(xì)胞的分離和納米微驅(qū)動(dòng)機(jī)器人是指機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位移在幾微米和幾百微米的范圍內(nèi)；微動(dòng)機(jī)器人是指對(duì)微小物體的整體或部分進(jìn)行精度在微米或亞微米級(jí)的操作和處理；微小型機(jī)器人體積小、耗能低，能進(jìn)入一般機(jī)械系統(tǒng)無法進(jìn)入的狹窄作業(yè)空間，方便地進(jìn)行精細(xì)操作。用于微動(dòng)機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在運(yùn)動(dòng)原理上與一般并聯(lián)機(jī)構(gòu)類似，通常基于所需自由度，在考慮運(yùn)動(dòng)桿副的類型、配置及驅(qū)動(dòng)方式和總體布局的條件下進(jìn)行選擇，常采用壓電陶瓷作為各個(gè)分支的驅(qū)動(dòng)，由于整體結(jié)構(gòu)采用一塊材料進(jìn)行切割，所以避免了宏觀機(jī)器人的安裝和運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦對(duì)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能力的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有的宏觀并聯(lián)機(jī)器人對(duì)于裝配和安裝的嚴(yán)格要求以及在使用中存在的精度不足等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，該微動(dòng)機(jī)器人采用柔性鉸鏈代替宏觀的運(yùn)動(dòng)副，避免了并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于運(yùn)動(dòng)副軸線裝配誤差及運(yùn)動(dòng)副存在的間隙對(duì)末端平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性所造成的影響使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度達(dá)到納米級(jí)。此四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，加工和安裝方便。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人包括動(dòng)平臺(tái)，靜平臺(tái)和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，每個(gè)分支通過虎克鉸鏈和動(dòng)平臺(tái)相互連接，通過由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的復(fù)合鉸鏈和靜平臺(tái)相互連接。在每個(gè)分支中有一個(gè)壓電陶瓷，其固定在靜平臺(tái)上，用來驅(qū)動(dòng)由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的復(fù)合鉸鏈中的兩個(gè)連桿，從而達(dá)到使整個(gè)四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起來的目的。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)無摩擦，無間隙和高分辨率的傳動(dòng)。該機(jī)器人在精細(xì)加工方面具有方程廣的應(yīng)用背景和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，可以應(yīng)用到精細(xì)加工，光纖對(duì)接等場(chǎng)合。通過分析該并聯(lián)機(jī)器人的各分支運(yùn)動(dòng)形式，可以得到這種并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)在空間的三個(gè)平動(dòng)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。

圖1是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型一個(gè)分支的結(jié)構(gòu)。

以上附圖中：1.末端執(zhí)行器，2.動(dòng)平臺(tái)，3.虎克鉸鏈，4.連桿，5.螺釘，6.壓電陶瓷，7.虎克鉸鏈，8.連桿，9.連桿，10.連桿，11.連桿12.轉(zhuǎn)動(dòng)副，13.靜平臺(tái)，14.連桿，15.轉(zhuǎn)動(dòng)副。

其中柔性連桿8和連桿10長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)完全相同，連桿9和連桿4的長(zhǎng)短和結(jié)構(gòu)也完全相同；其中一個(gè)分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線方向相同，其中一個(gè)分支中的虎克鉸鏈的結(jié)構(gòu)和軸線方向也一樣。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)分析。

如圖1所示為四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，其主要包括末端執(zhí)行器1，其焊接在動(dòng)平臺(tái)2上，和動(dòng)平臺(tái)具有一致的運(yùn)動(dòng)形式。動(dòng)平臺(tái)2通過虎克鉸鏈3相互連接，虎克鉸鏈3和虎克鉸鏈7通過連桿4相互連接。壓電陶瓷6固定在靜平臺(tái)13上，其位于復(fù)合鉸鏈的中間部位，其對(duì)于連桿8和9進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過直接接觸發(fā)生微位移，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

此四自由度微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人各分支具有相同的結(jié)構(gòu)，每個(gè)分支對(duì)于機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)提供一個(gè)約束力偶，由于四個(gè)分支為對(duì)稱布置，所以動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在空間的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)，所以此并聯(lián)機(jī)器人具有四個(gè)自由度，每個(gè)分支有一個(gè)驅(qū)動(dòng)，則機(jī)器人的動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)具有卻動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型避免了以前宏觀少自由度并聯(lián)機(jī)器人對(duì)于裝配和安裝的嚴(yán)格要求，以及傳動(dòng)摩擦對(duì)于機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)能力的影響，動(dòng)平臺(tái)的定位精度達(dá)到納米級(jí)。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。上述實(shí)例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。