[发明专利]一种三自由度并联微操作机器人

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种三自由度并联微操作机器人。

背景技术

随着微/纳米技术的发展，微操作机器人在微机电行业、生物工程及医疗、航空航天和光学加工等领域具有广阔的应用前景，而并联微操作机器人与串联机器人相比具有无摩擦、无间隙、无累计误差、响应快、承载能力强、刚度大等优点，因而被广泛应用。

从目前对并联微操作机器人的研究来看，燕山大学研制了一种各向同性的六自由度微动并联机器人，该机器人通过放在平行板柔性移动副框架结构中部的压电陶瓷驱动，由推杆放大位移，将位移传递给平行板柔性移动副，从而实现工作台的移动，该微动机器人虽有较好的位移解耦性，但其结构复杂。哈尔滨工业大学研制出一种三支链六自由度并联柔性铰链微动机构，从空间结构上看，该机器人属于6-PSS型微动并联机器人，压电陶瓷布置在底座上，压电陶瓷的输出经过弹性平行板传递到与之相连的连接座上，然后两端带柔性铰链的支撑杆件再将连接座和上平台连接起来，这种机构形式传动链长，误差因素多，而且底座较大，加工困难。

六自由度并联微操作机器人虽然能够满足精密定位的需求，但其结构繁琐、成本高，并且操作困难、工业应用受限，目前在很多应用领域中，并不需要六自由度运动。近年来，少自由度并联微操作机器人以其自身的特点和应用潜力引起了国内外学者的广泛关注。Kallio等研制了压电陶瓷驱动的三自由度微操作机器人；Hara等研究了一种平面三自由度微动机器人；Lee等对可以实现一平动两转动的三自由度并联微动机构进行了研究；北京航空航天大学研制了三自由度并联Delta机构的微操作机器人；北京交通大学对平面3-RRR柔性并联机器人进行了研究；北京工业大学研制了含有分布柔性铰链的3-RRS柔性并联机构；天津大学研制了一种大行程两平动一转动精密定位平台。

尽管学者们对三自由度并联微操作机器人进行了大量研究，然而对于具有较高实际应用价值的三自由度纯平动并联机构的研究相对较少，专利所述的并联微操作机器人具有三个平动自由度，其结构简单、成本低、控制相对容易。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供了一种具有三个平动自由度、结构简单、成本低廉、容易控制的三自由度并联微操作机器人。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种三自由度并联微操作机器人，包括底面基座(3)、工作台(1)以及三条PUU型支链(2)，所述底面基座(3)上固定有第一支链安装座，而所述工作台(1)上设置有第二支链安装座，且所述第一支链安装座、第二支链安装座与PUU型支链(2)一一对应；所述PUU型支链包括两个柔性虎克铰链、连接杆(22)以及压电陶瓷驱动器(24)；两个柔性虎克铰链分别为上部柔性虎克铰链(21)和下部柔性虎克铰链(23)，所述压电陶瓷驱动器(24)固定安装在底面基座(3)上，所述下部柔性虎克铰链(23)的一端固定在压电陶瓷驱动器(24)上，所述下部柔性虎克铰链(23)的另一端与连接杆(22)的一端相接；所述连接杆(22)的另一端与上部柔性虎克铰链(21)的一端相连，所述上部柔性虎克铰链(21)的另一端与工作台(1)的下表面固定相连；

柔性虎克铰链包括：第一柔性块(231)、第二柔性块(233)、第三柔性块(235)、第一柔性铰链结构(232)和第二柔性铰链结构(234)；所述第一柔性块与第二柔性块通过第一柔性铰链结构(232)连接，所述第二柔性块(233)与第三柔性块通过第二柔性铰链结构(234)连接，且所述第一柔性块(231)、第二柔性块(233)、第三柔性块(235)由上到下依次设置，同时所述第一柔性铰链结构(232)和第二柔性铰链结构(233)的运动方向相互垂直；

所述压电陶瓷驱动器(24)包括连接头(241)、预紧头(242)、填充物(243)、压电陶瓷(244)、套管(245)和底座(246)；所述套管(245)安装在底座(246)上，而所述压电陶瓷(244)设于套管(245)内，所述压电陶瓷(244)下表面与套管(245)底部相接，所述压电陶瓷(244)的上表面与连接头(241)的下端相连，所述预紧头(242)设置于套管(245)的上部，而所述连接头(241)的上端穿过预紧头(242)伸出套管(245)外侧；所述填充物(243)设置于连接头(241)与预紧头(242)之间；

优选的：所述工作台(1)由压电陶瓷驱动器(24)驱动。

优选的：所述第一支链安装座沿周向均匀分布在底面基座(3)上，所述第二支链安装座沿周向均匀分布在工作台(1)上。