[实用新型]基于混合驱动的六自由度微小型机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及微机电精密仪器领域，特别涉及一种基于压电和电磁混合驱动的微小型机器人，尤指一种基于混合驱动的六自由度微小型机器人。本实用新型能够实现六自由度精密运动及定位。对于微小型机器人的研发和精密仪器内关键零部件的高精度定位将会起到非常重要的促进作用，对微机电系统（MEMS）技术和纳米工程等高技术产业集群的发展具有极为重要的支撑和推动作用。 

背景技术

MEMS (Micro Electronic Mechanical System )技术是一项面向21 世纪的高新技术，受到了许多国家的政府部门、学术界和工业界的高度重视。微小型机器人是MEMS 研究开发的重要分支。微细加工技术和微型机械电子产品的出现为微小型机器人的产生奠定了基础，各种微小型机器人的研究成果不断涌现，它已成为举世瞩目的重大科技发展方向。微小型机器人不可简单理解为普通机器人的微小化。微机器人学是一个多学科交叉的前沿学科，它以机械电子技术为基础，还涉及到化学、计算机科学、材料科学、生物科学、通信和自动控制等许多领域。 

微小型机器人能进入人所不及的狭小空间内作业，又不扰乱周围环境，在工业、信息处理、 通讯、航空航天、航海、医学与生物工程、农业、家庭服务和保安等领域有着潜在的广阔的应用前景。由于受自身尺寸和作业空间的限制，微小型机器人难以采用常规机器人的驱动器、 传动机构和执行机构。目前，国内外已有许多微小型机器人的样机问世，它们都采用了新颖的驱动方式和移动技术。 

这些微小型机器人大多采用压电材料、形状记忆合金和人工肌肉等智能材料作为驱动元件，可以实现高精度和高分辨率的移动或者旋转。然而，有一些微小型机器人输出稳定、精度高，但限于驱动元件的输出位移，其行程很小，仅有几十微米，限制了其应用范围；有一些微小型机器人能够实现大行程的移动或者旋转，但承载能力较弱，并且结构复杂，整体刚度较差；还有一些微小型机器人仅仅能够实现单自由度的移动或者转动，抑或具有两、三个自由度，不能够实现多自由度的精密运动，在一些定位要求极其精确的场合中具有很大的局限性。因此，设计开发一种精度高、行程大、承载能力较强，具有多自由度的微小型机器人很有必要。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种基于混合驱动的六自由度微小型机器人，解决了现有技术的上述问题。其具有多种运动模式，能够实现六自由度的高频运动，具有高稳定性、高精度和大行程等优点。 

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现： 

基于混合驱动的六自由度微小型机器人，包括柔性主架18、初级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3、5、12、14、次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16、微型电磁铁Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4、8、9、13、主压电叠堆17和压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2、7、11、15，所述次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16分别通过螺钉19对称设置于柔性主架18的四侧，初级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3、5、12、14分别粘结在次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16上，微型电磁铁Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4、8、9、13通过螺钉19分别与次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16固定连接，主压电叠堆17设置于柔性主架18内，压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2、7、11、15分别设置于初级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3、5、12、14内。

所述的次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16均为由直角柔性铰链连接为一体的六边形结构，该次级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ1、6、10、16的位移输入端分别与初级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3、5、12、14的位移输出端相粘结，形成四个交叉90°的两级位移放大机构。该机构能够将安装于其内的压电叠堆Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ2、7、11、15的水平方向的输出位移进行放大，并转换为竖直方向的位移输出。 

所述的柔性主架18的整体为一个对称结构，中部为一菱形柔性结构，当安装于其内的主压电叠堆17带电伸长时，该机构能够沿主压电叠堆17的轴向和横向同时输出位移。 

所述的主压电叠堆17两端的安装顶板通过正圆形柔性铰链与柔性主架18的菱形柔性结构连接为一体，当主压电叠堆17受到弯矩作用时，两端的顶板能够绕柔性铰链旋转一个小角度，使主压电叠堆17与两端的顶板始终保持为面—面接触，增强主压电叠堆17的工作寿命。 

所述的初级位移放大机构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ3、5、12、14均为由直角柔性铰链连接为一体的矩形结构。