[发明专利]各向同性的三自由度微操作机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子机械系统(MEMS)领域，特别是涉及一种各向同性的三自由度微操作机器人。

背景技术

微操作机器人运动精细，具有亚微米至纳米级的定位分辨率，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。并联机构结构紧凑、运动链短、刚度高和承载能力大等优点使其适合于作为微操作机器人机构原型。哈尔滨工业大学研制了一台六自由度并联微动机器人，它是一个Stewart平台的变异结构，北京航空航天大学研制了一台基于DELTA机构的并联微动机器人，燕山大学研制了并联六自由度机器人误差补偿器，河北工业大学研制了正交解耦结构六自由度微动机器人，杨启志等研究了一台非对称结构三自由度并联微动机器人，刘平安等研究了一种二平移一转动结构三自由度并联微动机器人，这些研究成果存在的主要问题是有的各向同性差，有的标定困难，有的位移解耦难。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种各向同性的三自由度微操作机器人，这种微操作机器人具有结构简单、各向同性和算法简单等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的平动微动，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由三条结构相同的运动支链2连于基座1与运动平台3之间，其特征是：运动支链2由平行板弹性移动副4、压电陶瓷微位移器5、两端带有第一柔性转动铰链6和6′的推杆9、一端带有第二柔性转动铰链12的T形摆杆10、两个两端带有柔性球铰7和7′的相互平行的支柱8和应变片12组成。其中，推杆9的一端由第一柔性转动铰链6与平行板弹性移动副4连接，推杆9的另一端由第一柔性转动铰链6′与T形摆杆10连接，T形摆杆10的一端由第二柔性转动铰链12与基座1连接，另一端分别由两个柔性球铰7与两个支柱8一端连接，两个支柱8的另一端分别由两个柔性球铰7′与运动平台3连接，应变片11粘贴在第二柔性转动铰链12两侧。平行板弹性移动副4为框架结构，压电陶瓷微位移器5安装在平行板弹性移动副4框架结构的中部。三条运动支链2对应的与运动平台3连接的三对柔性球铰7′中心的连线分别相互垂直。通过三个压电陶瓷微位移器驱动对应的平行板弹性移动副，可实现微操作机器人工作台的三自由度的微移动。由粘贴在第二柔性转动铰链12两侧的应变片的电压提供运动平台3的位置反馈信号，来完成微操作机器人三维微位移的检测与控制。微动机器人本体是一次加工成型的非组装件。

附图说明

图1是各向同性三自由度微操作机器人结构图；

图2是运动分支的结构图。

在图1、2中，1.基座，2.运动支链，3.运动平台，4.平行板弹性移动副，5.压电陶瓷微位移器，6、6′.第一柔性转动铰链，7、7′.柔性球铰，8.支柱，9.推杆，10.T形摆杆，11.应变片，12.第二柔性转动铰链。

图1是本发明公开的一个实施例，这种各向同性三自由度微操作机器人，由基座1、三条结构相同的运动支链2、运动平台3组成，三条运动支链2以并联形式连于运动平台3与基座1之间，其中，运动支链2由平行板弹性移动副4、压电陶瓷微位移器5、两端带有第一柔性转动铰链6和6′的推杆9、一端带有第二柔性转动铰链12的T形摆杆10、两个两端带有柔性球铰7和7′的相互平行的支柱8和应变片12组成。其中，推杆9的一端由第一柔性转动铰链6与平行板弹性移动副4连接，推杆9的另一端由第一柔性转动铰链6′与T形摆杆10连接；T形摆杆10的一端由第二柔性转动铰链12与基座1连接，另一端分别由两个柔性球铰7与两个支柱8一端连接，两个支柱8的另一端分别由两个柔性球铰7′与运动平台3连接。连接推杆9与T形摆杆10的第一柔性转动铰链6的位置与第二柔性转动铰链12的位置不重合，平行板弹性移动副4为框架结构，压电陶瓷微位移器5安装在平行板弹性移动副4框架结构的中部，三条运动支链2对应的与运动平台3连接的三对柔性球铰7′中心的连线分别相互垂直。通过三个压电陶瓷微位移器驱动对应的平行板弹性移动副，可实现微操作机器人工作台的三自由度的微移动。在第二柔性转动铰链12两侧分别粘贴应变片11组成检测电路，由检测电路提供运动平台3的位置反馈电压信号，来完成微操作机器人三维微位移的检测与控制。

这种微操作机器人，本体是一次加工成型的非组装件，具有结构简单和各向同性等特点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的微移动，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。