[发明专利]三自由度三轴结构解耦并联微动机器人

说明书

本发明属于先进制造技术领域，特别涉及一种三自由度三轴结构解耦并联微动机器人。

实现精细操作的微动机器人正随着微米/纳米工程的深入而受到人们日益关注，利用柔性(或称弹性)铰链替代实际运动副使得并联结构微动机器人不仅消除了常规运动副所具有的间隙、摩擦、空回现象，而且充分发挥出并联机构高刚度、高精度等固有的品质特性。

六十年代初期，Ellis提出用并联机构作为微动操作机械手，并应用于生物技术和显微外科中。为了提高精度，Magnani和Pernette研究了转动副、移动副、虎克铰和球铰的弹性结构形式(即柔性铰链)。Stoughton和Tanikawa用两个六自由度并联机构实现筷子操作运动；Hara和Hemini研究平面三自由度和六自由度微动机器人；Hudgens和Tesar研究的六自由度并联微操作器；Lee提出空间三自由度微动机器人结构；Parikian研究用Delta并联机构作为空间纯移动微动机器人的方案。

在国内，清华大学研制了微动工作台；《仪器仪表学报》NO.1，1996报道，哈尔滨工业大学研制了Stewart平台结构六自由度并联微动机器人；在申请号为99119320.2、99102421.4和99121020.4专利文件中公开了“并联解耦结构六维力与力矩传感器”和“具有弹性铰链六维力与力矩传感器”及“六自由度并联解耦结构微动机器人”。

尽管国内外有许多学者研究并联微动机器人，但是这些研究成果和专利技术存在的主要问题是有的结构复杂，有的标定困难，有的运动解耦难，尤其是尚未有三自由度三轴结构解耦并联微动机构。

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种三自由度三轴结构解耦并联微动机器人。

本发明的技术解决方案如下：

三自由度三轴结构解耦并联微动机器人的结构由运动工作台、固定台、连接运动工作台和固定台的三支连杆组成。运动工作台通过三支连杆与固定台连接，三支连杆与运动工作台的连接是分布在运动工作台三个互相垂直平面上的弹性虎克铰，三支连杆分别通过三个弹性虎克铰与分布在固定台相互垂直的三个面板上的弹性移动副连接，每个弹性移动副连接着一个微位移驱动器。

本发明与现有技术相比有如下优点：

本发明微动机器人具有运动解耦、结构简单紧凑、算法简单等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三维解耦微移动。这种微动机器人的提出在先进制造技术领域中具有特别重要的意义，它在精细操作和加工、纳米尺寸制造、微动工作台、集成电路制造、生物和遗传工程、显微外科等领域有广阔而明显的应用前景和实际应用价值。

附图的图面说明如下：

图1是本发明三自由度三轴结构解耦并联微动机器人结构示意图。

下面结合附图对本发明实施例作进一步详述：

三自由度三轴结构解耦并联微动机器人的结构如图1所示，由三个相互垂直的底板(1)、侧板(11)、背板(10)组成固定台，运动工作台(4)通过三支连杆(18)、(16)、(6)分别与固定台的底板(1)、侧板(11)、背板(10)相连接。三支连杆(18)、(16)、(6)的一端分别连接着分布在运动工作台(4)三个相互垂直面上的三个弹性虎克铰(17)、(12)、(5)，三支连杆(18)、(16)、(6)的另一端分别连接着三个弹性虎克铰(19)、(15)、(7)，其三个弹性虎克铰(19)、(15)、(7)分别连接着分布在固定台相互垂直的底板(1)、侧板(11)、背板(10)上的三个弹性移动副(3)、(14)、(8)，弹性移动副(3)、(14)、(8)分别连接着三个压电陶瓷微位移驱动器(2)、(13)、(9)。

本发明微动机器人为一体化结构，运动工作台、固定台三个互相垂直的平面、三支连杆及其弹性虎克铰、弹性移动副均为一体。运动工作台(4)通过分布在固定台三个互相垂直平面(1)、(11)、(10)上的压电陶瓷微位移驱动器(2)、(13)、(9)驱动三个弹性移动副(3)、(14)、(8)实现沿X、Y、Z的三轴解耦微移动。