一種大行程三自由度微操作機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微操作機器人，具體是一種大行程三自由度微操作機器人，屬于微電子機械系統(tǒng)(MEMS )技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]精密微操作機器人在光電子工程、生命科學(xué)、半導(dǎo)體制造與檢測、航空航天、精密加工等高科技領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景，為了獲得微米甚至亞納米級的定位分辨率，傳統(tǒng)鉸鏈已被無間隙、無摩擦、無需潤滑、無沖擊的柔性鉸鏈所取代，并聯(lián)機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運動鏈短、剛度高和承載能力大等優(yōu)點，因此是微操作機器人的優(yōu)選構(gòu)型。
[0003]目前，國內(nèi)的哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、燕山大學(xué)、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)等高校，國外的韓國先進科技學(xué)院、國立首爾大學(xué)等高校，研制出了一系列三自由度柔性并聯(lián)微操作機器人，但這些微操作機器人存在空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整塊加工制造難度大，各運動自由度不解耦及行程小等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種大行程三自由度微操作機器人，其能夠精密平穩(wěn)的實現(xiàn)兩個空間微轉(zhuǎn)動及一個微平動，具有結(jié)構(gòu)簡單、易于整塊加工制造、運動解耦及大行程等優(yōu)點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種大行程三自由度微操作機器人，它包括:
底部基座、上部動平臺以及連接兩者三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈；
所述每條平面運動支鏈中的曲線軸柔性鉸鏈上端與動平臺連接，下端與中部輸出桿連接;
所述輸出桿左側(cè)通過平行四桿機構(gòu)I與左輸入桿連接、右側(cè)通過平行四桿機構(gòu)II與右輸入桿連接，左輸入桿右側(cè)通過平行四桿機構(gòu)III與中部固定桿連接，右輸入桿左側(cè)通過平行四桿機構(gòu)IV與中部的固定桿連接，所述固定桿與基座相連；
其中，位于平面運動支鏈中心位置的微位移驅(qū)動器的左、右兩端分別與左輸入桿、右輸入桿連接。
[0006]所述的平行四桿機構(gòu)1、平行四桿機構(gòu)I1、平行四桿機構(gòu)III以及平行四桿機構(gòu)IV結(jié)構(gòu)完全相同；
均含有兩條相同的桿鏈，桿鏈含有單軸柔性鉸鏈1、單軸柔性鉸鏈II和連于兩者之間的曲柄；
所述單軸柔性鉸鏈I的旋轉(zhuǎn)軸與單軸柔性鉸鏈II的旋轉(zhuǎn)軸平行但不重合且垂直于曲線軸柔性鉸鏈的曲線軸所在平面；
其中，所述平行四桿機構(gòu)I與平行四桿機構(gòu)II水平對稱分布，平行四桿機構(gòu)III與平行四桿機構(gòu)IV水平對稱分布，平行四桿機構(gòu)I與平行四桿機構(gòu)III垂直對稱分布，平行四桿機構(gòu)II與平行四桿機構(gòu)IV垂直對稱分布，從而構(gòu)成平面橋式機構(gòu)，獲得高位移放大比、實現(xiàn)動平臺的大行程動作。
[0007]三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈以并聯(lián)形式連于動平臺與基座之間，三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈兩兩之間相互成120°夾角分布呈閉合三角形狀態(tài)。
[0008]本發(fā)明為整體加工成型的非組裝件。
[0009]所述平面運動支鏈為一次切割的一體成型結(jié)構(gòu)。
[0010]與現(xiàn)有的三自由度微操作機器人相比:本發(fā)明能夠精密平穩(wěn)的實現(xiàn)兩個空間微轉(zhuǎn)動及一個微平動；
并且采用了曲線軸柔性鉸鏈:既能保證機構(gòu)的空間三維微運動，又能實現(xiàn)各平面運動支鏈的一次加工制造；
多個平行四桿機構(gòu)組合形成橋式機構(gòu)可將微位移驅(qū)動器的輸入位移放大約十倍，且三條支鏈可緊湊布置，使得微操作機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、易于整塊加工制造、運動解耦及大行程等優(yōu)點，可廣泛應(yīng)用在光電子工程、生命科學(xué)、半導(dǎo)體制造與檢測、航空航天、精密加工等高科技領(lǐng)域中。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)右視圖；
圖3是任意平行四桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖中:1、基座，2、動平臺，3、平面運動支鏈，4、曲線軸柔性鉸鏈，5、輸出桿，6、平行四桿機構(gòu)I，7、平行四桿機構(gòu)11，8、平行四桿機構(gòu)111，9、平行四桿機構(gòu)IV，10、左輸入桿，11、右輸入桿，12、固定桿，13、微位移驅(qū)動器，14、單軸柔性鉸鏈I，15、單軸柔性鉸鏈II，16、曲柄，17、桿鏈。
【具體實施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0014]其中，本發(fā)明以附圖2為基準，附圖2的左、右、上、下、中心為本發(fā)明的左、右、上、下、中心。應(yīng)注意到的是:除非另外具體說明，否則本實施例中闡述的部件的相對布置、數(shù)值等不限于本發(fā)明的范圍。
[0015]本發(fā)明為一種大行程三自由度微操作機器人，它包括:
如圖1所示，底部基座1、上部動平臺2以及連接兩者三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈3 ;其中，所述三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈3以并聯(lián)形式連于動平臺2與基座I之間，三條結(jié)構(gòu)相同的平面運動支鏈3兩兩之間相互成120°夾角分布呈閉合三角形狀態(tài)；
所述每條平面運動支鏈3中的曲線軸柔性鉸鏈4上端與動平臺2連接，下端與中部輸出桿5連接；
所述輸出桿5左側(cè)通過平行四桿機構(gòu)I 6與左輸入桿10連接、右側(cè)通過平行四桿機構(gòu)
II7與右輸入桿11連接，左輸入桿10右側(cè)通過平行四桿機構(gòu)III 8與中部固定桿12連接，右輸入桿11左側(cè)通過平行四桿機構(gòu)IV 9與中部的固定桿12連接，所述固定桿12與基座I相連； 其中，位于平面運動支鏈3中心位置的微位移驅(qū)動器13的左、右兩端分別與左輸入桿
10、右輸入桿11連接。
[0016]其中，平行四桿機構(gòu)I 6、平行四桿機構(gòu)II 7、平行四桿機構(gòu)III8以及平行四桿機構(gòu)IV 9結(jié)構(gòu)完全相同；
均含有兩條相同的桿鏈17，桿鏈17含有單軸柔性鉸鏈I 14、單軸柔性鉸鏈II 15和連于兩者之間的曲柄16 ；
所述單軸柔性鉸鏈I 14的旋轉(zhuǎn)軸與單軸柔性鉸鏈II 15的旋轉(zhuǎn)軸平行但不重合且垂直于曲線軸柔性鉸鏈4的曲線軸所在平面；因此單個平面運動支鏈3可