[發明專利]一種三自由度并聯微操作機器人

在審

• 申請號: 201710418002.6
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107009345A
• 公開（公告）日: 2017-08-04
• 發明（設計）人: 程剛;張慧珍;山顯雷;郭鋒;喬智;徐庭鈺
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00;B25J9/00
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 彭雄

技術領域

本發明屬于機械制造技術領域，具體涉及一種三自由度并聯微操作機器人。

背景技術

隨著微/納米技術的發展，微操作機器人在微機電行業、生物工程及醫療、航空航天和光學加工等領域具有廣闊的應用前景，而并聯微操作機器人與串聯機器人相比具有無摩擦、無間隙、無累計誤差、響應快、承載能力強、剛度大等優點，因而被廣泛應用。

從目前對并聯微操作機器人的研究來看，燕山大學研制了一種各向同性的六自由度微動并聯機器人，該機器人通過放在平行板柔性移動副框架結構中部的壓電陶瓷驅動，由推桿放大位移，將位移傳遞給平行板柔性移動副，從而實現工作臺的移動，該微動機器人雖有較好的位移解耦性，但其結構復雜。哈爾濱工業大學研制出一種三支鏈六自由度并聯柔性鉸鏈微動機構，從空間結構上看，該機器人屬于6-PSS型微動并聯機器人，壓電陶瓷布置在底座上，壓電陶瓷的輸出經過彈性平行板傳遞到與之相連的連接座上，然后兩端帶柔性鉸鏈的支撐桿件再將連接座和上平臺連接起來，這種機構形式傳動鏈長，誤差因素多，而且底座較大，加工困難。

六自由度并聯微操作機器人雖然能夠滿足精密定位的需求，但其結構繁瑣、成本高，并且操作困難、工業應用受限，目前在很多應用領域中，并不需要六自由度運動。近年來，少自由度并聯微操作機器人以其自身的特點和應用潛力引起了國內外學者的廣泛關注。Kallio等研制了壓電陶瓷驅動的三自由度微操作機器人；Hara等研究了一種平面三自由度微動機器人；Lee等對可以實現一平動兩轉動的三自由度并聯微動機構進行了研究；北京航空航天大學研制了三自由度并聯Delta機構的微操作機器人；北京交通大學對平面3-RRR柔性并聯機器人進行了研究；北京工業大學研制了含有分布柔性鉸鏈的3-RRS柔性并聯機構；天津大學研制了一種大行程兩平動一轉動精密定位平臺。

盡管學者們對三自由度并聯微操作機器人進行了大量研究，然而對于具有較高實際應用價值的三自由度純平動并聯機構的研究相對較少，專利所述的并聯微操作機器人具有三個平動自由度，其結構簡單、成本低、控制相對容易。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供了一種具有三個平動自由度、結構簡單、成本低廉、容易控制的三自由度并聯微操作機器人。

技術方案：為實現上述目的，本發明采用的技術方案為：

一種三自由度并聯微操作機器人，包括底面基座(3)、工作臺(1)以及三條PUU型支鏈(2)，所述底面基座(3)上固定有第一支鏈安裝座，而所述工作臺(1)上設置有第二支鏈安裝座，且所述第一支鏈安裝座、第二支鏈安裝座與PUU型支鏈(2)一一對應；所述PUU型支鏈包括兩個柔性虎克鉸鏈、連接桿(22)以及壓電陶瓷驅動器(24)；兩個柔性虎克鉸鏈分別為上部柔性虎克鉸鏈(21)和下部柔性虎克鉸鏈(23)，所述壓電陶瓷驅動器(24)固定安裝在底面基座(3)上，所述下部柔性虎克鉸鏈(23)的一端固定在壓電陶瓷驅動器(24)上，所述下部柔性虎克鉸鏈(23)的另一端與連接桿(22)的一端相接；所述連接桿(22)的另一端與上部柔性虎克鉸鏈(21)的一端相連，所述上部柔性虎克鉸鏈(21)的另一端與工作臺(1)的下表面固定相連；

柔性虎克鉸鏈包括：第一柔性塊(231)、第二柔性塊(233)、第三柔性塊(235)、第一柔性鉸鏈結構(232)和第二柔性鉸鏈結構(234)；所述第一柔性塊與第二柔性塊通過第一柔性鉸鏈結構(232)連接，所述第二柔性塊(233)與第三柔性塊通過第二柔性鉸鏈結構(234)連接，且所述第一柔性塊(231)、第二柔性塊(233)、第三柔性塊(235)由上到下依次設置，同時所述第一柔性鉸鏈結構(232)和第二柔性鉸鏈結構(233)的運動方向相互垂直；

所述壓電陶瓷驅動器(24)包括連接頭(241)、預緊頭(242)、填充物(243)、壓電陶瓷(244)、套管(245)和底座(246)；所述套管(245)安裝在底座(246)上，而所述壓電陶瓷(244)設于套管(245)內，所述壓電陶瓷(244)下表面與套管(245)底部相接，所述壓電陶瓷(244)的上表面與連接頭(241)的下端相連，所述預緊頭(242)設置于套管(245)的上部，而所述連接頭(241)的上端穿過預緊頭(242)伸出套管(245)外側；所述填充物(243)設置于連接頭(241)與預緊頭(242)之間；

優選的：所述工作臺(1)由壓電陶瓷驅動器(24)驅動。

優選的：所述第一支鏈安裝座沿周向均勻分布在底面基座(3)上，所述第二支鏈安裝座沿周向均勻分布在工作臺(1)上。