專利名稱：一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于精密微操作機(jī)器人領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微動(dòng)機(jī)器人在精細(xì)加工、集成電路制造、光纖對(duì)接、CCD對(duì)接、生物和遺傳工程、航空航天等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。在微動(dòng)機(jī)器人的研究中，并聯(lián)機(jī)構(gòu)尤其引起人們的關(guān)注，這主要是因?yàn)椴⒙?lián)機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)緊湊(2)設(shè)計(jì)加工簡(jiǎn)單，對(duì)溫度的靈敏度不高(3)驅(qū)動(dòng)器可置于基架上(4)誤差積累及放大小(5)固有頻率高，避免了由震動(dòng)引入的不可控制重復(fù)誤差。
斯陶頓(Stoughton)設(shè)計(jì)了一種由兩個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成的微動(dòng)機(jī)器人，每個(gè)并聯(lián)機(jī)構(gòu)由六個(gè)壓電元件組成；胡根茲(Hudgens)和特塞(Tesar)提出了一種完全并聯(lián)的斯蒂瓦特(Stewart)平臺(tái)微動(dòng)機(jī)器人；國(guó)內(nèi)一些單位也研制了基于一般型Stewart機(jī)構(gòu)的六自由度并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人、混聯(lián)六自由度微動(dòng)機(jī)器人、基于德爾它(Delta)機(jī)構(gòu)的細(xì)胞操作微動(dòng)機(jī)器人及并聯(lián)微動(dòng)解耦機(jī)構(gòu)微動(dòng)機(jī)器人。他們?yōu)槲?dòng)機(jī)器人的發(fā)展與進(jìn)步作出了貢獻(xiàn)，其中一些研究成果已申請(qǐng)了專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造成本低、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無磨檫、無間隙和高分辨率的微動(dòng)操作。
本發(fā)明提供的一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是它包括空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A和平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，所述的空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A是由定位座(A1、A2、A3、A4)、動(dòng)平臺(tái)、4個(gè)定長(zhǎng)桿和一個(gè)中間支鏈組成，所述的中間支鏈的中間是一個(gè)隨動(dòng)柔性移動(dòng)副，它由四塊金屬板(49、50、51、54)、四個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)柔性球鉸組成(如圖5所示)，金屬板49通過兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與金屬板50、54相聯(lián)，金屬板51通過兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與金屬板50、54相聯(lián)，柔性球鉸52位于金屬板51上方與動(dòng)平臺(tái)8相聯(lián)，定位座(A1、A2、A3、A4)通過4個(gè)定長(zhǎng)桿的四個(gè)球鉸(B1、B2、B3、B4)和一個(gè)中間支鏈的球鉸(B0)與動(dòng)平臺(tái)相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A(如圖1所示)；所述的平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B包括工作臺(tái)(C1C2C3)、3個(gè)定長(zhǎng)桿、定位座(E1、E2、E3)，3個(gè)定長(zhǎng)桿的一端分別通過3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(C1、C2、C3)與工作臺(tái)(C1C2C3)相聯(lián)，定長(zhǎng)桿的另一端分別通過3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(D1、D2、D3)與定位座(E1、E2、E3)相聯(lián)構(gòu)成所述的平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B(如圖2所示)。
需要說明的是所說的工作臺(tái)(16)可以與空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)分離(如圖3所示)，也可以與空間并聯(lián)機(jī)構(gòu)組成一體化結(jié)構(gòu)(如圖4所示)；上述的球鉸、虎克鉸和轉(zhuǎn)動(dòng)副均為柔性鉸結(jié)構(gòu)，所說的微位移驅(qū)動(dòng)器可以是壓電陶瓷微位移驅(qū)動(dòng)器也可以是其它類型的微位移驅(qū)動(dòng)器；定位座(2、5、22、24、9、14、18)由定位座座體55、微位移驅(qū)動(dòng)器56、平行板柔性移動(dòng)副57組成，如圖6、7所示。
由于本發(fā)明提出的空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)A(如圖1所示)和平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)B(如圖2所示)具有運(yùn)動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，因此本發(fā)明提供的新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無磨檫、無間隙和高分辨率的微動(dòng)操作。


圖1為本發(fā)明中采用的空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)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(fā)明中采用的平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)中C1、C2、C3、D1、D2、D3表示轉(zhuǎn)動(dòng)副，E1、E2、E3表示移動(dòng)副。
圖3為本發(fā)明的精密微操作機(jī)器人實(shí)施例一的總體結(jié)構(gòu)示意中1.基座，2.定位座，3.柔性虎克鉸或球鉸，4.定長(zhǎng)桿，5.定位座，6.定長(zhǎng)桿，7.柔性球鉸，8.動(dòng)平臺(tái)，9.定位座，10.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，11.定長(zhǎng)桿，12.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，13.機(jī)架，14.定位座，15.定長(zhǎng)桿，16.工作臺(tái)，17.定長(zhǎng)桿，18.定位座，19.柔性球鉸，20.隨動(dòng)移動(dòng)副，21.定長(zhǎng)桿，22.定位座，23.定長(zhǎng)桿，24.定位座。
圖4為本發(fā)明的精密微操作機(jī)器人實(shí)施例二的總體結(jié)構(gòu)示意中25.基座，26.定位座，27.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，28.定長(zhǎng)桿，29.柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，30.定位座，31.柔性虎克鉸或球鉸，32.工作臺(tái)，33.定長(zhǎng)桿，34.定位座，35.柔性球鉸，36.動(dòng)平臺(tái)，37.機(jī)架，38.定位座，39.柔性球鉸，40.定長(zhǎng)桿，41.定長(zhǎng)桿，42.隨動(dòng)移動(dòng)副，43.定長(zhǎng)桿，44.定位座，45.定長(zhǎng)桿，46.定位座，47.定長(zhǎng)桿，48.定位座。
圖5為中間支鏈結(jié)構(gòu)示意中49、50、51、54為金屬板，52為柔性球鉸，53為柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副，柔性球鉸52位于金屬板51上方與動(dòng)平臺(tái)8相聯(lián)，金屬板49與基座1剛性固聯(lián)，中心支鏈為一次加工成型的非組裝件。
圖6為定位座結(jié)構(gòu)示意7為圖6中定位座的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意6、7中，49為定位座座體，50為微位移驅(qū)動(dòng)器，51為平行板柔性移動(dòng)副。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，如圖3所示，包括基座(1)、定位座(2、5、22、24)、定長(zhǎng)桿(4、6、21、23)、動(dòng)平臺(tái)(8)、工作臺(tái)(16)等組成，剛性固聯(lián)在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)與動(dòng)平臺(tái)(8)之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿(4、6、21、23)和一個(gè)中間支鏈相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A，定長(zhǎng)桿的一端與剛性固聯(lián)在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)上的平行板移動(dòng)副通過虎克鉸或球鉸相聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，中間支鏈一端與基座(1)剛性固聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，中間為一隨動(dòng)柔性移動(dòng)副；工作臺(tái)(16)、定長(zhǎng)桿(11、15、17)、定位座(9、14、18)形成了平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，定長(zhǎng)桿的一端與剛性固聯(lián)在“天花板”上的定位座(9、14、18)上的平行板移動(dòng)副通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與工作臺(tái)(16)相聯(lián)。所述的“天花板”與機(jī)架(13)剛性固聯(lián)，并與基座(1)平行，“天花板”中心開有一中心孔，工作臺(tái)(16)位于“天花板”的上方，工作臺(tái)的面積略大于“天花板”上的中心孔的面積，所說的虎克鉸、球鉸、轉(zhuǎn)動(dòng)副都指的是柔性鉸鏈，定位座中均設(shè)置有微位移驅(qū)動(dòng)器。
實(shí)施例二圖4是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，工作臺(tái)(32)、定長(zhǎng)桿(28、41、47)、定位座(26、38、48)形成了平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，定長(zhǎng)桿(28、41、47)的一端與剛性固聯(lián)在機(jī)座(25)上的定位座(26、38、48)上的平行板移動(dòng)副通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與工作臺(tái)(32)相聯(lián)。剛性固聯(lián)在工作臺(tái)(32)上的定位座(30、34、44、46)與動(dòng)平臺(tái)(36)之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿(33、40、43、45)和一個(gè)中間支鏈相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A，定長(zhǎng)桿(33、40、43、45)的一端與剛性固聯(lián)在工作臺(tái)(32)上的定位座(30、34、44、46)上的平行板移動(dòng)副通過虎克鉸或球鉸相聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(36)相聯(lián)，中間支鏈一端與工作臺(tái)(32)剛性固聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(36)相聯(lián)，中間為一隨動(dòng)柔性移動(dòng)副；所說的虎克鉸、球鉸、轉(zhuǎn)動(dòng)副都指的是柔性鉸鏈，定位座中均設(shè)置有微位移驅(qū)動(dòng)器。
本發(fā)明提供的新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、制造成本低、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、動(dòng)態(tài)特性好、累積誤差小等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無磨檫、無間隙和高分辨率的微動(dòng)操作?？蓱?yīng)用于精細(xì)加工、集成電路制造、光纖對(duì)接、CCD對(duì)接、生物和遺傳工程、微型外科手術(shù)、微電子裝配等領(lǐng)域和其它處理微小物體、進(jìn)行微細(xì)定位和微操作的場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1.一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是它包括空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A和平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，所述的空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A是由定位座(A1、A2、A3、A4)、動(dòng)平臺(tái)、4個(gè)定長(zhǎng)桿和一個(gè)中間支鏈組成，所述的中間支鏈的中間是一個(gè)隨動(dòng)柔性移動(dòng)副，它由四塊金屬板(49、50、51、54)、四個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副和一個(gè)柔性球鉸組成，金屬板49通過兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與金屬板50、54相聯(lián)，金屬板51通過兩個(gè)柔性轉(zhuǎn)動(dòng)副分別與金屬板50、54相聯(lián)，柔性球鉸52位于金屬板51上方與動(dòng)平臺(tái)8相聯(lián)，定位座(A1、A2、A3、A4)通過4個(gè)定長(zhǎng)桿的四個(gè)球鉸(B1、B2、B3、B4)和一個(gè)中間支鏈的球鉸(B0)與動(dòng)平臺(tái)相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A；所述的平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B包括工作臺(tái)(C1C2C3)、3個(gè)定長(zhǎng)桿、定位座(E1、E2、E3)，3個(gè)定長(zhǎng)桿的一端分別通過3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(C1、C2、C3)與工作臺(tái)(C1C2C3)相聯(lián)，定長(zhǎng)桿的另一端分別通過3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副(D1、D2、D3)與定位座(E1、E2、E3)相聯(lián)構(gòu)成所述的平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是剛性固聯(lián)在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)與動(dòng)平臺(tái)(8)之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿(4、6、21、23)和一個(gè)中間支鏈相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A，定長(zhǎng)桿的一端與剛性固聯(lián)在基座(1)上的定位座(2、5、22、24)上的平行板移動(dòng)副通過虎克鉸或球鉸相聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，中間支鏈一端與基座(1)剛性固聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(8)相聯(lián)，中間為一隨動(dòng)柔性移動(dòng)副；工作臺(tái)(16)、定長(zhǎng)桿(11、15、17)、定位座(9、14、18)形成了平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，定長(zhǎng)桿的一端與剛性固聯(lián)在“天花板”上的定位座(9、14、18)上的平行板移動(dòng)副通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與工作臺(tái)(16)相聯(lián)。所述的“天花板”與機(jī)架(13)剛性固聯(lián)，并與基座(1)平行，“天花板”中心開有一中心孔，工作臺(tái)(16)位于“天花板”的上方，工作臺(tái)的面積略大于“天花板”上的中心孔的面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是工作臺(tái)(32)、定長(zhǎng)桿(28、41、47)、定位座(26、38、48)形成了平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，定長(zhǎng)桿(28、41、47)的一端與剛性固聯(lián)在機(jī)座(25)上的定位座(26、38、48)上的平行板移動(dòng)副通過轉(zhuǎn)動(dòng)副相聯(lián)，另一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)副與工作臺(tái)(32)相聯(lián)；剛性固聯(lián)在工作臺(tái)(32)上的定位座(30、34、44、46)與動(dòng)平臺(tái)(36)之間由4個(gè)定長(zhǎng)桿(33、40、43、45)和一個(gè)中間支鏈相聯(lián)，形成了空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A，定長(zhǎng)桿(33、40、43、45)的一端與剛性固聯(lián)在工作臺(tái)(32)上的定位座(30、34、44、46)上的平行板移動(dòng)副通過虎克鉸或球鉸相聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(36)相聯(lián)，中間支鏈一端與工作臺(tái)(32)剛性固聯(lián)，另一端通過球鉸與動(dòng)平臺(tái)(36)相聯(lián)，中間為一隨動(dòng)柔性移動(dòng)副。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是所述的球鉸、虎克鉸和轉(zhuǎn)動(dòng)副均為柔性鉸結(jié)構(gòu)，定位座中均設(shè)置有微位移驅(qū)動(dòng)器。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)，其特征是它包括空間并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)A和平面并聯(lián)閉鏈機(jī)構(gòu)B，它們分別為空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，由于空間四自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)和平面三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有運(yùn)動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)性能好等特點(diǎn)，因此本發(fā)明提供的新型精密微操作機(jī)器人結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)分辨率高、運(yùn)動(dòng)解耦、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)無摩檫、無間隙和高分辨率的微動(dòng)操作。
文檔編號(hào)B25J7/00GK1634684SQ200310104118
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2003年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月25日
發(fā)明者范守文, 李輝, 吳獻(xiàn)鋼, 袁太文, 陳暢 申請(qǐng)人:電子科技大學(xué)