專利名稱：三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人。
實(shí)現(xiàn)精細(xì)操作的微動(dòng)機(jī)器人正隨著微米/納米工程的深入而受到人們?nèi)找骊P(guān)注，利用柔性(或稱彈性)鉸鏈替代實(shí)際運(yùn)動(dòng)副使得并聯(lián)結(jié)構(gòu)微動(dòng)機(jī)器人不僅消除了常規(guī)運(yùn)動(dòng)副所具有的間隙、摩擦、空回現(xiàn)象，而且充分發(fā)揮出并聯(lián)機(jī)構(gòu)高剛度、高精度等固有的品質(zhì)特性。
六十年代初期，Ellis提出用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為微動(dòng)操作機(jī)械手，并應(yīng)用于生物技術(shù)和顯微外科中。為了提高精度，Magnani和Pernette研究了轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副、虎克鉸和球鉸的彈性結(jié)構(gòu)形式(即柔性鉸鏈)。Stoughton和Tanikawa用兩個(gè)六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)筷子操作運(yùn)動(dòng)；Hara和Hemini研究平面三自由度和六自由度微動(dòng)機(jī)器人；Hudgens和Tesar研究的六自由度并聯(lián)微操作器；Lee提出空間三自由度微動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)；Parikian研究用Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為空間純移動(dòng)微動(dòng)機(jī)器人的方案。
在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)研制了微動(dòng)工作臺(tái)；《儀器儀表學(xué)報(bào)》NO.1，1996報(bào)道，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了Stewart平臺(tái)結(jié)構(gòu)六自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人；在申請(qǐng)?zhí)枮?9119320.2、99102421.4和99121020.4專利文件中公開了“并聯(lián)解耦結(jié)構(gòu)六維力與力矩傳感器”和“具有彈性鉸鏈六維力與力矩傳感器”及“六自由度并聯(lián)解耦結(jié)構(gòu)微動(dòng)機(jī)器人”。
盡管國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者研究并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，但是這些研究成果和專利技術(shù)存在的主要問題是有的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的標(biāo)定困難，有的運(yùn)動(dòng)解耦難，尤其是尚未有三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)由運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、固定臺(tái)、連接運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)和固定臺(tái)的三支連桿組成。運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)通過三支連桿與固定臺(tái)連接，三支連桿與運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的連接是分布在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)三個(gè)互相垂直平面上的彈性虎克鉸，三支連桿分別通過三個(gè)彈性虎克鉸與分布在固定臺(tái)相互垂直的三個(gè)面板上的彈性移動(dòng)副連接，每個(gè)彈性移動(dòng)副連接著一個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有如下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明微動(dòng)機(jī)器人具有運(yùn)動(dòng)解耦、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、算法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三維解耦微移動(dòng)。這種微動(dòng)機(jī)器人的提出在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中具有特別重要的意義，它在精細(xì)操作和加工、納米尺寸制造、微動(dòng)工作臺(tái)、集成電路制造、生物和遺傳工程、顯微外科等領(lǐng)域有廣闊而明顯的應(yīng)用前景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
附圖的圖面說明如下

圖1是本發(fā)明三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步詳述三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由三個(gè)相互垂直的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)組成固定臺(tái)，運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)(4)通過三支連桿(18)、(16)、(6)分別與固定臺(tái)的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)相連接。三支連桿(18)、(16)、(6)的一端分別連接著分布在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)(4)三個(gè)相互垂直面上的三個(gè)彈性虎克鉸(17)、(12)、(5)，三支連桿(18)、(16)、(6)的另一端分別連接著三個(gè)彈性虎克鉸(19)、(15)、(7)，其三個(gè)彈性虎克鉸(19)、(15)、(7)分別連接著分布在固定臺(tái)相互垂直的底板(1)、側(cè)板(11)、背板(10)上的三個(gè)彈性移動(dòng)副(3)、(14)、(8)，彈性移動(dòng)副(3)、(14)、(8)分別連接著三個(gè)壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器(2)、(13)、(9)。
本發(fā)明微動(dòng)機(jī)器人為一體化結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、固定臺(tái)三個(gè)互相垂直的平面、三支連桿及其彈性虎克鉸、彈性移動(dòng)副均為一體。運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)(4)通過分布在固定臺(tái)三個(gè)互相垂直平面(1)、(11)、(10)上的壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器(2)、(13)、(9)驅(qū)動(dòng)三個(gè)彈性移動(dòng)副(3)、(14)、(8)實(shí)現(xiàn)沿X、Y、Z的三軸解耦微移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，由固定臺(tái)、運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)、連接固定臺(tái)與運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的連桿組成，其特征在于運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)通過三支連桿與固定臺(tái)連接，三支連桿與運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的連接是分布在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)三個(gè)互相垂直平面上的彈性虎克鉸，三支連桿分別通過三個(gè)彈性虎克鉸與分布在固定臺(tái)相互垂直的三個(gè)面板上的彈性移動(dòng)副連接，每個(gè)彈性移動(dòng)副連接著一個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
一種三自由度三軸結(jié)構(gòu)解耦并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人,主要特征是運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)通過三支連桿與固定臺(tái)連接,三支連桿與運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的連接是分布在運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)三個(gè)互相垂直平面上的彈性虎克鉸,三支連桿分別通過三個(gè)彈性虎克鉸與分布在固定臺(tái)相互垂直的三個(gè)面板上的彈性移動(dòng)副連接,每個(gè)彈性移動(dòng)副連接著一個(gè)微位移驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明運(yùn)動(dòng)解耦、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的解耦三維微移動(dòng),可廣泛用于集成電路、生物和遺傳工程、顯微外科等需要精細(xì)操作和加工的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B25J11/00GK1257772SQ00100198
公開日2000年6月28日 申請(qǐng)日期2000年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月17日
發(fā)明者高峰, 劉辛軍 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)