[發明專利]一種微夾持機器人

有效

• 申請號: 202010163411.8
• 申請日: 2020-03-10
• 公開（公告）號: CN111299996B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 王代華;包麗萍;王坎;趙建宇
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B23P19/00
• 分類號: B23P19/00;B25J7/00;B25J9/12;B25J9/16;B25J15/02
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

1.一種微夾持機器人，其特征在于，所述微夾持機器人由同時實現夾爪位移檢測、夾持力檢測和微裝配力檢測的微夾鉗，可沿X軸、Y軸和Z軸直線運動的精密電動平臺(3)，可沿X軸和Z軸旋轉的雙軸精密電動旋轉臺(4)，可沿Y軸旋轉的精密電動旋轉臺(5)和微夾持機器人控制器(1)構成；雙軸精密電動旋轉臺(4)由螺釘安裝在精密電動平臺(3)上，精密電動旋轉臺(5)由螺釘安裝在雙軸精密電動旋轉臺(4)上；所述微夾鉗由螺釘(17)安裝在微夾鉗與精密定位系統轉接器(7)上，所述微夾鉗與精密定位系統轉接器(7)通過螺釘或卡扣安裝在所述精密電動旋轉臺(5)上；

所述微夾鉗包括：基座(8)、固定在基座(8)上的單片柔順機構(16)、安裝在單片柔順機構(16)上開設的空腔內的執行器(9)、進行夾爪位移檢測的夾爪位移傳感單元、進行夾持力檢測的夾持力傳感單元和進行微裝配力檢測的微裝配力傳感單元；

所述微夾持機器人控制器(1)由精密定位系統控制器(2)、微夾鉗控制器(13)和微裝配力控制器(14)組成，微裝配力控制器(14)通過電纜線分別連接精密定位系統控制器(2)和微夾鉗控制器(13)；所述微夾鉗控制器(13)包括應變解調儀(26)、信號控制器(27)和驅動放大器(28)；所述驅動放大器(28)通過信號線連接所述執行器(9)，所述信號控制器(27)通過信號線分別連接所述驅動放大器(28)和應變解調儀(26)；

所述單片柔順機構(16)包括：對稱設置的一級杠桿機構(18)、對稱設置的三級串聯平行四邊形機構和對稱設置的夾爪(22)；一級杠桿機構(18)和三級串聯平行四邊形機構中的第一級平行四邊形機構(19)形成位移放大機構，第一級平行四邊形機構(19)形成夾爪位移傳感機構，三級串聯平行四邊形機構中的第二級平行四邊形機構(20)形成夾持力傳感機構，三級串聯平行四邊形機構中的第三級平行四邊形機構(21)形成微裝配力傳感機構；第一級平行四邊形機構(19)和第二級平行四邊形機構(20)在X軸方向和Y軸方向形成的平面上串聯，第二級平行四邊形機構(20)和第三級平行四邊形機構(21)在垂直于X軸方向和Y軸方向的平面上正交串聯；

所述一級杠桿機構(18)作為第一級位移放大機構對執行器(9)在Y軸方向上傳遞的位移進行第一次放大并轉換為X軸方向的運動位移，第一級平行四邊形機構作為第二級位移放大機構對傳遞至X軸方向的位移進行第二次放大；其中，微夾鉗控制器(13)驅動執行器(9)在Y軸方向推動一級杠桿機構的輸入端時，一級杠桿機構(18)的輸入端將執行器(9)在Y軸方向上推動產生的運動位移轉換并放大為X軸方向上的運動位移，并經由第一級平行四邊形機構(19)和第二級平行四邊形機構(20)以及第三級平行四邊形機構(21)依次傳遞至夾爪(22)位置處，使兩個夾爪(22)在X軸方向上平行閉合，對待夾持部件進行夾持；

所述夾爪位移傳感單元由第一級平行四邊形機構(19)與第一應變傳感器(10)組成，所述夾持力傳感單元由第二級平行四邊形機構(20)與第二應變傳感器(11)組成，所述微裝配力傳感單元由第三級平行四邊形機構(21)與第三應變傳感器(12)組成；其中，檢測夾爪位移的第一應變傳感器(10)安裝于第一級平行四邊形機構(19)的最大應變處以感應其形變，第二應變傳感器(11)安裝于第二級平行四邊形機構(20)的最大應變處以感應其形變，第三應變傳感器(12)安裝于第三級平行四邊形機構(21)的最大應變處以感應其形變；所述微夾鉗控制器(13)分別連接第一應變傳感器(10)、第二應變傳感器(11)和第三應變傳感器(12)；

實現夾爪位移反饋控制的系統由第一應變傳感器(10)、微夾鉗控制器(13)的應變解調儀(26)、信號控制器(27)、驅動放大器(28)和執行器(9)構成；實現夾持力反饋控制的系統由第二應變傳感器(11)、應變解調儀(26)、信號控制器(27)、驅動放大器(28)和執行器(9)構成；實現微裝配力反饋控制的系統由第三應變傳感器(12)、應變解調儀(26)、信號控制器(27)和驅動放大器(28)，精密定位系統控制器(2)和沿Z軸方向運動的精密電動平臺(3)構成；

所述Y軸方向為執行器(9)伸長收縮的位移方向，X軸方向與Y軸方向在同一平面上相互垂直，Z軸方向與X軸方向和Y軸方向形成的平面相垂直；

所述夾爪(22)夾持微型零件后，在Y軸方向上，由夾持力F_g引起的第一級平行四邊形機構(19)的前端位移d_A、第一應變傳感器(10)測得的第二級平行四邊形機構(20)的變形δ_g與夾爪(22)的位移d_g之間的關系為：

(1)

其中，由夾持力F_g引起的第一級平行四邊形機構(19)的前端位移d_A與第一應變傳感器(10)測得的第一級平行四邊形機構(19)的縱向應變ε_A之間的關系為：

(2)

由夾持力F_g引起的第二級平行四邊形機構(20)的形變量δ_g與第二應變傳感器(11)測得的第二級平行四邊形機構(20)的縱向應變ε_E之間的關系為：

(3)

因此，微夾鉗夾持零件時，夾持力F_g引引起的夾爪(22)在Y軸方向上的夾爪位移d_g為：

(4)

其中，E為單片柔順機構(16)的材料的楊氏模量，b_A為第一級平行四邊形機構(19)的寬度，t_A為第一級平行四邊形機構(19)的厚度，l₅為第一級平行四邊形機構(19)的長度，K_A為第一級平行四邊形機構(19)的柔性鉸鏈的剛度，ε_A為被測的第一級平行四邊形機構(19)的縱向應變；b_E為第二級平行四邊形機構(20)的寬度，t_E為第二級平行四邊形機構(20)的厚度，l₆為第二級平行四邊形機構(20)的長度，K_E為第二級平行四邊形機構(20)的柔性鉸鏈的剛度，ε_E為第二級平行四邊形機構(20)的縱向應變。