[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

本發明涉及一種微夾持機器人，實現微型零件的夾持和高精密運動定位的同時可實現對夾爪位移、夾持力和微裝配力的檢測和反饋控制。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、精密定位系統和微夾持機器人控制器構成，實現沿X軸、Y軸和Z軸的直線運動和旋轉運動，同時實現對夾爪位移、夾持力和微裝配力的同時檢測、傳感與反饋。微夾鉗由基座、固定在基座上的單片柔順機構、執行器以及微夾鉗控制構成。單片柔順機構上有對稱設置的一級杠桿機構、對稱設置的三級串聯平行四邊形機構和對稱設置的夾爪。

技術領域

本發明涉及微裝配領域，具體是一種微夾持機器人。

背景技術

隨著微納米器件制造技術的快速發展，異質異構的非硅微納器件及系統的需求逐漸顯現并增加。這些技術所需的零件多是具有復雜三維幾何結構、由不同材料制造的，而微裝配技術是實現異質異構的非硅微系統集成的重要途經。微夾持機器人是微裝配系統的末端執行系統，其夾爪直接與被夾持對象相接觸，因此微夾持機器人的研究對于微裝配技術至關重要。微夾持機器人作為一種典型的微執行機構，在微機械零件的加工、微裝配和生物工程等領域均有很好的應用前景。

在微裝配中，裝配對象的尺寸一般為亞微米至微米量級，夾持力大小不合適，易使被夾持的零件發生變形、破碎等損壞。準確獲取夾持力是實現精確可靠微裝配的前提。另一方面，微裝配力會影響微裝配的一致性，因此在微型零件夾持裝配過程中，準確獲取微裝配力是確保裝配一致性的關鍵。

微裝配過程在微裝配空間中進行，由于顯微視覺系統具有景深小、視場小的特點，要通過顯微視覺技術實時檢測視場空間中各個零件和微夾鉗的運動特征較為困難。但要快速、精確地實現自動裝配任務，必須實時獲取夾爪運動特征信息。

另外，為了保證微夾持機器人在夾持錐形或圓柱形物體時被夾持物不易脫落，要求微夾持機器人的末端夾爪能夠平行移動。目前開發的微夾持機器人，在空載時夾爪能夠平行移動，但是為了實現夾持力傳感，采用了懸臂梁作為夾持力傳感機構，導致夾持零件時夾爪不再平行移動。因此，為了實現微型零件的可靠夾持，需要保證微夾鉗在夾持零件時夾爪仍保持平行移動，夾爪承載保持平行移動是目前微裝配領域亟待解決的問題。一般微裝配系統中，應用微夾持器夾取微小物體時，需集成夾持力傳感器，組成閉環控制系統實現夾持零件無損傷操作；集成微裝配力傳感器，組成閉環控制系統實現裝配零件無損傷操作。

發明內容

本發明的目的在于提供一種微夾持機器人，實現微夾鉗六自由度精密定位運動，同時集成的夾爪位移傳感單元、夾持力傳感單元和微裝配力傳感單元實現對夾爪位移、夾持力和微裝配力的檢測、傳感，并配合微夾持機器人控制器實現夾爪位移、夾持力和微裝配力的反饋控制。

本發明的技術方案為：

本發明實施例提供了一種微夾持機器人，所述的微夾持機器人由同時集成夾爪位移傳感單元、夾持力傳感單元和微裝配力傳感單元的微夾鉗、可沿X軸、Y軸和Z軸直線運動的精密電動平臺、可沿X軸和Z軸旋轉的雙軸精密電動旋轉臺、可沿Y軸旋轉的精密電動旋轉臺和微夾持機器人控制器構成，雙軸緊密電動旋轉臺由螺釘安裝在精密電動平臺上，精密電動旋轉臺由螺釘安裝在雙軸精密電動旋轉臺上；所述微夾鉗由螺釘安裝在微夾鉗與精密定位系統轉接器上，所述微夾鉗與精密定位系統轉接器通過螺釘或卡扣安裝在所述精密電動旋轉臺上，所述微夾鉗在實現微型零件夾持的同時可實現對夾爪位移、夾持力和微裝配力的同時檢測、傳感，并配合微夾持機器人控制器實現夾爪位移、夾持力和微裝配力的反饋控制。精密定位系統可實現沿X軸、Y軸和Z軸的直線運動和旋轉運動，不僅能實現夾持微型零件的精密定位，沿Z軸直線運動的精密電動平臺與微夾鉗一起可實現微裝配力的反饋控制。

其中，雙軸精密電動旋轉臺、精密電動平臺和精密電動旋轉臺這些產品屬于現有技術所存在的產品，例如采用日本神精津機所制造的產品。