[实用新型]四自由度并联微动机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及先进制造和精密加工领域，提供了一种空间四自由度并联微动机器人。

背景技术

随着社会进步和科学技术的发展，在电子行业、生物和遗传工程等各个领域的工作对象也越来越小，要求的操作精度越来越高，因而开发一些工作对象是微小物体的微细、超微细作业器件和设变得日益迫切。如果对象在1mffl以上，则借助人眼可以直接进行作业；如果对象在1ram以下，则必须借助显微镜进行操作和处理。在机电行业中，像手机、计算器之类的微小机器已经盛行起来，对微小零件的加工、组装、调整及成品检查等的专门技术要求日益迫切；为了了解细胞、身体器官的结构，微小对象物的操作是必需的。此外，在医疗领域中微外科手术等都急需一些不给人体带来大痛苦的微细作业的方法和手段。在精密测试与制造，生物工程，外科医疗，集成电路制造等领域也需要对一些微小的对象进行操作。而这些微细作业由人直接实施是困难的，必须依赖机器人。在微米、纳米尺度世界中，它们不大服从现有的一些物理法则，用现有的一般机器人是不能胜任的。必须使用微细作业系统。因此，从亚毫米到亚微米的微细机械零件的组装，微小图形的修补，基因转移，细胞的分离和纳米微驱动机器人是指机器人的运动位移在几微米和几百微米的范围内；微动机器人是指对微小物体的整体或部分进行精度在微米或亚微米级的操作和处理；微小型机器人体积小、耗能低，能进入一般机械系统无法进入的狭窄作业空间，方便地进行精细操作。用于微动机器人的并联机构，在运动原理上与一般并联机构类似，通常基于所需自由度，在考虑运动杆副的类型、配置及驱动方式和总体布局的条件下进行选择，常采用压电陶瓷作为各个分支的驱动，由于整体结构采用一块材料进行切割，所以避免了宏观机器人的安装和运动副之间的摩擦对于机构运动能力的影响。

发明内容

为了克服现有的宏观并联机器人对于装配和安装的严格要求以及在使用中存在的精度不足等缺点，本实用新型提供了一种四自由度并联微动机器人，该微动机器人采用柔性铰链代替宏观的运动副，避免了并联机构由于运动副轴线装配误差及运动副存在的间隙对末端平台运动特性所造成的影响使机器人的运动精度达到纳米级。此四自由度并联微动机器人采用对称机构，加工和安装方便。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：四自由度并联微动机器人包括动平台，静平台和四个结构相同的分支，每个分支通过虎克铰链和动平台相互连接，通过由四个转动副组成的复合铰链和静平台相互连接。在每个分支中有一个压电陶瓷，其固定在静平台上，用来驱动由四个转动副组成的复合铰链中的两个连杆，从而达到使整个四自由度并联微动机构运动起来的目的。

本实用新型的有益效果是：本实用新型具有结构紧凑，能实现无摩擦，无间隙和高分辨率的传动。该机器人在精细加工方面具有方程广的应用背景和实际的应用价值，可以应用到精细加工，光纤对接等场合。通过分析该并联机器人的各分支运动形式，可以得到这种并联微动机器人可以实现在空间的三个平动和一个转动。

附图说明

下面结合附图和实施实例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型一个分支的结构。

以上附图中：1.末端执行器，2.动平台，3.虎克铰链，4.连杆，5.螺钉，6.压电陶瓷，7.虎克铰链，8.连杆，9.连杆，10.连杆，11.连杆12.转动副，13.静平台，14.连杆，15.转动副。

其中柔性连杆8和连杆10长度和结构完全相同，连杆9和连杆4的长短和结构也完全相同；其中一个分支中的转动副的轴线方向相同，其中一个分支中的虎克铰链的结构和轴线方向也一样。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型进行详细分析。

如图1所示为四自由度并联微动机器人，其主要包括末端执行器1，其焊接在动平台2上，和动平台具有一致的运动形式。动平台2通过虎克铰链3相互连接，虎克铰链3和虎克铰链7通过连杆4相互连接。压电陶瓷6固定在静平台13上，其位于复合铰链的中间部位，其对于连杆8和9进行驱动，通过直接接触发生微位移，从而使整个机构发生变化，产生相对运动。

此四自由度微动并联机器人各分支具有相同的结构，每个分支对于机构的动平台提供一个约束力偶，由于四个分支为对称布置，所以动平台可以实现在空间的三个转动和一个移动，所以此并联机器人具有四个自由度，每个分支有一个驱动，则机器人的动平台可以实现具有却动的运动。本实用新型避免了以前宏观少自由度并联机器人对于装配和安装的严格要求，以及传动摩擦对于机器人动平台运动能力的影响，动平台的定位精度达到纳米级。

本发明未述及之处适用于现有技术。上述实例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。