專利名稱：四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及先進(jìn)制造和精密加工領(lǐng)域，提供了ー種空間四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在電子行業(yè)、生物和遺傳工程等各個(gè)領(lǐng)域的エ作對(duì)象也越來越小，要求的操作精度越來越高，因而開發(fā)ー些工作對(duì)象是微小物體的微細(xì)、超微細(xì)作業(yè)器件和設(shè)變得日益迫切。如果對(duì)象在Imffl以上，則借助人眼可以直接進(jìn)行作業(yè)；如果對(duì)象在Iram以下，則必須借助顯微鏡進(jìn)行操作和處理。在機(jī)電行業(yè)中，像手機(jī)、計(jì)算器之類的微小機(jī)器已經(jīng)盛行起來，對(duì)微小零件的加工、組裝、調(diào)整及成品檢查等的專門技 術(shù)要求日益迫切；為了了解細(xì)胞、身體器官的結(jié)構(gòu)，微小對(duì)象物的操作是必需的。此外，在醫(yī)療領(lǐng)域中微外科手術(shù)等都急需ー些不給人體帶來大痛苦的微細(xì)作業(yè)的方法和手段。在精密測(cè)試與制造，生物工程，外科醫(yī)療，集成電路制造等領(lǐng)域也需要對(duì)ー些微小的對(duì)象進(jìn)行操作。而這些微細(xì)作業(yè)由人直接實(shí)施是困難的，必須依賴機(jī)器人。在微米、納米尺度世界中，它們不大服從現(xiàn)有的ー些物理法則，用現(xiàn)有的一般機(jī)器人是不能勝任的。必須使用微細(xì)作業(yè)系統(tǒng)。因此，從亞毫米到亞微米的微細(xì)機(jī)械零件的組裝，微小圖形的修補(bǔ)，基因轉(zhuǎn)移，細(xì)胞的分離和納米微驅(qū)動(dòng)機(jī)器人是指機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位移在幾微米和幾百微米的范圍內(nèi)；微動(dòng)機(jī)器人是指對(duì)微小物體的整體或部分進(jìn)行精度在微米或亞微米級(jí)的操作和處理；微小型機(jī)器人體積小、耗能低，能進(jìn)入一般機(jī)械系統(tǒng)無法進(jìn)入的狹窄作業(yè)空間，方便地進(jìn)行精細(xì)操作。用于微動(dòng)機(jī)器人的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，在運(yùn)動(dòng)原理上與一般并聯(lián)機(jī)構(gòu)類似，通?；谒枳杂啥龋诳紤]運(yùn)動(dòng)桿副的類型、配置及驅(qū)動(dòng)方式和總體布局的條件下進(jìn)行選擇，常采用壓電陶瓷作為各個(gè)分支的驅(qū)動(dòng)，由于整體結(jié)構(gòu)采用ー塊材料進(jìn)行切割，所以避免了宏觀機(jī)器人的安裝和運(yùn)動(dòng)副之間的摩擦對(duì)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)能力的影響。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的宏觀并聯(lián)機(jī)器人對(duì)于裝配和安裝的嚴(yán)格要求以及在使用中存在的精度不足等缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了ー種四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，該微動(dòng)機(jī)器人采用柔性鉸鏈代替宏觀的運(yùn)動(dòng)副，避免了并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于運(yùn)動(dòng)副軸線裝配誤差及運(yùn)動(dòng)副存在的間隙對(duì)末端平臺(tái)運(yùn)動(dòng)特性所造成的影響使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)精度達(dá)到納米級(jí)。此四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，加工和安裝方便。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人包括動(dòng)平臺(tái)，靜平臺(tái)和四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的分支，每個(gè)分支通過虎克鉸鏈和動(dòng)平臺(tái)相互連接，通過由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的復(fù)合鉸鏈和靜平臺(tái)相互連接。在每個(gè)分支中有ー個(gè)壓電陶瓷，其固定在靜平臺(tái)上，用來驅(qū)動(dòng)由四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副組成的復(fù)合鉸鏈中的兩個(gè)連桿，從而達(dá)到使整個(gè)四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)起來的目的。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)緊湊，能實(shí)現(xiàn)無摩擦，無間隙和高分辨率的傳動(dòng)。該機(jī)器人在精細(xì)加工方面具有方程廣的應(yīng)用背景和實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，可以應(yīng)用到精細(xì)加工，光纖對(duì)接等場(chǎng)合。通過分析該并聯(lián)機(jī)器人的各分支運(yùn)動(dòng)形式，可以得到這種并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)在空間的三個(gè)平動(dòng)和ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
以下結(jié)合附圖
和實(shí)施實(shí)例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)ー步說明。圖I是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型一個(gè)分支的結(jié)構(gòu)。以上附圖中1.末端執(zhí)行器，2.動(dòng)平臺(tái)，3.虎克鉸鏈，4.連桿，5.螺釘，6.壓電陶瓷，7.虎克鉸鏈，8.連桿，9.連桿，10.連桿，11.連桿12.轉(zhuǎn)動(dòng)副，13.靜平臺(tái)，14.連桿，15.轉(zhuǎn)動(dòng)副。其中柔性連桿8和連桿10長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)完全相同，連桿9和連桿4的長(zhǎng)短和結(jié)構(gòu)也完全相同；其中一個(gè)分支中的轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線方向相同，其中一個(gè)分支中的虎克鉸鏈的結(jié)構(gòu)和軸線方向也一祥。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)分析。如圖I所示為四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，其主要包括末端執(zhí)行器I，其焊接在動(dòng)平臺(tái)2上，和動(dòng)平臺(tái)具有一致的運(yùn)動(dòng)形式。動(dòng)平臺(tái)2通過虎克鉸鏈3相互連接，虎克鉸鏈3和虎克鉸鏈7通過連桿4相互連接。壓電陶瓷6固定在靜平臺(tái)13上，其位于復(fù)合鉸鏈的中間部位，其對(duì)于連桿8和9進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，通過直接接觸發(fā)生微位移，從而使整個(gè)機(jī)構(gòu)發(fā)生變化,產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此四自由度微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人各分支具有相同的結(jié)構(gòu)，每個(gè)分支對(duì)于機(jī)構(gòu)的動(dòng)平臺(tái)提供一個(gè)約束力偶，由于四個(gè)分支為對(duì)稱布置，所以動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)在空間的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)和一個(gè)移動(dòng)，所以此并聯(lián)機(jī)器人具有四個(gè)自由度，每個(gè)分支有一個(gè)驅(qū)動(dòng)，則機(jī)器人的動(dòng)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)具有卻動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型避免了以前宏觀少自由度并聯(lián)機(jī)器人對(duì)于裝配和安裝的嚴(yán)格要求，以及傳動(dòng)摩擦對(duì)于機(jī)器人動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)能力的影響，動(dòng)平臺(tái)的定位精度達(dá)到納米級(jí)。本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技木。上述實(shí)例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人,其特征在于該四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和四個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)分支組成，每個(gè)分支包括四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和四個(gè)虎克鉸鏈，其通過連桿相互連接，各分支通過虎克鉸鏈和動(dòng)靜平臺(tái)相互連接，每個(gè)分支通過ー個(gè)壓電陶瓷來驅(qū)動(dòng)其兩邊的連桿，通過轉(zhuǎn)動(dòng)副的變形來達(dá)到驅(qū)動(dòng)整個(gè)分支。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，其特征在于壓電陶瓷固定到復(fù)合鉸鏈的中間，對(duì)所在的分支進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，其特征在干四個(gè)分支均布在四邊形的四個(gè)邊上，固定在動(dòng)平臺(tái)末端執(zhí)行器可以實(shí)現(xiàn)在空間的三個(gè)平臺(tái)和ー個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，該機(jī)器人由靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)和四個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)分支組成，每個(gè)分支通過連桿和四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副和四個(gè)虎克鉸鏈相互連接，在壓電陶瓷來驅(qū)動(dòng)下，其通過轉(zhuǎn)動(dòng)副的變形來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。該四自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人避免了宏觀機(jī)器人由于裝配和安裝誤差和運(yùn)動(dòng)副之間摩擦對(duì)于機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的影響，精度可以達(dá)到納米級(jí)。本實(shí)用新型采用對(duì)稱機(jī)構(gòu)，整個(gè)機(jī)構(gòu)采用一塊整體材料切割而成，避免了安裝和加工等誤差，精度可比較高，從而實(shí)現(xiàn)高精度的傳遞運(yùn)動(dòng)。
文檔編號(hào)B25J7/00GK202622795SQ20122010451
公開日2012年12月26日 申請(qǐng)日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者韓書葵, 劉玉青, 王冰 申請(qǐng)人:北華航天工業(yè)學(xué)院