专利名称：全柔性六自由度细微操作平台的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全柔性六自由度细微操作平台。
背景技术：
细微操作技术是精密仪器和精密机械达到高精度的关键技术之一，目前已被广泛应用在微外科手术、微细加工、光纤对接、微机电系统装配等多学科领域。细微操作平台用来承载细微操作时的操作对象，以便细微操作末端执行器在其上对操作对象进行特定的操作以完成指定任务。现有的细微操作都基于开环控制，国内外也有一些学者设计了多种柔性并联机器人来执行微米甚至纳米级的多自由度移动和转动，并有多项相关专利技术，例如一种三支链六自由度并联柔性铰链微动机构(中国专利CN200610151113. 7)，六自由度宏/微双重驱动纳米级定位大行程柔性并联机器人(中国专利CN 200410013627. 7)，六自由度大行程、高精度柔性并联机器人(中国专利CN2004100136^. 1)，但这些现有技术存在的主要问题是结构复杂、没有力/力矩相关信息的反馈，并且受显微设备精度所限，因此很难保证微细操作的精准性和可靠性要求。另外，传统的细微操作末端执行器在操作过程中由于通常没有实时反馈环节，很容易发生刚性碰撞，对操作对象和系统造成破坏性影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种全柔性六自由度细微操作平台，该全柔性六自由度细微操作平台具有多个全柔性关节，能避免刚性碰撞和破坏。发明的技术解决方案如下一种全柔性六自由度细微操作平台，包括移动平台、固定平台、一组中间支链和至少三组相同的侧部支链；中间支链呈竖直设置，中间支链的上端连接移动平台的几何中心；中间支链的下端连接固定平台的几何中心；侧部支链呈竖直设置，侧部支链相对中间支链周向均勻布置在移动平台和固定平台之间；中间支链的中部设有四由度柔性铰链，所述的四由度柔性铰链包括上联接环、下联接环和中柱；上联接环中设有三分支的Y型联接片，Y型联接片的三个分支均设置在同一水平面上，第一分支沿X轴布置，第二分支沿y轴布置，第三分支沿与X轴成135度的方向布置；下联接环中设有沿圆周均勻分布的三片径向片状梁；三片径向片状梁均安装在中柱下端，中柱的上端接Y型联接片的底面。每一个侧部支链的两端各设有一个柔性球铰链，每一个的侧部支链的中部设有一个柔性移动铰链；所述的柔性移动铰链由上部连接柱、下部连接柱、用于支撑柔性移动铰链上部的上支承与用于连接柔性移动铰链下端的下支承对接而成，上支承和下支承都由2个互成90 度的马钉型梁构成，上支承和下支承的对接处形成一个中空的十字形构件；(构成该十字形构件的4个单臂中，相邻的两个单臂组成一个整体成为上支承的一部分，另外两个单臂组成一个整体成为下支承的一部分。)上支承和下支承分别与上部连接柱和下部连接柱连接。所述的柔性球铰链包括上部连接环和下部连接环，上部连接环和下部连接环分别位于柔性球铰链的上端和下端；上部连接环和下部连接环通过三片轴向肋连接，上部连接环上设有2条χ轴方向的梭型通槽，下部连接环上设有2条y轴方向的梭型通槽。在所述的上部连接环和下部连接环外端部均设有圆锥内螺纹；在上部连接柱和下部连接柱设有圆锥外螺纹；所述的圆锥内螺纹与圆锥外螺纹相适配。在所述的Y型联接片上设有3片应变片，在每一个十字形构件上设有2片应变片， 每一片径向片状梁上设有1片应变片。中间支链的两个端部均设有圆锥螺纹。所述的侧部支链为三组。三个侧部支链中的柔性移动铰链中的十字形构件上的应变片分别用来检测支链所受的拉压力[F1，F2，F3]，根据所得的拉压力[F1，F2，F3]和力雅克比矩阵J计算出移动平台沿X，y和ζ轴的转矩Mx，My和Mz
权利要求
1.一种全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，包括移动平台、固定平台、一组中间支链和至少三组相同的侧部支链；中间支链呈竖直设置，中间支链的上端连接移动平台的几何中心；中间支链的下端连接固定平台的几何中心；侧部支链呈竖直设置，侧部支链相对中间支链周向均勻布置在移动平台和固定平台之间；中间支链的中部设有四由度柔性铰链，所述的四由度柔性铰链包括上联接环、下联接环和中柱；上联接环中设有三分支的Y型联接片，Y型联接片的三个分支均设置在同一水平面上， 第一分支沿X轴布置，第二分支沿y轴布置，第三分支沿与X轴成135度的方向布置；下联接环中设有沿圆周均勻分布的三片径向片状梁；三片径向片状梁均安装在中柱下端，中柱的上端接Y型联接片的底面。
2.根据权利要求1所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，每一个侧部支链的两端各设有一个柔性球铰链，每一个的侧部支链的中部设有一个柔性移动铰链；所述的柔性移动铰链由上部连接柱、下部连接柱、用于支撑柔性移动铰链上部的上支承与用于连接柔性移动铰链下端的下支承对接而成，上支承和下支承都由2个互成90度的马钉型梁构成，上支承和下支承的对接处形成一个中空的十字形构件；上支承和下支承分别与上部连接柱和下部连接柱连接。
3.根据权利要求2所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，所述的柔性球铰链包括上部连接环和下部连接环，上部连接环和下部连接环分别位于柔性球铰链的上端和下端；上部连接环和下部连接环通过三片轴向肋连接，上部连接环上设有2条χ轴方向的梭型通槽，下部连接环上设有2条y轴方向的梭型通槽。
4.根据权利要求3所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，在所述的上部连接环和下部连接环外端部均设有圆锥内螺纹；在上部连接柱和下部连接柱设有圆锥外螺纹；所述的圆锥内螺纹与圆锥外螺纹相适配。
5.根据权利要求4所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，在所述的Y型联接片上设有3片应变片，在每一个十字形构件上设有2片应变片，每一片径向片状梁上设有 1片应变片。
6.根据权利要求1-5任一项所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，中间支链的两个端部均设有圆锥螺纹。
7.根据权利要求6任一项所述的全柔性六自由度细微操作平台，其特征在于，所述的侧部支链为三组。
全文摘要
本发明公开了一种全柔性六自由度细微操作平台，包括移动平台、固定平台、一组中间支链和至少三组相同的侧部支链；中间支链呈竖直设置，中间支链的上端连接移动平台的几何中心；中间支链的下端连接固定平台的几何中心；侧部支链呈竖直设置，侧部支链相对中间支链周向均匀布置在移动平台和固定平台之间；中间支链的中部设有四由度柔性铰链，所述的四由度柔性铰链包括上联接环、下联接环和中柱。侧部支链的中部设有柔性移动铰链。该全柔性六自由度细微操作平台具有多个全柔性关节，能避免刚性碰撞和破坏。
文档编号B25J9/08GK102501247SQ20111035040
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年11月8日
发明者何丽云, 凌志刚, 张辉, 梁桥康, 王耀南, 陈洁平 申请人:湖南大学