[发明专利]三维平动微操作手

说明书

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维微操作手。

背景技术

微操作手作为微电子机械系统(Micro Electro Mechanical System，简称MEMS)研究领域的重要分支，受到国内外学者的高度重视。微操作手运动精细，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。目前，多维(大于二维的)微操作手大多采用并联结构，如，哈尔滨工业大学研制了一台六维并联结构微操作手，它是一个六分支PSS副的变异Stewart平台，P副由压电陶瓷水平驱动，全部采用柔性铰链，驱动和检测一体化。北京航空航天大学则研制了一台两级解耦的六维串并混联结构的微操作手，由压电陶瓷驱动，其机构是由上(3RPS机构)、下(3RRR机构)两机构串接而成，它具有上下机构运动解耦，加速度大，可完成粗调、细调两种功能等特点；河北工业大学研制了正交解耦结构六维并联结构微操作手等。上述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，本发明提供一种三维平动微操作手，这种微操作手具有结构简单、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维平动微动。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由三条结构相同的驱动分支连于基座与工作台之间，在所述驱动分支中，四根连杆由四个转轴轴线相互平行的单轴柔性铰链相连构成平行四连杆柔性机构，平行四连杆柔性机构中的一对连杆分别通过两个同轴的单轴柔性铰链与工作台和平行板弹性移动副相连。平行板弹性移动副为框架结构，压电陶瓷微位移器安装在平行板弹性移动副框架结构的中部，三条驱动分支对应的与工作台连接的三对同轴的单轴柔性铰链的转轴轴线分别相互垂直，所述基座、工作台、连杆、单轴柔性铰链、平行板弹性移动副在一块弹簧钢上加工而成，也就是说，微操作手的本体是一次加工成型的非组装件。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，可实现微操作手工作台的三维的微移动。

本发明的有益效果是：本发明具有结构简单、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维平动微动。本发明在精密机械工程、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。

附图说明

图1是三维平动微操作手结构图；

图2是驱动分支的结构图。

在图1、2中，1.基座，2.驱动分支，3.工作台，4.压电陶瓷微位移器，5.平行板弹性移动副，6.第一单轴柔性铰链，6′.第二单轴柔性铰链，8.第三单轴柔性铰链，8′.第四单轴柔性铰链，10.第五单轴柔性铰链，10′.第六单轴柔性铰链，11.第七单轴柔性铰链，11′.第八单轴柔性铰链，7.第一连杆，7′.第二连杆，9.第三连杆，9′.第四连杆。

图1是本发明公开的一个实施例，这种三维平动微操作手，由基座1、三条结构相同的驱动分支2和工作台3组成，三条驱动分支2以并联形式连于工作台3与基座1之间。在所述驱动分支2中，第一连杆7、第二连杆7′、第三连杆9和第四连杆9′分别由第三单轴柔性铰链8、第四单轴柔性铰链8′、第五单轴柔性铰链10和第六单轴柔性铰链10′相连构成平行四连杆柔性机构，第二连杆7′通过一对同轴的第七单轴柔性铰链11和第八单轴柔性铰链11′与工作台3相连，第一连杆7通过另外一对同轴的第一单轴柔性铰链6和第二单轴柔性铰链6′与平行板弹性移动副5相连；第三单轴柔性铰链8、第四单轴柔性铰链8′、第五单轴柔性铰链10和第六单轴柔性铰链10′的转轴轴线相互平行，第一单轴柔性铰链6的转轴轴线与单第七轴柔性铰链11的转轴轴线相互平行，第一单轴柔性铰链6的转轴轴线与第三单轴柔性铰链8的转轴轴线相互垂直。三条驱动分支2对应的与运工作台3连接的三对同轴的单轴柔性铰链的转轴轴线分别相互垂直；所述基座、工作台、连杆、单轴柔性铰链和平行板弹性移动副在一块弹簧钢上加工而成。