[发明专利]一种微夹持机器人

说明书

本发明涉及一种微夹持机器人，实现微型零件的夹持和高精密运动定位的同时可实现对夹爪位移、夹持力和微装配力的检测和反馈控制。微夹持机器人由同时实现夹爪位移检测、夹持力检测和微装配力检测的微夹钳、精密定位系统和微夹持机器人控制器构成，实现沿X轴、Y轴和Z轴的直线运动和旋转运动，同时实现对夹爪位移、夹持力和微装配力的同时检测、传感与反馈。微夹钳由基座、固定在基座上的单片柔顺机构、执行器以及微夹钳控制构成。单片柔顺机构上有对称设置的一级杠杆机构、对称设置的三级串联平行四边形机构和对称设置的夹爪。

技术领域

本发明涉及微装配领域，具体是一种微夹持机器人。

背景技术

随着微纳米器件制造技术的快速发展，异质异构的非硅微纳器件及系统的需求逐渐显现并增加。这些技术所需的零件多是具有复杂三维几何结构、由不同材料制造的，而微装配技术是实现异质异构的非硅微系统集成的重要途经。微夹持机器人是微装配系统的末端执行系统，其夹爪直接与被夹持对象相接触，因此微夹持机器人的研究对于微装配技术至关重要。微夹持机器人作为一种典型的微执行机构，在微机械零件的加工、微装配和生物工程等领域均有很好的应用前景。

在微装配中，装配对象的尺寸一般为亚微米至微米量级，夹持力大小不合适，易使被夹持的零件发生变形、破碎等损坏。准确获取夹持力是实现精确可靠微装配的前提。另一方面，微装配力会影响微装配的一致性，因此在微型零件夹持装配过程中，准确获取微装配力是确保装配一致性的关键。

微装配过程在微装配空间中进行，由于显微视觉系统具有景深小、视场小的特点，要通过显微视觉技术实时检测视场空间中各个零件和微夹钳的运动特征较为困难。但要快速、精确地实现自动装配任务，必须实时获取夹爪运动特征信息。

另外，为了保证微夹持机器人在夹持锥形或圆柱形物体时被夹持物不易脱落，要求微夹持机器人的末端夹爪能够平行移动。目前开发的微夹持机器人，在空载时夹爪能够平行移动，但是为了实现夹持力传感，采用了悬臂梁作为夹持力传感机构，导致夹持零件时夹爪不再平行移动。因此，为了实现微型零件的可靠夹持，需要保证微夹钳在夹持零件时夹爪仍保持平行移动，夹爪承载保持平行移动是目前微装配领域亟待解决的问题。一般微装配系统中，应用微夹持器夹取微小物体时，需集成夹持力传感器，组成闭环控制系统实现夹持零件无损伤操作；集成微装配力传感器，组成闭环控制系统实现装配零件无损伤操作。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微夹持机器人，实现微夹钳六自由度精密定位运动，同时集成的夹爪位移传感单元、夹持力传感单元和微装配力传感单元实现对夹爪位移、夹持力和微装配力的检测、传感，并配合微夹持机器人控制器实现夹爪位移、夹持力和微装配力的反馈控制。

本发明的技术方案为：

本发明实施例提供了一种微夹持机器人，所述的微夹持机器人由同时集成夹爪位移传感单元、夹持力传感单元和微装配力传感单元的微夹钳、可沿X轴、Y轴和Z轴直线运动的精密电动平台、可沿X轴和Z轴旋转的双轴精密电动旋转台、可沿Y轴旋转的精密电动旋转台和微夹持机器人控制器构成，双轴紧密电动旋转台由螺钉安装在精密电动平台上，精密电动旋转台由螺钉安装在双轴精密电动旋转台上；所述微夹钳由螺钉安装在微夹钳与精密定位系统转接器上，所述微夹钳与精密定位系统转接器通过螺钉或卡扣安装在所述精密电动旋转台上，所述微夹钳在实现微型零件夹持的同时可实现对夹爪位移、夹持力和微装配力的同时检测、传感，并配合微夹持机器人控制器实现夹爪位移、夹持力和微装配力的反馈控制。精密定位系统可实现沿X轴、Y轴和Z轴的直线运动和旋转运动，不仅能实现夹持微型零件的精密定位，沿Z轴直线运动的精密电动平台与微夹钳一起可实现微装配力的反馈控制。

其中，双轴精密电动旋转台、精密电动平台和精密电动旋转台这些产品属于现有技术所存在的产品，例如采用日本神精津机所制造的产品。