專利名稱：全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈。
背景技術(shù)：
細(xì)微操作技術(shù)是精密儀器和精密機(jī)械達(dá)到高精度的關(guān)鍵技術(shù)之一，目前已被廣泛應(yīng)用在微外科手術(shù)、微細(xì)加工、光纖對(duì)接、微機(jī)電系統(tǒng)裝配等多學(xué)科領(lǐng)域。細(xì)微操作平臺(tái)用來承載細(xì)微操作時(shí)的操作對(duì)象，以便細(xì)微操作末端執(zhí)行器在其上對(duì)操作對(duì)象進(jìn)行特定的操作以完成指定任務(wù)?，F(xiàn)有的細(xì)微操作都基于開環(huán)控制，國(guó)內(nèi)外也有一些學(xué)者設(shè)計(jì)了多種柔性并聯(lián)機(jī)器人來執(zhí)行微米甚至納米級(jí)的多自由度移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，并有多項(xiàng)相關(guān)專利技術(shù)，例如一種三支鏈六自由度并聯(lián)柔性鉸鏈微動(dòng)機(jī)構(gòu)(中國(guó)專利CN200610151113. 7)，六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人(中國(guó)專利CN 200410013627. 7)，六自由度大行程、高精度柔性并聯(lián)機(jī)器人(中國(guó)專利CN2004100136^. 1)，但這些現(xiàn)有技術(shù)存在的主要問題是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、沒有力/力矩相關(guān)信息的反饋，并且受顯微設(shè)備精度所限，因此很難保證微細(xì)操作的精準(zhǔn)性和可靠性要求。另外，傳統(tǒng)的細(xì)微操作末端執(zhí)行器在操作過程中由于通常沒有實(shí)時(shí)反饋環(huán)節(jié)，很容易發(fā)生剛性碰撞，對(duì)操作對(duì)象和系統(tǒng)造成破壞性影響。中間支鏈為全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的核心支撐部件，因此有必要設(shè)計(jì)一種全新的具有全柔性關(guān)節(jié)的中間支鏈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，該全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈具有全柔性關(guān)節(jié)，能避免全柔性細(xì)微操作平臺(tái)剛性碰撞和破壞。發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，中間支鏈的中部設(shè)有四由度柔性鉸鏈，所述的四由度柔性鉸鏈包括上聯(lián)接環(huán)、下聯(lián)接環(huán)和中柱；上聯(lián)接環(huán)中設(shè)有三分支的Y型聯(lián)接片，Y型聯(lián)接片的三個(gè)分支均設(shè)置在同一水平面上，第一分支沿χ軸布置，第二分支沿y軸布置，第三分支沿與χ軸成135度的方向布置；下聯(lián)接環(huán)中設(shè)有沿圓周均勻分布的三片徑向片狀梁；三片徑向片狀梁均安裝在中柱下端，中柱的上端接Y型聯(lián)接片的底面。在所述的Y型聯(lián)接片上設(shè)有3片應(yīng)變片，每一片徑向片狀梁上設(shè)有1片應(yīng)變片。中間支鏈的兩個(gè)端部均設(shè)有圓錐螺紋。所述的全柔性細(xì)微操作平臺(tái)包括移動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)、一組中間支鏈和至少三組相同的側(cè)部支鏈；中間支鏈呈豎直設(shè)置，中間支鏈的上端連接移動(dòng)平臺(tái)的幾何中心；中間支鏈的下端連接固定平臺(tái)的幾何中心。
有益效果針對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)現(xiàn)存技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提出一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，全柔性細(xì)微操作平臺(tái)在承載操作對(duì)象的同時(shí)，中間支鏈能提供相應(yīng)四自由度的適當(dāng)彈性變形，避免末端執(zhí)行器在操作的過程產(chǎn)生剛性碰撞而對(duì)操作對(duì)象和系統(tǒng)造成破壞性影響，以此實(shí)現(xiàn)機(jī)械上的柔性操作。本發(fā)明的中間支鏈的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作精準(zhǔn)性和可靠性好、動(dòng)態(tài)性能優(yōu)良。具體應(yīng)用時(shí)，操作對(duì)象被支承在移動(dòng)平臺(tái)上，當(dāng)操作手對(duì)操作對(duì)象進(jìn)行細(xì)微操作時(shí)，中間支鏈在各柔性鉸鏈上的力敏元件表面會(huì)發(fā)生相應(yīng)的應(yīng)變，粘貼在彈性元件上的應(yīng)變片也會(huì)產(chǎn)生與應(yīng)變相對(duì)應(yīng)的電阻值變化，這種電阻值的變化經(jīng)放大、標(biāo)定和解耦后可以得到施加在移動(dòng)平臺(tái)上的力和力矩，具體如下Y型聯(lián)接片的第一分支上的應(yīng)變片用來檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)所受的沿χ方向的力Fx，第二分支上的應(yīng)變片用來檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)所受的沿y方向的力Fy，第三分支上的應(yīng)變片用來檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)所受的沿ζ方向的力內(nèi)；下聯(lián)接環(huán)中的三片徑向片狀梁構(gòu)件上的應(yīng)變片，用來檢測(cè)動(dòng)平臺(tái)所受的沿ζ軸方向的轉(zhuǎn)矩Mz，為操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)反饋和控制提供必要的信息，以實(shí)現(xiàn)控制方面的柔性裝配。當(dāng)操作完成后，由于沒有操作力作用在移動(dòng)平臺(tái)和各柔性鉸鏈上，各柔性鉸鏈恢復(fù)初始形狀?？偟膩碚f，本發(fā)明的中間支鏈作為全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的關(guān)鍵支撐支鏈，能有效防止操作不當(dāng)帶來的破壞和剛性碰撞，為控制系統(tǒng)提供定量的力和轉(zhuǎn)矩信息，為反饋控制提供數(shù)據(jù)支持。由于本發(fā)明能同時(shí)實(shí)現(xiàn)機(jī)械和控制方面的柔性操作，可以使細(xì)微操作達(dá)到極高的精度(精度能達(dá)到微米級(jí))和極高的可靠性。


圖1為本發(fā)明的細(xì)微操作平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為細(xì)微操作平臺(tái)側(cè)部支鏈?zhǔn)褂玫娜嵝郧蜚q鏈?zhǔn)疽鈭D。圖3為細(xì)微操作平臺(tái)側(cè)部支鏈?zhǔn)褂玫娜嵝砸苿?dòng)鉸鏈?zhǔn)疽鈭D。圖4為細(xì)微操作平臺(tái)中部支鏈?zhǔn)褂玫乃挠啥热嵝糟q鏈?zhǔn)疽鈭D。標(biāo)號(hào)說明1-固定平臺(tái)，2-側(cè)部支鏈的柔性球鉸鏈，3-柔性移動(dòng)鉸鏈，4-中部支鏈?zhǔn)褂玫乃挠啥热嵝糟q鏈，5-中部支鏈；6-移動(dòng)平臺(tái)，7-側(cè)部支鏈；
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實(shí)施例1 如圖1和圖4，中間支鏈的中部設(shè)有四由度柔性鉸鏈，所述的四由度柔性鉸鏈包括上聯(lián)接環(huán)、下聯(lián)接環(huán)和中柱；上聯(lián)接環(huán)中設(shè)有三分支的Y型聯(lián)接片，Y型聯(lián)接片的三個(gè)分支均設(shè)置在同一水平面上，第一分支沿χ軸布置，第二分支沿y軸布置，第三分支沿與χ軸成135度的方向布置；下聯(lián)接環(huán)中設(shè)有沿圓周均勻分布的三片徑向片狀梁；三片徑向片狀梁均安裝在中柱下端，中柱的上端接Y型聯(lián)接片的底面。
中間支鏈的兩個(gè)端部均設(shè)有圓錐螺紋。如圖1-4，一種基于中間支鏈的全柔性六自由度細(xì)微操作平臺(tái)，包括移動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)、一組前述的中間支鏈和至少三組相同的側(cè)部支鏈；側(cè)部支鏈呈豎直設(shè)置，側(cè)部支鏈相對(duì)中間支鏈周向均勻布置在移動(dòng)平臺(tái)和固定平臺(tái)之間；中間支鏈呈豎直設(shè)置，中間支鏈的上端連接移動(dòng)平臺(tái)的幾何中心；中間支鏈的下端連接固定平臺(tái)的幾何中心；每一個(gè)側(cè)部支鏈的兩端各設(shè)有一個(gè)柔性球鉸鏈，每一個(gè)的側(cè)部支鏈的中部設(shè)有一個(gè)柔性移動(dòng)鉸鏈；所述的柔性移動(dòng)鉸鏈由上部連接柱、下部連接柱、用于支撐柔性移動(dòng)鉸鏈上部的上支承與用于連接柔性移動(dòng)鉸鏈下端的下支承對(duì)接而成，上支承和下支承都由2個(gè)互成90 度的馬釘型梁構(gòu)成，上支承和下支承的對(duì)接處形成一個(gè)中空的十字形構(gòu)件；(構(gòu)成該十字形構(gòu)件的4個(gè)單臂中，相鄰的兩個(gè)單臂組成一個(gè)整體成為上支承的一部分，另外兩個(gè)單臂組成一個(gè)整體成為下支承的一部分。)上支承和下支承分別與上部連接柱和下部連接柱連接。所述的柔性球鉸鏈包括上部連接環(huán)和下部連接環(huán)，上部連接環(huán)和下部連接環(huán)分別位于柔性球鉸鏈的上端和下端；上部連接環(huán)和下部連接環(huán)通過三片軸向肋連接，上部連接環(huán)上設(shè)有2條χ軸方向的梭型通槽，下部連接環(huán)上設(shè)有2條y軸方向的梭型通槽。在所述的上部連接環(huán)和下部連接環(huán)外端部均設(shè)有圓錐內(nèi)螺紋；在上部連接柱和下部連接柱設(shè)有圓錐外螺紋；所述的圓錐內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋相適配。在所述的Y型聯(lián)接片上設(shè)有3片應(yīng)變片，在每一個(gè)十字形構(gòu)件上設(shè)有2片應(yīng)變片， 每一片徑向片狀梁上設(shè)有1片應(yīng)變片。所述的側(cè)部支鏈為三組。三個(gè)側(cè)部支鏈中的柔性移動(dòng)鉸鏈中的十字形構(gòu)件上的應(yīng)變片分別用來檢測(cè)支鏈所受的拉壓力[F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3]，根據(jù)所得的拉壓力[F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3]和力雅克比矩陣J計(jì)算出移動(dòng)平臺(tái)沿X，y和ζ軸的轉(zhuǎn)矩Mx，My和Mz
權(quán)利要求
1.一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，其特征在于，中間支鏈的中部設(shè)有四由度柔性鉸鏈，所述的四由度柔性鉸鏈包括上聯(lián)接環(huán)、下聯(lián)接環(huán)和中柱；上聯(lián)接環(huán)中設(shè)有三分支的Y型聯(lián)接片，Y型聯(lián)接片的三個(gè)分支均設(shè)置在同一水平面上， 第一分支沿X軸布置，第二分支沿y軸布置，第三分支沿與X軸成135度的方向布置；下聯(lián)接環(huán)中設(shè)有沿圓周均勻分布的三片徑向片狀梁；三片徑向片狀梁均安裝在中柱下端，中柱的上端接Y型聯(lián)接片的底面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，其特征在于，在所述的Y型聯(lián)接片上設(shè)有3片應(yīng)變片，每一片徑向片狀梁上設(shè)有1片應(yīng)變片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，其特征在于，中間支鏈的兩個(gè)端部均設(shè)有圓錐螺紋。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，其特征在于，所述的全柔性細(xì)微操作平臺(tái)包括移動(dòng)平臺(tái)、固定平臺(tái)、一組中間支鏈和至少三組相同的側(cè)部支鏈；中間支鏈呈豎直設(shè)置，中間支鏈的上端連接移動(dòng)平臺(tái)的幾何中心；中間支鏈的下端連接固定平臺(tái)的幾何中心。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈，中間支鏈的中部設(shè)有四由度柔性鉸鏈，所述的四由度柔性鉸鏈包括上聯(lián)接環(huán)、下聯(lián)接環(huán)和中柱；上聯(lián)接環(huán)中設(shè)有三分支的Y型聯(lián)接片，Y型聯(lián)接片的三個(gè)分支均設(shè)置在同一水平面上，第一分支沿x軸布置，第二分支沿y軸布置，第三分支沿與x軸成135度的方向布置；下聯(lián)接環(huán)中設(shè)有沿圓周均勻分布的三片徑向片狀梁；三片徑向片狀梁均安裝在中柱下端，中柱的上端接Y型聯(lián)接片的底面。該全柔性細(xì)微操作平臺(tái)的中間支鏈具有全柔性關(guān)節(jié)，具有4個(gè)自由度，能避免全柔性細(xì)微操作平臺(tái)產(chǎn)生剛性碰撞和破壞。
文檔編號(hào)B25J9/08GK102501245SQ201110348780
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者何麗云, 凌志剛, 張輝, 梁橋康, 王耀南, 陳潔平 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)