專利名稱：各向同性的三自由度微操作機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，特別是涉及一種各向 同性的三自由度微操作機(jī)器人。
技術(shù)背景微操作機(jī)器人運(yùn)動精細(xì)，具有亞微米至納米級的定位分辨率，在精密 機(jī)械工程、電子封裝、精細(xì)化工、光纖對接、生物和遺傳工程、材料科學(xué)、 毫微平面印刷、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊 湊、運(yùn)動鏈短、剛度高和承載能力大等優(yōu)點(diǎn)使其適合于作為微操作機(jī)器人 機(jī)構(gòu)原型。哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了一臺六自由度并聯(lián)微動機(jī)器人，它是一 個Stewart平臺的變異結(jié)構(gòu)，北京航空航天大學(xué)研制了一臺基于DELTA機(jī)構(gòu) 的并聯(lián)微動機(jī)器人，燕山大學(xué)研制了并聯(lián)六自由度機(jī)器人誤差補(bǔ)償器，河 北工業(yè)大學(xué)研制了正交解耦結(jié)構(gòu)六自由度微動機(jī)器人，楊啟志等研究了一 臺非對稱結(jié)構(gòu)三自由度并聯(lián)微動機(jī)器人，劉平安等研究了一種二平移一轉(zhuǎn) 動結(jié)構(gòu)三自由度并聯(lián)微動機(jī)器人，這些研究成果存在的主要問題是有的各 向同性差，有的標(biāo)定困難，有的位移解耦難。發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種各向同性的三自 由度微操作機(jī)器人，這種微操作機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)簡單、各向同性和算法簡 單等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三個自由度的平動微動， 在精密機(jī)械工程、電子封裝、精細(xì)化工、光纖對接、生物和遺傳工程、材 料科學(xué)、毫微平面印刷、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動 支鏈2連于基座1與運(yùn)動平臺3之間，其特征是運(yùn)動支鏈2由平行板彈 性移動副4、壓電陶瓷微位移器5、兩端帶有第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6和6'的 推桿9、 一端帶有第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈12的T形擺桿10、兩個兩端帶有柔性 球鉸7和7'的相互平行的支柱8和應(yīng)變片12組成。其中，推桿9的一端 由第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6與平行板彈性移動副4連接，推桿9的另一端由第
一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6'與T形擺桿10連接，T形擺桿10的一端由第二柔性轉(zhuǎn) 動鉸鏈12與基座1連接，另一端分別由兩個柔性球鉸7與兩個支柱8 —端 連接，兩個支柱8的另一端分別由兩個柔性球鉸7'與運(yùn)動平臺3連接，應(yīng) 變片11粘貼在第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈12兩側(cè)。平行板彈性移動副4為框架結(jié) 構(gòu)，壓電陶瓷微位移器5安裝在平行板彈性移動副4框架結(jié)構(gòu)的中部。三 條運(yùn)動支鏈2對應(yīng)的與運(yùn)動平臺3連接的三對柔性球鉸7'中心的連線分別 相互垂直。通過三個壓電陶瓷微位移器驅(qū)動對應(yīng)的平行板彈性移動副，可 實(shí)現(xiàn)微操作機(jī)器人工作臺的三自由度的微移動。由粘貼在第二柔性轉(zhuǎn)動鉸 鏈12兩側(cè)的應(yīng)變片的電壓提供運(yùn)動平臺3的位置反饋信號，來完成微操作 機(jī)器人三維微位移的檢測與控制。微動機(jī)器人本體是一次加工成型的非組 裝件。


圖1是各向同性三自由度微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)圖； 圖2是運(yùn)動分支的結(jié)構(gòu)圖。在圖l、 2中，l.基座，2.運(yùn)動支鏈，3.運(yùn)動平臺，4.平行板彈性移動 副，5.壓電陶瓷微位移器，6、 6'.第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈，7、 7'.柔性球鉸， 8.支柱，9.推桿，IO.T形擺桿，ll.應(yīng)變片，12.第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈。圖1是本發(fā)明公開的一個實(shí)施例，這種各向同性三自由度微操作機(jī)器 人，由基座l、三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈2、運(yùn)動平臺3組成，三條運(yùn)動支 鏈2以并聯(lián)形式連于運(yùn)動平臺3與基座1之間，其中，運(yùn)動支鏈2由平行 板彈性移動副4、壓電陶瓷微位移器5、兩端帶有第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6和6 '的推桿9、 一端帶有第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈12的T形擺桿10、兩個兩端帶有 柔性球鉸7和7'的相互平行的支柱8和應(yīng)變片12組成。其中，推桿9的 一端由第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6與平行板彈性移動副4連接，推桿9的另一端 由第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6'與T形擺桿10連接；T形擺桿10的一端由第二柔 性轉(zhuǎn)動鉸鏈12與基座1連接，另一端分別由兩個柔性球鉸7與兩個支柱8 一端連接，兩個支柱8的另一端分別由兩個柔性球鉸7'與運(yùn)動平臺3連接。 連接推桿9與T形擺桿10的第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈6的位置與第二柔性轉(zhuǎn)動鉸 鏈12的位置不重合，平行板彈性移動副4為框架結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷微位移器5安裝在平行板彈性移動副4框架結(jié)構(gòu)的中部，三條運(yùn)動支鏈2對應(yīng)的與運(yùn) 動平臺3連接的三對柔性球鉸7'中心的連線分別相互垂直。通過三個壓電 陶瓷微位移器驅(qū)動對應(yīng)的平行板彈性移動副，可實(shí)現(xiàn)微操作機(jī)器人工作臺 的三自由度的微移動。在第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈12兩側(cè)分別粘貼應(yīng)變片11組 成檢測電路，由檢測電路提供運(yùn)動平臺3的位置反饋電壓信號，來完成微 操作機(jī)器人三維微位移的檢測與控制。這種微操作機(jī)器人，本體是一次加工成型的非組裝件，具有結(jié)構(gòu)簡單 和各向同性等特點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三個自由度的微 移動，在精密機(jī)械工程、電子封裝、精細(xì)化工、光纖對接、生物和遺傳工 程、材料科學(xué)、毫微平面印刷、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1、一種各向同性的三自由度微操作機(jī)器人，包括基座(1)、運(yùn)動平臺(3)和連接兩者之間的三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈(2)，其特征是推桿(9)的一端由第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(6)與平行板彈性移動副(4)連接，推桿(9)的另一端第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(6′)與T形擺桿(10)連接，T形擺桿(10)的一端由第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(12)與基座(1)連接，另一端由一對柔性球鉸(7)與兩個支柱(8)一端連接，兩個支柱(8)的另一端由一對柔性球鉸(7′)與運(yùn)動平臺(3)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的各向同性的三自由度微操作機(jī)器人，其特征 是三條運(yùn)動支鏈(2)對應(yīng)的與運(yùn)動平臺(3)連接的三對柔性球鉸(7')中 心的連線分別相互垂直，連接推桿(9)與T形擺桿(10)的第一柔性轉(zhuǎn)動 鉸鏈6的位置與第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(12)的位置不重合。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的各向同性的三自由度微操作機(jī)器人，其 特征微操作機(jī)器人本體是一次加工成型的非組裝件。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的各向同性的三自由度微操作機(jī)器人，其特征: 應(yīng)變片(11)粘貼在第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(12)的兩側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種各向同性的三自由度微操作機(jī)器人。包括基座(1)、運(yùn)動平臺(3)和連接兩者之間的三條結(jié)構(gòu)相同的運(yùn)動支鏈(2)，其特征是運(yùn)動支鏈(2)由平行板彈性移動副(4)、壓電陶瓷微位移器(5)、兩端帶有第一柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(6)和(6′)的推桿(9)、一端帶有第二柔性轉(zhuǎn)動鉸鏈(12)的T形擺桿(10)、兩個兩端帶有柔性球鉸(7)和(7′)的相互平行的支柱(8)和應(yīng)變片(12)組成。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單與各向同性等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三個自由度的平動微動，在精密機(jī)械工程、電子封裝、精細(xì)化工、光纖對接、生物和遺傳工程、材料科學(xué)、毫微平面印刷、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號B25J3/00GK101161424SQ20071018523
公開日2008年4月16日 申請日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者義 岳, 金振林 申請人:燕山大學(xué)