专利名称：各向同性的三自由度微操作机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微电子机械系统(MEMS)领域，特别是涉及一种各向 同性的三自由度微操作机器人。
技术背景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、生物和遗传工程、材料科学、 毫微平面印刷、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作为微操作机器人 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，这些研究成果存在的主要问题是有的各 向同性差，有的标定困难，有的位移解耦难。发明内容为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种各向同性的三自 由度微操作机器人，这种微操作机器人具有结构简单、各向同性和算法简 单等优点，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， 在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材 料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是由三条结构相同的运动 支链2连于基座1与运动平台3之间，其特征是运动支链2由平行板弹 性移动副4、压电陶瓷微位移器5、两端带有第一柔性转动铰链6和6'的 推杆9、 一端带有第二柔性转动铰链12的T形摆杆10、两个两端带有柔性 球铰7和7'的相互平行的支柱8和应变片12组成。其中，推杆9的一端 由第一柔性转动铰链6与平行板弹性移动副4连接，推杆9的另一端由第
一柔性转动铰链6'与T形摆杆10连接，T形摆杆10的一端由第二柔性转 动铰链12与基座1连接，另一端分别由两个柔性球铰7与两个支柱8 —端 连接，两个支柱8的另一端分别由两个柔性球铰7'与运动平台3连接，应 变片11粘贴在第二柔性转动铰链12两侧。平行板弹性移动副4为框架结 构，压电陶瓷微位移器5安装在平行板弹性移动副4框架结构的中部。三 条运动支链2对应的与运动平台3连接的三对柔性球铰7'中心的连线分别 相互垂直。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。由粘贴在第二柔性转动铰 链12两侧的应变片的电压提供运动平台3的位置反馈信号，来完成微操作 机器人三维微位移的检测与控制。微动机器人本体是一次加工成型的非组 装件。
图1是各向同性三自由度微操作机器人结构图； 图2是运动分支的结构图。在图l、 2中，l.基座，2.运动支链，3.运动平台，4.平行板弹性移动 副，5.压电陶瓷微位移器，6、 6'.第一柔性转动铰链，7、 7'.柔性球铰， 8.支柱，9.推杆，IO.T形摆杆，ll.应变片，12.第二柔性转动铰链。图1是本发明公开的一个实施例，这种各向同性三自由度微操作机器 人，由基座l、三条结构相同的运动支链2、运动平台3组成，三条运动支 链2以并联形式连于运动平台3与基座1之间，其中，运动支链2由平行 板弹性移动副4、压电陶瓷微位移器5、两端带有第一柔性转动铰链6和6 '的推杆9、 一端带有第二柔性转动铰链12的T形摆杆10、两个两端带有 柔性球铰7和7'的相互平行的支柱8和应变片12组成。其中，推杆9的 一端由第一柔性转动铰链6与平行板弹性移动副4连接，推杆9的另一端 由第一柔性转动铰链6'与T形摆杆10连接；T形摆杆10的一端由第二柔 性转动铰链12与基座1连接，另一端分别由两个柔性球铰7与两个支柱8 一端连接，两个支柱8的另一端分别由两个柔性球铰7'与运动平台3连接。 连接推杆9与T形摆杆10的第一柔性转动铰链6的位置与第二柔性转动铰 链12的位置不重合，平行板弹性移动副4为框架结构，压电陶瓷微位移器5安装在平行板弹性移动副4框架结构的中部，三条运动支链2对应的与运 动平台3连接的三对柔性球铰7'中心的连线分别相互垂直。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。在第二柔性转动铰链12两侧分别粘贴应变片11组 成检测电路，由检测电路提供运动平台3的位置反馈电压信号，来完成微 操作机器人三维微位移的检测与控制。这种微操作机器人，本体是一次加工成型的非组装件，具有结构简单 和各向同性等特点，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、生物和遗传工 程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。
权利要求
1、一种各向同性的三自由度微操作机器人，包括基座(1)、运动平台(3)和连接两者之间的三条结构相同的运动支链(2)，其特征是推杆(9)的一端由第一柔性转动铰链(6)与平行板弹性移动副(4)连接，推杆(9)的另一端第一柔性转动铰链(6′)与T形摆杆(10)连接，T形摆杆(10)的一端由第二柔性转动铰链(12)与基座(1)连接，另一端由一对柔性球铰(7)与两个支柱(8)一端连接，两个支柱(8)的另一端由一对柔性球铰(7′)与运动平台(3)连接。
2、 根据权利要求l所述的各向同性的三自由度微操作机器人，其特征 是三条运动支链(2)对应的与运动平台(3)连接的三对柔性球铰(7')中 心的连线分别相互垂直，连接推杆(9)与T形摆杆(10)的第一柔性转动 铰链6的位置与第二柔性转动铰链(12)的位置不重合。
3、 根据权利要求1或2所述的各向同性的三自由度微操作机器人，其 特征微操作机器人本体是一次加工成型的非组装件。
4、 根据权利要求1所述的各向同性的三自由度微操作机器人，其特征: 应变片(11)粘贴在第二柔性转动铰链(12)的两侧。
全文摘要
本发明公开了一种各向同性的三自由度微操作机器人。包括基座(1)、运动平台(3)和连接两者之间的三条结构相同的运动支链(2)，其特征是运动支链(2)由平行板弹性移动副(4)、压电陶瓷微位移器(5)、两端带有第一柔性转动铰链(6)和(6′)的推杆(9)、一端带有第二柔性转动铰链(12)的T形摆杆(10)、两个两端带有柔性球铰(7)和(7′)的相互平行的支柱(8)和应变片(12)组成。本发明具有结构简单与各向同性等优点，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，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。
文档编号B25J3/00GK101161424SQ20071018523
公开日2008年4月16日 申请日期2007年11月9日 优先权日2007年11月9日
发明者义 岳, 金振林 申请人:燕山大学