[實用新型]四自由度并聯微動機器人

有效

• 申請號: 201220104514.8
• 申請日: 2012-03-20
• 公開（公告）號: CN202622795U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 韓書葵;劉玉青;王冰
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及先進制造和精密加工領域，提供了一種空間四自由度并聯微動機器人。

背景技術

隨著社會進步和科學技術的發展，在電子行業、生物和遺傳工程等各個領域的工作對象也越來越小，要求的操作精度越來越高，因而開發一些工作對象是微小物體的微細、超微細作業器件和設變得日益迫切。如果對象在1mffl以上，則借助人眼可以直接進行作業；如果對象在1ram以下，則必須借助顯微鏡進行操作和處理。在機電行業中，像手機、計算器之類的微小機器已經盛行起來，對微小零件的加工、組裝、調整及成品檢查等的專門技術要求日益迫切；為了了解細胞、身體器官的結構，微小對象物的操作是必需的。此外，在醫療領域中微外科手術等都急需一些不給人體帶來大痛苦的微細作業的方法和手段。在精密測試與制造，生物工程，外科醫療，集成電路制造等領域也需要對一些微小的對象進行操作。而這些微細作業由人直接實施是困難的，必須依賴機器人。在微米、納米尺度世界中，它們不大服從現有的一些物理法則，用現有的一般機器人是不能勝任的。必須使用微細作業系統。因此，從亞毫米到亞微米的微細機械零件的組裝，微小圖形的修補，基因轉移，細胞的分離和納米微驅動機器人是指機器人的運動位移在幾微米和幾百微米的范圍內；微動機器人是指對微小物體的整體或部分進行精度在微米或亞微米級的操作和處理；微小型機器人體積小、耗能低，能進入一般機械系統無法進入的狹窄作業空間，方便地進行精細操作。用于微動機器人的并聯機構，在運動原理上與一般并聯機構類似，通常基于所需自由度，在考慮運動桿副的類型、配置及驅動方式和總體布局的條件下進行選擇，常采用壓電陶瓷作為各個分支的驅動，由于整體結構采用一塊材料進行切割，所以避免了宏觀機器人的安裝和運動副之間的摩擦對于機構運動能力的影響。

發明內容

為了克服現有的宏觀并聯機器人對于裝配和安裝的嚴格要求以及在使用中存在的精度不足等缺點，本實用新型提供了一種四自由度并聯微動機器人，該微動機器人采用柔性鉸鏈代替宏觀的運動副，避免了并聯機構由于運動副軸線裝配誤差及運動副存在的間隙對末端平臺運動特性所造成的影響使機器人的運動精度達到納米級。此四自由度并聯微動機器人采用對稱機構，加工和安裝方便。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：四自由度并聯微動機器人包括動平臺，靜平臺和四個結構相同的分支，每個分支通過虎克鉸鏈和動平臺相互連接，通過由四個轉動副組成的復合鉸鏈和靜平臺相互連接。在每個分支中有一個壓電陶瓷，其固定在靜平臺上，用來驅動由四個轉動副組成的復合鉸鏈中的兩個連桿，從而達到使整個四自由度并聯微動機構運動起來的目的。

本實用新型的有益效果是：本實用新型具有結構緊湊，能實現無摩擦，無間隙和高分辨率的傳動。該機器人在精細加工方面具有方程廣的應用背景和實際的應用價值，可以應用到精細加工，光纖對接等場合。通過分析該并聯機器人的各分支運動形式，可以得到這種并聯微動機器人可以實現在空間的三個平動和一個轉動。

附圖說明

下面結合附圖和實施實例對本實用新型進一步說明。

圖1是本實用新型的整體結構示意圖。

圖2是本實用新型一個分支的結構。

以上附圖中：1.末端執行器，2.動平臺，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.轉動副，13.靜平臺，14.連桿，15.轉動副。

其中柔性連桿8和連桿10長度和結構完全相同，連桿9和連桿4的長短和結構也完全相同；其中一個分支中的轉動副的軸線方向相同，其中一個分支中的虎克鉸鏈的結構和軸線方向也一樣。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型進行詳細分析。

如圖1所示為四自由度并聯微動機器人，其主要包括末端執行器1，其焊接在動平臺2上，和動平臺具有一致的運動形式。動平臺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13上，其位于復合鉸鏈的中間部位，其對于連桿8和9進行驅動，通過直接接觸發生微位移，從而使整個機構發生變化，產生相對運動。

此四自由度微動并聯機器人各分支具有相同的結構，每個分支對于機構的動平臺提供一個約束力偶，由于四個分支為對稱布置，所以動平臺可以實現在空間的三個轉動和一個移動，所以此并聯機器人具有四個自由度，每個分支有一個驅動，則機器人的動平臺可以實現具有卻動的運動。本實用新型避免了以前宏觀少自由度并聯機器人對于裝配和安裝的嚴格要求，以及傳動摩擦對于機器人動平臺運動能力的影響，動平臺的定位精度達到納米級。

本發明未述及之處適用于現有技術。上述實例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此本實用新型的保護范圍，凡根據本實用新型精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。