[发明专利]三自由度微操作机器人

说明书

技术领域

本项发明属于微电子机械系统(MEMS)领域。

背景技术

微操作机器人运动精细，具有亚微米至纳米级的定位分辨率，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物与遗传工程、材料科学、毫微平面印刷和航空航天等领域中具有广阔的应用前景。并联机构结构紧凑、运动链短、刚度高和承载能力大等优点使其适合于制作微操作机器人机构原型。哈尔滨工业大学研制了一台六自由度并联微动机器人，它是一个Stewart平台的变异结构；北京航空航天大学研制了一台基于DELTA机构的并联微动机器人；燕山大学研制了并联六自由度机器人误差补偿器；河北工业大学研制了正交解耦结构六自由度微动机器人；杨启志等研究了一台非对称结构三自由度并联微动机器人；刘平安等研究了一种二平移一转动结构三自由度并联微动机器人，这些微动机器人存在的主要问题是：有的结构复杂，有的标定困难，有的位移解耦难。

发明内容

为了克服现有的微动机器人存在的结构复杂、标定困难和位移解耦难等不足，本发明提供一种三自由度微操作机器人，这种微操作机器人具有结构简单、承载能力大、算法简单、位移解耦等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的平动微动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在工作台5与基座1之间由三个驱动分支相连，其中，驱动分支2由平行板弹性移动副7、压电陶瓷微位移器6和三个两端带有柔性铰链8的相互平行的支柱9组成，三个支柱9的一端由柔性铰链8与工作台5相连，另一端由柔性铰链8与第一平行板弹性移动副7相连，所述三个支柱9在工作台5和平行板弹性移动副7之间非共面布置；平行板弹性移动副7为框架结构，压电陶瓷微位移器6安装在平行板弹性移动副7框架结构的中部。驱动分支4由平行板弹性移动副10、压电陶瓷微位移器11和两个两端带有柔性铰链8的相互平行的支柱9组成，两个支柱9的一端由柔性铰链8与工作台5相连，另一端由柔性铰链8与平行板弹性移动副10相连，平行板弹性移动副10为框架结构，压电陶瓷微位移器11安装在平行板弹性移动副10框架结构的中部。驱动分支3由平行板弹性移动副12、压电陶瓷微位移器13和一个两端带有柔性铰链8的支柱9组成，支柱9的一端由柔性铰链8与工作台5相连，另一端由柔性铰链8与平行板弹性移动副12相连，平行板弹性移动副12为框架结构，压电陶瓷微位移器13安装在平行板弹性移动副12框架结构的中部。上述三个驱动分支在基座1上分别沿三个相互垂直的方向布置。微操作机器人本体是一次加工成型的非组装件。

本发明的有益效果是：由于微操作机器人本体是一次加工成型的非组装件，因此，具有结构简单、承载能力大、算法简单和位移解耦等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的微移动。在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物与遗传工程、材料科学、毫微平面印刷和航空航天等领域中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为三自由度微操作机器人结构图；

图2为微操作机器人驱动分支2的组成图；

图3为微操作机器人驱动分支4的组成图；

图4为微操作机器人驱动分支3的组成图。

在图中，1.基座，2、3、4.驱动分支，5.工作台，6、11、13.压电陶瓷微位移器，7、10、12.平行板弹性移动副，8.柔性铰链，9.支柱。

图1是本发明公开的一个实施例，三自由度微操作机器人由基座1、驱动分支(2、4、3)、压电陶瓷微位移器(6、11、13)和工作台5组成，三个驱动分支以并联形式连于工作台5与基座1之间，三个驱动分支在基座1上分别沿三个相互垂直的方向布置，其中，驱动分支2由平行板弹性移动副7、压电陶瓷微位移器6和三个两端带有柔性铰链8的支柱9组成，所述三个支柱9在工作台5和平行板弹性移动副7之间非共面布置。驱动分支4由平行板弹性移动副10、压电陶瓷微位移器11和两个两端带有柔性铰链8的支柱9组成，驱动分支3由平行板弹性移动副12、压电陶瓷微位移器13和一个两端带有柔性铰链8的支柱9组成。各驱动分支中的支柱9一端由柔性铰链8与工作台5相连，另一端由柔性铰链8与对应的平行板弹性移动副(7、10、12.)前端相连，各驱动分支中的平行板弹性移动副均为框架结构，各压电陶瓷微位移器均安装在对应的平行板弹性移动副框架结构的中部。通过三个压电陶瓷微位移器驱动对应的平行板弹性移动副，可实现微操作机器人工作台的三自由度的微移动。由于三个驱动分支分别沿三个相互垂直的方向布置，使该微操作机器人具有最佳的位移解耦性能。