微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺的製作方法

2023-05-27 06:58:16

專利名稱：微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種微小型機器人的移動定位平臺。
背景技術：
隨著MEMS技術和精密工程的不斷發展，市場對具有體積小，能完成多種微操作任務，能實現大範圍內快速、高精密移動定位的微小型機器人產生了迫切的需求。在移動定位驅動方面，經常採用以下兩種方式1、採用電機驅動的宏運動方式；2、採用功能材料驅動的微運動方式。單一地採用宏驅動方式，速度快，但精度低，無法滿足高精度定位要求；單一地採用微驅動方式，定位精度高，但速度慢。由此可見，單一地採用某一種驅動定位方式，都無法高效高質量地完成微操作任務。有一些微操作機器人也採用了電機與功能材料的雙重驅動方式，並且能實現大範圍內的快速精密移動定位，但微驅動在縱向和橫向方向存在運動耦合，縱向和橫向上的運動解耦要靠控制算法實現，增加了控制系統的複雜性。

發明內容
為了克服已有的宏/微雙驅動方式在微驅動時存在運動耦合的缺陷，提供一種微驅動全解耦的機器人移動定位平臺。本發明的技術方案如下一種微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，它包括宏運動機構，它還包括外定位平臺1、內定位平臺2、過渡平臺3、外電磁鐵4、內電磁鐵5、I號壓電陶瓷6、II號壓電陶瓷7、III號壓電陶瓷8、IV號壓電陶瓷9、V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11，外定位平臺1與過渡平臺3之間開有外圈柔性鉸鏈槽12，過渡平臺3與內定位平臺2之間開有內圈柔性鉸鏈槽13，外電磁鐵4設置在外定位平臺1上，內電磁鐵5設置在內定位平臺2上的中間處，I號壓電陶瓷6、II號壓電陶瓷7、III號壓電陶瓷8和IV號壓電陶瓷9設置在外定位平臺1和過渡平臺3之間，I號壓電陶瓷6和III號壓電陶瓷8具有縱向伸長方向並且橫向對稱設置在過渡平臺3兩邊，II號壓電陶瓷7和IV號壓電陶瓷9具有橫向伸長方向並且縱向對稱設置在過渡平臺3兩邊，V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11設置在過渡平臺3和內定位平臺2之間，V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11的伸長方向互相平行並且對稱於內電磁鐵5。在大範圍內，機器人採用快速宏運動來逼近目標，當機器人運動到接近目標位置時，運動方式由快速宏運動切換到微運動模式，來實現機器人的精密定位。首先電機停止轉動，外(或內)電磁鐵通電與鐵磁性工作檯吸合，橡膠輪胎產生變形，完成宏/微運動切換。壓電陶瓷與電磁鐵配合，根據尺蠖蠕動原理，對機器人進行小範圍內的微動調整，可以實現對機器人移動定位平臺的高精密定位。微運動的運動控制如圖1所示，其運動方式如下a)II號壓電陶瓷7和IV號壓電陶瓷9同時伸長相同的長度，機器人定位平臺沿橫向移動一段微位移；b)I號壓電陶瓷6和III號壓電陶瓷8同時伸長相同的長度，機器人定位平臺沿縱向移動一段微位移；c)V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11同時伸長相同的長度，機器人定位平臺以其中心為軸轉動一個角度；機器人定位平臺微動時，可實現縱、橫方向的直線運動以及轉動，具有三個自由度，運動的方向由內外電磁鐵的通電順序來決定。由於本發明的移動定位平臺在微動時其縱向運動、橫向運動以及旋轉都能獨立地實現其各自精確地座標運動，微運動在縱和橫方向上完全解耦，簡化了理論模型與控制電路。本發明既可以在大範圍內實現快速移動，又可以在小範圍內實現高精度的位置調整，具有較大的推廣價值。


圖1是本發明的結構示意圖，圖2-圖4是本發明微動控制的順序框圖，圖5是圖1的A向視圖，圖6是本發明實施方式四的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一下面結合圖1和圖5具體說明本實施方式。它由宏運動機構、外定位平臺1、內定位平臺2、過渡平臺3、外電磁鐵4、內電磁鐵5、I號壓電陶瓷6、II號壓電陶瓷7、III號壓電陶瓷8、IV號壓電陶瓷9、V號壓電陶瓷10、VI號壓電陶瓷11組成，外定位平臺1與過渡平臺3之間開有外圈柔性鉸鏈槽12，過渡平臺3與內定位平臺2之間開有內圈柔性鉸鏈槽13，外電磁鐵4設置在外定位平臺1上，內電磁鐵5設置在內定位平臺2上的中間處，I號壓電陶瓷6、II號壓電陶瓷7、III號壓電陶瓷8和IV號壓電陶瓷9設置在外定位平臺1和過渡平臺3之間，I號壓電陶瓷6和III號壓電陶瓷8具有縱向伸長方向並且橫向對稱設置在過渡平臺3兩邊，II號壓電陶瓷7和IV號壓電陶瓷9具有橫向伸長方向並且縱向對稱設置在過渡平臺3兩邊，V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11設置在過渡平臺3和內定位平臺2之間，V號壓電陶瓷10和VI號壓電陶瓷11的伸長方向互相平行並且對稱於內電磁鐵5。圖2至圖4給出了微動動作的實現方式和工作的順序，其中X正方向代表橫向運動的一個方向，-X方向代表橫向運動的另一個方向，縱向運動與橫向運動的原理是相同的。
具體實施方式
二下面結合圖1和圖5具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是，宏運動機構由兩個主動輪23、兩個從動輪14、電機15-1和電機15-2組成，兩個主動輪23分別設置在外定位平臺1的一組對角處，兩個從動輪14分別設置在外定位平臺1的另一組對角處，電機15-1和電機15-2給主動輪23提供旋轉動力。兩個主動輪23和兩個從動輪14的輪緣外表面都是橡膠材質。如此設置，當電磁鐵得電後與鐵磁性工作檯相吸引時，橡膠變形，使外定位平臺1或內定位平臺2不移動位置。該微小型機器人移動定位平臺共有如下4種宏運動方式a)直線前進與後退電機15-1、電機15-2保持相同的轉速同時向前/向後轉動；b)前向左右轉彎保持電機15-1、電機15-2以不同的轉速同時向前轉動；c)後向左右轉彎保持電機15-1、電機15-2以不同的轉速同時向後轉動；d)零半徑圓周運動電機15-1、電機15-2保持相同的轉速，相反的方向同時轉動。其它組成和連接關係與實施方式一相同。
具體實施方式
三下面結合圖1具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是，它還包括四條條形柔性鉸鏈槽16，條形柔性鉸鏈槽16分別開在過渡平臺3的四個框邊上並且沿框邊的長度方向設置。如此設置，能提高本發明平臺微動時的變形移動能力，提高柔性。其它組成和連接關係與實施方式一相同。
具體實施方式
四下面結合圖1和圖6具體說明本實施方式。本實施方式與實施方式一的不同點是，V號壓電陶瓷10或VI號壓電陶瓷11的兩側面處的過渡平臺3上開有月牙缺口17，月牙缺口17內設置彎曲彈簧18，彎曲彈簧18的兩端連接在過渡平臺3上。如此設置，提高了微動時旋轉運動的旋轉變形能力，而且彎曲彈簧18使內定位平臺2與過渡平臺3之間的彈性回位準確、快捷。其它組成和連接關係與實施方式一相同。
權利要求
1.一種微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，它包括宏運動機構，其特徵是它還包括外定位平臺(1)、內定位平臺(2)、過渡平臺(3)、外電磁鐵(4)、內電磁鐵(5)、I號壓電陶瓷(6)、II號壓電陶瓷(7)、III號壓電陶瓷(8)、IV號壓電陶瓷(9)、V號壓電陶瓷(10)和VI號壓電陶瓷(11)，外定位平臺(1)與過渡平臺(3)之間開有外圈柔性鉸鏈槽(12)，過渡平臺(3)與內定位平臺(2)之間開有內圈柔性鉸鏈槽(13)，外電磁鐵(4)設置在外定位平臺(1)上，內電磁鐵(5)設置在內定位平臺(2)上的中間處，I號壓電陶瓷(6)、II號壓電陶瓷(7)、III號壓電陶瓷(8)和IV號壓電陶瓷(9)設置在外定位平臺(1)和過渡平臺(3)之間，I號壓電陶瓷(6)和III號壓電陶瓷(8)具有縱向伸長方向並且橫向對稱設置在過渡平臺(3)兩邊，II號壓電陶瓷(7)和IV號壓電陶瓷(9)具有橫向伸長方向並且縱向對稱設置在過渡平臺(3)兩邊，V號壓電陶瓷(10)和VI號壓電陶瓷(11)設置在過渡平臺(3)和內定位平臺(2)之間，V號壓電陶瓷(10)和VI號壓電陶瓷(11)的伸長方向互相平行並且對稱於內電磁鐵(5)。
2.根據權利要求1所述的微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，其特徵是宏運動機構由兩個主動輪(23)、兩個從動輪(14)、電機(15-1)和電機(15-2)組成，兩個主動輪(23)分別設置在外定位平臺(1)的一組對角處，兩個從動輪(14)分別設置在外定位平臺(1)的另一組對角處，電機(15-1)和電機(15-2)給主動輪(23)提供旋轉動力，兩個主動輪(23)和兩個從動輪(14)的輪緣外表面都是橡膠材質。
3.根據權利要求1所述的微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，其特徵是它還包括四條條形柔性鉸鏈槽(16)，條形柔性鉸鏈槽(16)分別開在過渡平臺(3)的四個框邊上並且沿框邊的長度方向設置
4.根據權利要求1所述的微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，其特徵是V號壓電陶瓷(10)或VI號壓電陶瓷(11)的兩側面處的過渡平臺(3)上開有月牙缺口(17)，月牙缺口(17)內設置彎曲彈簧(18)，彎曲彈簧(18)的兩端連接在過渡平臺(3)上。
全文摘要
一種微驅動全解耦的宏/微雙驅動微小型機器人移動定位平臺，它包括宏運動機構，它還包括外定位平臺(1)、內定位平臺(2)、過渡平臺(3)、外電磁鐵(4)、內電磁鐵(5)、I號壓電陶瓷(6)、II號壓電陶瓷(7)、III號壓電陶瓷(8)、IV號壓電陶瓷(9)、V號壓電陶瓷(10)和VI號壓電陶瓷(11)，外定位平臺(1)與過渡平臺(3)之間開有外圈柔性鉸鏈槽(12)，過渡平臺(3)與內定位平臺(2)之間開有內圈柔性鉸鏈槽(13)，外電磁鐵(4)設置在外定位平臺(1)上，內電磁鐵(5)設置在內定位平臺(2)上的中間處，(6)、(7)、(8)和(9)設置在(1)和(3)之間，(10)和(11)設置在(3)和(2)之間。本發明微動時其縱向運動、橫向運動以及旋轉都能獨立地實現其各自精確地坐標運動，微運動在縱和橫方向上完全解耦。
文檔編號G12B5/00GK1597268SQ200410043759
公開日2005年3月23日 申請日期2004年7月30日 優先權日2004年7月30日
發明者孫立寧, 李滿天, 陳海初 申請人:哈爾濱工業大學