一種新型精密微操作機器人結構的製作方法
2024-02-24 18:52:15
專利名稱：一種新型精密微操作機器人結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於精密微操作機器人領域。
背景技術：
微動機器人在精細加工、集成電路製造、光纖對接、CCD對接、生物和遺傳工程、航空航天等領域有著廣闊的應用前景。在微動機器人的研究中，並聯機構尤其引起人們的關注，這主要是因為並聯機構具有以下優點(1)結構緊湊(2)設計加工簡單，對溫度的靈敏度不高(3)驅動器可置於基架上(4)誤差積累及放大小(5)固有頻率高，避免了由震動引入的不可控制重複誤差。
斯陶頓(Stoughton)設計了一種由兩個並聯機構組成的微動機器人，每個並聯機構由六個壓電元件組成；胡根茲(Hudgens)和特塞(Tesar)提出了一種完全並聯的斯蒂瓦特(Stewart)平臺微動機器人；國內一些單位也研製了基於一般型Stewart機構的六自由度並聯微動機器人、混聯六自由度微動機器人、基於德爾它(Delta)機構的細胞操作微動機器人及並聯微動解耦機構微動機器人。他們為微動機器人的發展與進步作出了貢獻，其中一些研究成果已申請了專利。
發明內容
本發明的目的在於提供一種新型精密微操作機器人結構，它具有結構簡單緊湊、製造成本低、控制簡單、運動解析度高、動態特性好等優點，能實現無磨檫、無間隙和高解析度的微動操作。
本發明提供的一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是它包括空間並聯閉鏈機構A和平面並聯閉鏈機構B，所述的空間並聯閉鏈機構A是由定位座(A1、A2、A3、A4)、動平臺、4個定長杆和一個中間支鏈組成，所述的中間支鏈的中間是一個隨動柔性移動副，它由四塊金屬板(49、50、51、54)、四個柔性轉動副和一個柔性球鉸組成(如圖5所示)，金屬板49通過兩個柔性轉動副分別與金屬板50、54相聯，金屬板51通過兩個柔性轉動副分別與金屬板50、54相聯，柔性球鉸52位於金屬板51上方與動平臺8相聯，定位座(A1、A2、A3、A4)通過4個定長杆的四個球鉸(B1、B2、B3、B4)和一個中間支鏈的球鉸(B0)與動平臺相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A(如圖1所示)；所述的平面並聯閉鏈機構B包括工作檯(C1C2C3)、3個定長杆、定位座(E1、E2、E3)，3個定長杆的一端分別通過3個轉動副(C1、C2、C3)與工作檯(C1C2C3)相聯，定長杆的另一端分別通過3個轉動副(D1、D2、D3)與定位座(E1、E2、E3)相聯構成所述的平面並聯閉鏈機構B(如圖2所示)。
需要說明的是所說的工作檯(16)可以與空間並聯機構分離(如圖3所示)，也可以與空間並聯機構組成一體化結構(如圖4所示)；上述的球鉸、虎克鉸和轉動副均為柔性鉸結構，所說的微位移驅動器可以是壓電陶瓷微位移驅動器也可以是其它類型的微位移驅動器；定位座(2、5、22、24、9、14、18)由定位座座體55、微位移驅動器56、平行板柔性移動副57組成，如圖6、7所示。
由於本發明提出的空間四自由度並聯機構A(如圖1所示)和平面三自由度並聯機構B(如圖2所示)具有運動精度高、動態性能好等特點，因此本發明提供的新型精密微操作機器人結構具有結構簡單緊湊、控制簡單、運動解析度高、運動解耦、動態性能好等優點，能實現無磨檫、無間隙和高解析度的微動操作。
圖1為本發明中採用的空間四自由度並聯機構的機構中A1、A2、A3、A4表示球鉸或虎克鉸，B0、B1、B2、B3、B4表示球鉸。圖2為本發明中採用的平面三自由度並聯機構的機構中C1、C2、C3、D1、D2、D3表示轉動副，E1、E2、E3表示移動副。
圖3為本發明的精密微操作機器人實施例一的總體結構示意中1.基座，2.定位座，3.柔性虎克鉸或球鉸，4.定長杆，5.定位座，6.定長杆，7.柔性球鉸，8.動平臺，9.定位座，10.柔性轉動副，11.定長杆，12.柔性轉動副，13.機架，14.定位座，15.定長杆，16.工作檯，17.定長杆，18.定位座，19.柔性球鉸，20.隨動移動副，21.定長杆，22.定位座，23.定長杆，24.定位座。
圖4為本發明的精密微操作機器人實施例二的總體結構示意中25.基座，26.定位座，27.柔性轉動副，28.定長杆，29.柔性轉動副，30.定位座，31.柔性虎克鉸或球鉸，32.工作檯，33.定長杆，34.定位座，35.柔性球鉸，36.動平臺，37.機架，38.定位座，39.柔性球鉸，40.定長杆，41.定長杆，42.隨動移動副，43.定長杆，44.定位座，45.定長杆，46.定位座，47.定長杆，48.定位座。
圖5為中間支鏈結構示意中49、50、51、54為金屬板，52為柔性球鉸，53為柔性轉動副，柔性球鉸52位於金屬板51上方與動平臺8相聯，金屬板49與基座1剛性固聯，中心支鏈為一次加工成型的非組裝件。
圖6為定位座結構示意7為圖6中定位座的A-A向剖視結構示意6、7中，49為定位座座體，50為微位移驅動器，51為平行板柔性移動副。
具體實施例方式
實施例一圖3是本發明的一個實施例，如圖3所示，包括基座(1)、定位座(2、5、22、24)、定長杆(4、6、21、23)、動平臺(8)、工作檯(16)等組成，剛性固聯在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)與動平臺(8)之間由4個定長杆(4、6、21、23)和一個中間支鏈相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A，定長杆的一端與剛性固聯在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)上的平行板移動副通過虎克鉸或球鉸相聯，另一端通過球鉸與動平臺(8)相聯，中間支鏈一端與基座(1)剛性固聯，另一端通過球鉸與動平臺(8)相聯，中間為一隨動柔性移動副；工作檯(16)、定長杆(11、15、17)、定位座(9、14、18)形成了平面並聯閉鏈機構B，定長杆的一端與剛性固聯在「天花板」上的定位座(9、14、18)上的平行板移動副通過轉動副相聯，另一端通過轉動副與工作檯(16)相聯。所述的「天花板」與機架(13)剛性固聯，並與基座(1)平行，「天花板」中心開有一中心孔，工作檯(16)位於「天花板」的上方，工作檯的面積略大於「天花板」上的中心孔的面積，所說的虎克鉸、球鉸、轉動副都指的是柔性鉸鏈，定位座中均設置有微位移驅動器。
實施例二圖4是本發明的又一個實施例，工作檯(32)、定長杆(28、41、47)、定位座(26、38、48)形成了平面並聯閉鏈機構B，定長杆(28、41、47)的一端與剛性固聯在機座(25)上的定位座(26、38、48)上的平行板移動副通過轉動副相聯，另一端通過轉動副與工作檯(32)相聯。剛性固聯在工作檯(32)上的定位座(30、34、44、46)與動平臺(36)之間由4個定長杆(33、40、43、45)和一個中間支鏈相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A，定長杆(33、40、43、45)的一端與剛性固聯在工作檯(32)上的定位座(30、34、44、46)上的平行板移動副通過虎克鉸或球鉸相聯，另一端通過球鉸與動平臺(36)相聯，中間支鏈一端與工作檯(32)剛性固聯，另一端通過球鉸與動平臺(36)相聯，中間為一隨動柔性移動副；所說的虎克鉸、球鉸、轉動副都指的是柔性鉸鏈，定位座中均設置有微位移驅動器。
本發明提供的新型精密微操作機器人結構具有結構簡單緊湊、製造成本低、控制簡單、運動解析度高、動態特性好、累積誤差小等優點，能實現無磨檫、無間隙和高解析度的微動操作。可應用於精細加工、集成電路製造、光纖對接、CCD對接、生物和遺傳工程、微型外科手術、微電子裝配等領域和其它處理微小物體、進行微細定位和微操作的場合。
權利要求
1.一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是它包括空間並聯閉鏈機構A和平面並聯閉鏈機構B，所述的空間並聯閉鏈機構A是由定位座(A1、A2、A3、A4)、動平臺、4個定長杆和一個中間支鏈組成，所述的中間支鏈的中間是一個隨動柔性移動副，它由四塊金屬板(49、50、51、54)、四個柔性轉動副和一個柔性球鉸組成，金屬板49通過兩個柔性轉動副分別與金屬板50、54相聯，金屬板51通過兩個柔性轉動副分別與金屬板50、54相聯，柔性球鉸52位於金屬板51上方與動平臺8相聯，定位座(A1、A2、A3、A4)通過4個定長杆的四個球鉸(B1、B2、B3、B4)和一個中間支鏈的球鉸(B0)與動平臺相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A；所述的平面並聯閉鏈機構B包括工作檯(C1C2C3)、3個定長杆、定位座(E1、E2、E3)，3個定長杆的一端分別通過3個轉動副(C1、C2、C3)與工作檯(C1C2C3)相聯，定長杆的另一端分別通過3個轉動副(D1、D2、D3)與定位座(E1、E2、E3)相聯構成所述的平面並聯閉鏈機構B。
2.根據權利要求1所述的一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是剛性固聯在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)與動平臺(8)之間由4個定長杆(4、6、21、23)和一個中間支鏈相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A，定長杆的一端與剛性固聯在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)上的平行板移動副通過虎克鉸或球鉸相聯，另一端通過球鉸與動平臺(8)相聯，中間支鏈一端與基座(1)剛性固聯，另一端通過球鉸與動平臺(8)相聯，中間為一隨動柔性移動副；工作檯(16)、定長杆(11、15、17)、定位座(9、14、18)形成了平面並聯閉鏈機構B，定長杆的一端與剛性固聯在「天花板」上的定位座(9、14、18)上的平行板移動副通過轉動副相聯，另一端通過轉動副與工作檯(16)相聯。所述的「天花板」與機架(13)剛性固聯，並與基座(1)平行，「天花板」中心開有一中心孔，工作檯(16)位於「天花板」的上方，工作檯的面積略大於「天花板」上的中心孔的面積。
3.根據權利要求1所述的一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是工作檯(32)、定長杆(28、41、47)、定位座(26、38、48)形成了平面並聯閉鏈機構B，定長杆(28、41、47)的一端與剛性固聯在機座(25)上的定位座(26、38、48)上的平行板移動副通過轉動副相聯，另一端通過轉動副與工作檯(32)相聯；剛性固聯在工作檯(32)上的定位座(30、34、44、46)與動平臺(36)之間由4個定長杆(33、40、43、45)和一個中間支鏈相聯，形成了空間並聯閉鏈機構A，定長杆(33、40、43、45)的一端與剛性固聯在工作檯(32)上的定位座(30、34、44、46)上的平行板移動副通過虎克鉸或球鉸相聯，另一端通過球鉸與動平臺(36)相聯，中間支鏈一端與工作檯(32)剛性固聯，另一端通過球鉸與動平臺(36)相聯，中間為一隨動柔性移動副。
4.根據權利要求1所述的一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是所述的球鉸、虎克鉸和轉動副均為柔性鉸結構，定位座中均設置有微位移驅動器。
全文摘要
本發明的目的是提供一種新型精密微操作機器人結構，其特徵是它包括空間並聯閉鏈機構A和平面並聯閉鏈機構B，它們分別為空間四自由度並聯機構和平面三自由度並聯機構，由於空間四自由度並聯機構和平面三自由度並聯機構具有運動精度高、動態性能好等特點，因此本發明提供的新型精密微操作機器人結構具有結構簡單緊湊、控制簡單、運動解析度高、運動解耦、動態性能好等優點，能實現無摩檫、無間隙和高解析度的微動操作。
文檔編號B25J7/00GK1634684SQ200310104118
公開日2005年7月6日 申請日期2003年12月25日 優先權日2003年12月25日
發明者範守文, 李輝, 吳獻鋼, 袁太文, 陳暢 申請人:電子科技大學