专利名称：一种两自由度柔性并联微操作器的制作方法
技术领域：
本发明属于机械领域中的微操作系统，具体为一种两自由度柔性并联微操作器。该微操作器基于压电陶瓷驱动，具有两个自由度，可实现平面内的一个平动和一个转动，主要应用于微纳操作领域。
背景技术：
微纳米技术是21世纪的军民两用战略高技术，它的出现对国家经济发展、国防实力、人民生活及人类思维产生深刻的影响。微操作机构是微纳米技术的一个重要分支，在微机械零件装配、MEMS的组装和封装、生物工程、微外科手术、光纤耦合作业等领域具有广阔的应用前景和重要的研究价值，当前，广泛应用于分子操纵、生物工程、以及医疗可视化、微创化等领域的分子扫描显微镜、微型执行器、遥微操作机器人等均属于该领域范畴。德国PI公司研制的主要用于光学系统检测、微加工、微装配的多轴微纳米操作定位系统P-611系列，采用压电陶瓷驱动，分辨率可达lnm。孙立宁等，基于双压电陶瓷驱动器驱动的精密柔性并联操作器的设计(W. Dong,L N. Sun, Z. J. Du，Design of a precision compliant parallel positioner drivenby dual piezoelectric actuators. Sensors and Actuators, 2007，135 (I):250 256)中介绍了压电陶瓷驱动的六自由度并联微操作手，采用压电陶瓷驱动方式实现宏微两级驱动，微动系统中采用一种新颖的柱状柔性铰链增加操作末端的刚度和可达工作空间范围；李杨民等着力于开发不同结构形式的柔性微操作器，其在一种柔性XY并联操作器的建模和性倉泛评估(Yangmin Li, Qingsong Xu. Modeling and performance evaluation ofa flexure-based XY parallel micromanipulator, Mechanism and Machine Theory,2009，44(12) : 2127 2152)中介绍了结合杠杆机构和平行四杆机构特点的可实现两个自由度的并联微操作器；在一种全解耦柔性XY并联操作器的设计和分析(YangminLi, Qingsong Xu. Design and analysis of a totally decoupled flexure-basedXY parallel micromanipulator, IEEE Transactions on Robotics, 2009, 25(3):645飞57)中介绍了结合双并联机构和双四杆机构特点的并联微操作器，基于柔性铰链和相互垂直的排列方式实现面内两个平动自由度的完全解耦Jiming Huang等，基于极坐标系的新型2自由度柔性并联微操作器的分析(Jiming Huang, Yangmin Li, Analysis of anovel 2—D0F flexure hinge-based parallel micromanipulator in a polar coordinatesystem. Proceedings of the 2010 IEEE International Conference on Automation andLogistics, August 16-20, 2010, Hong Kong and Macau, 323 327)中介绍了米用连杆机构与双四杆机构所构成的柔性微操作器，可实现面内一个平动和一个转动自由度。综上所述，当前大部分已知的柔性微操作机构多采用压电陶瓷直接驱动方式，限于压电体所能提供的位移输出，执行末端难以达到足够的操作空间，而有些微操作器中虽然引入了一定的位移放大机构，使操作空间范围有所增加，但使机构复杂易于积累误差，并且造成了整体刚度的降低在工作过程中易于引起振动；另外，考虑到尽管微纳米操作具体对象有所不同，但基本的操作顺序是相同的，灵活精确的动作能力是对微操作器应具备的最根本的要求，然而由于操作对象一般体积微小、构造薄弱，要准确完成一些复杂的微操作尚具有一定的难度，因此，具有高精密、高刚度和更多自由度动作实现能力的微操作机构的设计开发以及与其他相关操作技术的相互融合，是当前微纳精密操作技术的主要方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种两自由度柔性并联微操作器。该微操作器基于压电陶瓷驱动，具有二自由度，可实现运动平面内的一个平动和一个转动，并具有高精度、结构紧凑、无误差积累、无机械摩擦、无间隙等特点。本发明解决所述技术问题的技术方案是设计一种两自由度柔性并联微操作器，该微操作器基于压电陶瓷驱动，其特征在于主要包括一个执行末端、三个柔性支链、一个刚性支撑架和二个压电陶瓷驱动器；所述刚性支撑架为中空的矩形框架结构，内部左右对称中线位置有一个向所述刚性支撑架内部的梯形突起，所述执行末端和所述三个柔性支链分布于刚性支撑架的内部，所述执行末端位于所述刚性支撑架内部的中上方，其左右两侧分别对称连接结构完全相同的第一、第二柔性支链，其下方连接第三个柔性支链；第一柔性支链对称分布于所述刚性支撑架左右对称中线的左侧，其左下侧末端与刚性支撑架的左下方内壁相连，其右下侧末端与刚性支撑架左右对称中线下方左侧内壁相连，第二柔性支链对称分布于所述刚性支撑架左右对称中线的右侧，连接方式与第一柔性支链相同；所述第三柔性支链上方与所述执行末端的正下方连接，下方与所述刚性支撑架的梯形突起连接，其左右对称中线与所述刚性支撑架左右对称中线重合；所述执行末端为立方体短横梁结构，位于所述刚性支撑架内部上方位置，其中线与所述刚性支撑架左右对称中线重合，所述执行末端左侧与所述第一柔性支链相连，右侧与所述第二柔性支链相连，正下方与所述第三柔性支链相连；所述第一柔性支链位于刚性支撑架内部左侧，第一柔性支链下方两个末端分别与所述刚性支撑架内壁相连，上方一个末端与所述执行末端连接，第一柔性支链由三个横梁和两个竖梁构成，所述两个竖梁均为立方体结构，左侧为长竖梁，右侧为短竖梁；所述三个横梁均为立方体结构，并且自上而下等间距分布，分别与所述长竖梁一一相连，所述上横梁位于所述长竖梁的上方右侧，上横梁左侧末端与所述长竖梁的右端面连接，上横梁右侧末端与所述执行末端连接，上横梁右侧末端靠近与执行末端相连位置开有第一组半圆凹槽；所述中横梁位于所述长竖梁的中部右侧，中横梁左侧末端与长竖梁的右端面连接，右侧末端与短竖梁连接，中横梁左侧末端靠近与长竖梁相连位置开有第二组半圆凹槽；所述下横梁位于长竖梁的下方左侧，下横梁右侧末端与长竖梁的左端面连接，下横梁左侧末端以赫兹接触方式与所述压电陶瓷驱动器头部相抵，下横梁右侧末端靠近与长竖梁相连位置开有第三组半圆凹槽，下横梁左侧末端的上、下端面上分别向外延伸两个尺寸一致的柔性薄片，位于上端面的两个柔性薄片的上方末端与刚性支撑架的内壁相连，位于下端面的所述两个柔性薄片的下方末端与刚性支撑架的内壁相连，所述第一、第二、第三组半圆凹槽的凹槽形状一致，每一组的上、下两个半圆凹槽均对称分布于所述三个横梁的上、下两端面上，所述短竖梁上方末端与中横梁下端面相连，短竖梁下方末端开有第四组半圆凹槽，所述第四组半圆凹槽的左、右两个半圆凹槽形状一致，对称分布于所述短竖梁的左、右两端面上，短竖梁的下端连接于所述刚性支撑架内壁上；所述第二柔性支链位于所述刚性支撑架内部右侧，其结构与所述第一柔性支链相同，并左右对称分布在所述刚性支撑架对称中线的两侧；所述第三柔性支链位于所述执行末端的正下方，左右对称中线与所述刚性支撑架左右对称中线重合，所述第三柔性支链由一个刚性” U”形架和一个双四杆柔性机构组成，所述刚性” U”形架下方沿左右对称中线向下延伸出一段竖直梁，在延伸竖直梁开有第十七组半圆凹槽，第十七组半圆凹槽的左、右两个半圆凹槽形状完全一致，对称分布于延伸竖直梁的左、右两端面上，延伸竖直梁的下端与所述刚性支撑架梯形突起结构连接，所述双四杆柔性机构位于刚性”U”形架内部，双四杆柔性机构包括一个刚性竖梁和四个结构完全一致的柔性横梁，刚性竖梁沿着所述刚性支撑架左右对称中线设置；所述刚性竖梁与刚性”U”形架左侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁，所述的两个柔性横梁上均从左至右依次开有半圆凹槽，上柔性横梁从左至右依次开有第九组半圆凹槽，第十组半圆凹槽，下柔性横梁从左至右依次开有第i 组半圆凹槽和第十二组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；所述刚性竖梁与所述刚性“U”形架右侧内壁之间自上而下分布也两个柔性横梁，其形状结构与所述左侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁的形状结构完全相同；所述压电陶瓷驱动器包括左、右两个压电陶瓷驱动器，两者均水平放置于第一、第二柔性支链和刚性支撑架之间，左压电陶瓷驱动器设计在刚性支撑架左下方端角位置，头部向右以赫兹接触方式顶在第一柔性支链的左下方末端，尾部顶在刚性支撑架内壁上，并通过左螺纹孔和左螺栓与刚性支撑架刚性连接；右压电陶瓷驱动器结构与连接方式与所述左压电陶瓷驱动器相同，对称设计在刚性支撑架右下方端角位置。与现有技术相比，本发明的柔性并联微操作器具有如下优点1.采用柔性并联结构，具有高精度、结构紧凑、无误差积累等优点。2.基于单自由度柔性铰链的弹性变形，所产生的铰链转角变化及执行器末端工作空间均很微小，可以有效消除并联机构固有的非线性等缺点。3.具有二自由度，可实现一个直线平移动作和一个转动动作，且分辨率高、动态响应速度快，可用于微纳操作系统的辅助机构，采用压电陶瓷驱动器推动驱动环节，可实现执行末端的主动调整、微量进给和精密定位。
图1是本发明两自由度柔性并联微操作器一种实施例的整体结构示意图；图2是本发明两自由度柔性并联微操作器一种实施例的柔性体结构示意图；图3是本发明两自由度柔性并联微操作器一种实施例的第一 (二)柔性支链结构示意图；图4是本发明两自由度柔性并联微操作器构一种实施例的第三柔性支链结构示意图；图5是本发明两自由度柔性并联微操作器一种实施例(图2所示)柔性体结构的 剖面结构示意图。
具体实施例方式以下结合实施例及其附图，对本发明技术方案做进一步详细说明。本发明设计的两自由度柔性并联微操作器(简称微操作器，参见图1-5)，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该微操作器主要包括一个执行末端1、三个(第一、第二和第三)柔性支链2、一个刚性支撑架3、左、右二个压电陶瓷驱动器41、42和左、右两个螺栓51、52。所述刚性支撑架3为中空的矩形框架结构，所述执行末端I和所述三个柔性支链2分布于所述刚性支撑架3的内部，所述执行末端I位于所述刚性支撑架3内部的中上方，左右两侧分别连接结构完全相同的第一、第二柔性支链21、22，所述执行末端I下方连接第三个柔性支链23，所述第一、第二柔性支链21、22结构形式与所述的第三柔性支链23机构形式不同，所述第一、第二柔性支链21、22对称分布于所述刚性支撑架3左右对称中线的两侧，所述第一柔性支链21左下侧末端与所述刚性支撑架3的左下方内壁相连，所述第一柔性支链21右下侧末端与所述刚性支撑架3下方内壁相连，连接位置位于所述刚性支撑架3左右对称中线左侧附近，同样道理，所述第二柔性支链22右下侧末端与所述刚性支撑架3的右下方内壁相连，所述第二柔性支链22左下侧末端与所述刚性支撑架3下方内壁相连，连接位置位于刚性支撑架3左右对称中线右侧附近，所述刚性支撑架3左右对称中线位置有一个向所述刚性支撑架3内部的梯形突起33 ;所述第三柔性支链23上方与所述执行末端I连接，下方与所述刚性支撑架3梯形突起33连接，所述第三柔性支链23位于所述执行末端I的正下方，所述第三柔性支链23的左右对称中线与所述刚性支撑架3左右对称中线重合。所述执行末端I为立方体短横梁结构，位于所述刚性支撑架3内部上方位置，中线与所述刚性支撑架3左右对称中线重合，所述执行末端I左侧与所述第一柔性支链21相连，右侧与所述第二柔性支链22相连，正下方与所述第三柔性支链23相连。所述第一柔性支链21位于所述刚性支撑架3内部左侧，所述第一柔性支链21下方两个末端分别与所述刚性支撑架3内壁相连，上方一个末端与所述执行末端I连接，所述第一柔性支链21由三个横梁213、214、215和两个竖梁211、212构成，所述两个竖梁211、212均为立方体结构，左侧为长竖梁211，右侧为短竖梁212，所述三个横梁包括上横梁213、中横梁214和下横梁215，均为立方体结构，并且自上而下等间距分布，分别与所述长竖梁211 相连，所述上横梁213位于所述长竖梁211的上方右侧,所述上横梁213左侧末端与所述长竖梁211的右端面连接，所述上横梁213右侧末端与所述执行末端I连接，所述上横梁213右侧末端靠近与所述执行末端I相连位置开有第一组半圆凹槽2101，中横梁214位于所述长竖梁211的中部右侧，所述中横梁214左侧末端与所述长竖梁211的右端面连接，右侧末端与所述短竖梁212连接，所述中横梁214左侧末端靠近与所述长竖梁211相连位置开有第二组半圆凹槽2102，所述下横梁215位于所述长竖梁211的下方左侧，所述下横梁215右侧末端与所述长竖梁211的左端面连接，所述下横梁215左侧末端以赫兹接触方式与所述压电陶瓷驱动器41头部相抵，所述下横梁215右侧末端靠近与所述长竖梁211相连位置开有第三组半圆凹槽2103，所述下横梁215左侧末端的上、下端面上分别向外延伸两个尺寸一致的柔性薄片2105、2106，位于上端面的所述两个柔性薄片2105的上方末端与所述刚性支撑架3的内壁相连，位于下端面的所述两个柔性薄片的2106下方末端与所述刚性支撑架3的内壁相连，所述第一、第二、第三组半圆凹槽(2101、2102、2103)的凹槽形状一致，每一组的上、下两个半圆凹槽均对称分布于所述三个横梁(213、214、215)的上、下两端面上，所述短竖梁212上方末端与所述中横梁214下端面相连，所述短竖梁212下方末端开有第四组半圆凹槽2104，所述第四组半圆凹槽2104的左、右两个半圆凹槽形状一致，对称分布于所述短竖梁212的左、右两端面上，所述短竖梁212的下端连接于所述刚性支撑架3内壁上。同样道理，所述第二柔性支链22位于所述刚性支撑架3内部右侧，与所述第一柔性支链21左右对称分布在所述刚性支撑架3对称中线的两侧，所述第二柔性支链22下方两个末端分别与所述刚性支撑架3内壁相连，上方一个末端与所述执行末端I连接，所述第二柔性支链22由三个横梁223、224、225和两个竖梁221、222构成，所述两个竖梁221、222均为立方体结构，右侧为长竖梁221，左侧为短竖梁222，所述三个横梁223、224、225均为立方体结构并且自上而下等间距分布，分别与所述长竖梁221 —一相连，所述上横梁223位于所述长竖梁221的上方左侧，所述上横梁223右侧末端与所述长竖梁221的左端面连接，所述上横梁223左侧末端与所述执行末端I连接，所述上横梁223左侧末端靠近与所述执行末端I相连位置开有第五组半圆凹槽2201，所述中横梁224位于所述长竖梁221的中部左侧，所述中横梁224右侧末端与所述长竖梁221的左端面连接，左侧末端与所述短竖梁222连接，所述中横梁224右侧末端靠近与所述长竖梁221相连位置开有第六组半圆凹槽2202，所述下横梁225位于所述长竖梁221的下方右侧，所述下横梁225左侧末端与所述长竖梁221的右端面连接，所述下横梁225右侧末端以赫兹接触方式与所述压电陶瓷驱动器42头部相抵，所述下横梁225左侧末端靠近与所述长竖梁221相连位置开有第七组半圆凹槽2203，所述下横梁225右侧末端的上、下端面上分别向外延伸两个尺寸一致的柔性薄片2205、2206，位于上端面的所述两个柔性薄片2205的上方末端与所述刚性支撑架3的内壁相连，位于下端面的所述两个柔性薄片2206的下方末端与所述刚性支撑架3的内壁相连，所述第五、第六、第七组半圆凹槽(2201、2202、2203)的凹槽形状一致，每一组的上、下两个半圆凹槽均对称分布于所述三个横梁(223、224、225)的上、下两端面上，所述短竖梁222上方末端与所述中横梁224下端面相连，所述短竖梁222下方末端开有第八组半圆凹槽2204，所述第八组半圆凹槽2204的左、右两个半圆凹槽形状一致，对称分布于所述短竖梁222的左、右两端面上，所述短竖梁222的下端连接于所述刚性支撑架3内壁上。所述第三柔性支链23位于所述执行末端I的正下方，左右对称中线与所述刚性支撑架3左右对称中线重合，所述第三柔性支链23由一个刚性"U”形架2311和一个双四杆柔性机构2312组成，所述刚性”U”形架2311下方沿左右对称中线向下延伸出一段竖直梁，在所述延伸竖直梁开有第十七组半圆凹槽2309,所述第十七组半圆凹槽2309的左、右两个半圆凹槽形状完全一致，对称分布于所述延伸竖直梁的左、右两端面上，所述延伸竖直梁的下端与所述刚性支撑架3梯形突起结构33连接，所述双四杆柔性机构2312位于所述刚性"U”形架2311内部，所述双四杆柔性机构2312包括一个刚性竖梁2313和四个结构完全一致的柔性横梁231、232、233、234，所述刚性竖梁2313沿着所述刚性支撑架3的左右对称中线设置，所述刚性竖梁2313与所述刚性” U”形架2311左侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁231、232，所述两个柔性横梁231、232上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁231从左至右依次开有第九组半圆凹槽2301，第十组半圆凹槽2302，所述下柔性横梁232从左至右依次开有第i^一组半圆凹槽2303和第十二组半圆凹槽2304，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；所述刚性竖梁2313与所述刚性"U”形架2311右侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁233、234，所述两个柔性横梁233、234上均从左至右依次开有半圆凹槽，所述上柔性横梁233从左至右依次开有第十三组半圆凹槽2305，第十四组半圆凹槽2306，所述下柔性横梁234从左至右依次开有第十五组半圆凹槽2307和第十六组半圆凹槽2308，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布。所述左右两个压电陶瓷驱动器41、42均水平放置于所述第一、第二柔性支链21、22和所述刚性支撑架3之间。左压电陶瓷驱动器41位于刚性支撑架3左下方端角位置，头部向右以赫兹接触方式顶在所述第一柔性支链21的左下方末端，尾部顶在刚性支撑架3内壁上，通过刚性支撑架3内壁上开的左螺纹孔31和左螺栓51与刚性支撑架3刚性连接；右压电陶瓷驱动器42位于刚性支撑架3右下方端角位置，头部向左以赫兹接触方式顶在所述第二柔性支链22的右下方末端，尾部顶在刚性支撑架3内壁上，通过刚性支撑架3内壁上开的右螺纹孔32和右螺·栓52与刚性支撑架3刚性连接。本发明的进一步特征是所述的一个执行末端1、三个柔性支链2和一个刚性支撑架3及其连接采用整体加工方式一次性获得(参见图5)。这将有利于提高微操作器本身的精度，并大幅降低加工成本。本发明微操作器可作为微纳操作系统的辅助机构，实现执行末端的微量进给和精密定位。但并不排除应用于有类似技术要求的其他定位系统中。本发明微操作器可实现y方向平动自由度和绕z轴转动自由度的主动调整。为了说明其工作方式，首先设定X轴，y轴位于水平面内，令执行末端I上端面中心为坐标系的原点，取平行于执行末端I水平中线方向为X轴方向，则沿垂直于该边且过执行末端I上端面中心的方向为I轴，垂直于所定义o-xy平面且满足右手定则方向为z轴方向。本发明微操作机构的工作原理和过程如下同时驱动左右两个压电陶瓷驱动器41、42使其长度增加，且变化过程保持一致，那么第一、第二柔性支链21、22的两个与驱动器接触的下方末端分别产生沿X轴方向向右和向左的直线平动，从而使得相应柔性支链上其他单自由度柔性铰链(2101、2102、、2103、2104、2201、2202、2203、2204)发生弹性变形，实现执行末端I沿y方向的平动，当执行末端I向上方平移时，其下方所连接的第三柔性支链23也在其作用下发生一定的弹性变形，通过内部双四杆柔性机构2312上八个单自由度柔性铰链(2301、2302、2303、2304、2305、2306、2307、2308)的变形来保证执行末端I向上平动过程中的直线性；若同时撤销施加在左右两个压电陶瓷驱动器41、42上的驱动电压，那么左右两个驱动器的长度会等量的逐渐减少，第一、第二柔性支链21、22下方的两个末端分别沿X轴向左、向右直线平动，各柔性支链上的单自由度柔性铰链也逐渐相初始状态恢复，执行末端I在它们的共同作用下产生方向向下的直线平动。只驱动左压电陶瓷驱动器41使其长度增加，右压电陶瓷驱动器42不驱动，那么第一柔性支链21与驱动器接触的下方末端产生沿X轴方向向右的直线平动，分布于其上的单自由度柔性铰链(2101、2102、、2103、2104)发生弹性变形，推动执行末端I向右移动，执行末端I推压第二柔性支链22使分布于其上的单自由度柔性铰链(2201、2202、2203、2204)发生弹性变形，同时，位于执行末端I下方的第三柔性支链23受到执行末端I的拖动，因受力方向一致，分布于内部双四杆柔性机构2312上八个单自由度柔性铰链(2301、2302、2303、
2304、2305、2306、2307、2308)的保持其刚性，并不会产生有效形变，而其下方单自由度柔性铰链2309则发生显著弹性弯曲变形，从而使得执行末端I实现绕z轴的顺时针转动；同理，若只驱动右压电陶瓷驱动器42使其长度增加，左压电陶瓷驱动器41不驱动，那么第二柔性支链22与驱动器接触的下方末端产生沿X轴方向向左的直线平动，分布于其上的单自由度柔性铰链(2201、2202、2203、2204)发生弹性变形，推动执行末端I向左移动，执行末端I推压第一柔性支链21使分布于其上的单自由度柔性铰链(2101、2102、、2103、2104)发生弹性变形，同时，位于执行末端I下方的第三柔性支链23受到执行末端I的拖动，因受力方向一致，分布于内部双四杆柔性机构2312上八个单自由度柔性铰链(2301、2302、2303、2304、
2305、2306、2307、2308)的保持其刚性，并不会产生有效形变，而其下方单自由度柔性铰链2309则发生显著弹性弯曲变形，从而使得执行末端I实现绕z轴的逆时针转动。本发明未述及之处适用于现有技术。需要补充说明的是，本发明描述结构所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的安装方位词是依据实施例附图所示或习惯而言的，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。
权利要求
1.一种两自由度柔性并联微操作器，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该微操作器主要包括一个执行末端、三个柔性支链、一个刚性支撑架和二个压电陶瓷驱动器； 所述刚性支撑架为中空的矩形框架结构，内部左右对称中线位置有一个向所述刚性支撑架内部的梯形突起，所述执行末端和三个柔性支链分布于刚性支撑架的内部；所述执行末端位于所述刚性支撑架内部的中上方，其左右两侧分别对称连接结构完全相同的第一、第二柔性支链，其下方连接第三个柔性支链；第一柔性支链对称分布于刚性支撑架左右对称中线的左侧，其左下侧末端与刚性支撑架的左下方内壁相连，其右下侧末端与刚性支撑架左右对称中线下方左侧内壁相连，第二柔性支链对称分布于刚性支撑架左右对称中线的右侧，连接方式与第一柔性支链相同；所述第三柔性支链上方与执行末端的正下方连接，下方与所述刚性支撑架的梯形突起连接，其左右对称中线与刚性支撑架左右对称中线重合；所述执行末端为立方体短横梁结构，位于刚性支撑架内部上方位置，其中线与刚性支撑架左右对称中线重合，所述执行末端左侧与所述第一柔性支链相连，右侧与所述第二柔性支链相连，正下方与所述第三柔性支链相连； 所述第一柔性支链位于刚性支撑架内部左侧，第一柔性支链下方两个末端分别与所述刚性支撑架内壁相连，上方一个末端与所述执行末端连接，第一柔性支链由三个横梁和两个竖梁构成，所述两个竖梁均为立方体结构，左侧为长竖梁，右侧为短竖梁；所述三个横梁均为立方体结构，并且自上而下等间距分布，分别与所述长竖梁一一相连，所述上横梁位于所述长竖梁的上方右侧，上横梁左侧末端与所述长竖梁的右端面连接，上横梁右侧末端与所述执行末端连接，上横梁右侧末端靠近与执行末端相连位置开有第一组半圆凹槽；所述中横梁位于所述长竖梁的中部右侧，中横梁左侧末端与长竖梁的右端面连接，右侧末端与短竖梁连接，中横梁左侧末端靠近与长竖梁相连位置开有第二组半圆凹槽；所述下横梁位于长竖梁的下方左侧，下横梁右侧末端与长竖梁的左端面连接，下横梁左侧末端以赫兹接触方式与所述压电陶瓷驱动器头部相抵，下横梁右侧末端靠近与长竖梁相连位置开有第三组半圆凹槽，下横梁左侧末端的上、下端面上分别向外延伸两个尺寸一致的柔性薄片，位于上端面的两个柔性薄片的上方末端与刚性支撑架的内壁相连，位于下端面的所述两个柔性薄片的下方末端与刚性支撑架的内壁相连，所述第一、第二、第三组半圆凹槽的凹槽形状一致，每一组的上、下两个半圆凹槽均对称分布于所述三个横梁的上、下两端面上，所述短竖梁上方末端与中横梁下端面相连，短竖梁下方末端开有第四组半圆凹槽，所述第四组半圆凹槽的左、右两个半圆凹槽形状一致，对称分布于所述短竖梁的左、右两端面上，短竖梁的下端连接于所述刚性支撑架内壁上； 所述第二柔性支链位于刚性支撑架内部右侧，其结构与第一柔性支链相同，并左右对称分布在刚性支撑架对称中线的两侧； 所述第三柔性支链位于所述执行末端的正下方，左右对称中线与所述刚性支撑架左右对称中线重合，所述第三柔性支链由一个刚性” U”形架和一个双四杆柔性机构组成，所述刚性”U”形架下方沿左右对称中线向下延伸出一段竖直梁，在延伸竖直梁开有第十七组半圆凹槽，第十七组半圆凹槽的左、右两个半圆凹槽形状完全一致，对称分布于延伸竖直梁的左、右两端面上，延伸竖直梁的下端与所述刚性支撑架梯形突起结构连接，所述双四杆柔性机构位于刚性”U”形架内部，双四杆柔性机构包括一个刚性竖梁和四个结构完全一致的柔性横梁，刚性竖梁沿着所述刚性支撑架左右对称中线设置；所述刚性竖梁与刚性”U”形架左侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁，所述的两个柔性横梁上均从左至右依次开有半圆凹槽，上柔性横梁从左至右依次开有第九组半圆凹槽，第十组半圆凹槽，下柔性横梁从左至右依次开有第i 组半圆凹槽和第十二组半圆凹槽，每一组的上、下两个半圆凹槽对称分布于柔性横梁的上、下两端面上，所述的四组半圆凹槽的凹槽形状一致，并相对于各自所在柔性横梁的中线上下对称分布；所述刚性竖梁与所述刚性“U”形架右侧内壁之间自上而下分布也两个柔性横梁，其形状结构与所述左侧内壁之间自上而下分布两个柔性横梁的形状结构完全相同； 所述压电陶瓷驱动器包括左、右两个压电陶瓷驱动器，两者均水平放置于第一、第二柔性支链和刚性支撑架之间，左压电陶瓷驱动器设计在刚性支撑架左下方端角位置，头部向右以赫兹接触方式顶在第一柔性支链的左下方末端，尾部顶在刚性支撑架内壁上，并通过左螺纹孔和左螺栓与刚性支撑架刚性连接；右压电陶瓷驱动器结构与连接方式与所述左压电陶瓷驱动器相同，对称设计在刚性支撑架右下方端角位置。
2.根据权利要求1所述的两自由度柔性并联微操作器，其特征在于所述的一个执行末端、三个柔性支链和一个刚性支撑架及其连接采用整体加工方式一次性获得。
全文摘要
本发明公开一种两自由度柔性并联微操作器，基于压电陶瓷驱动，其特征在于该微操作器主要包括一个执行末端、三个柔性支链、一个刚性支撑架和二个压电陶瓷驱动器；所述刚性支撑架为中空的矩形框架结构，内部左右对称中线位置有一个向所述刚性支撑架内部的梯形突起，所述执行末端和所述三个柔性支链分布于刚性支撑架的内部，所述执行末端位于所述刚性支撑架内部的中上方，其左右两侧分别对称连接结构完全相同的第一、第二柔性支链，其下方连接第三个柔性支链；所述第三柔性支链上方与所述执行末端的正下方连接，下方与所述刚性支撑架的梯形突起连接，其左右对称中线与所述刚性支撑架左右对称中线重合。
文档编号H02N2/06GK103036474SQ20121050646
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月3日 优先权日2012年12月3日
发明者贾晓辉, 刘今越 申请人:河北工业大学