CN101856815A - 具有两转一移三自由度的微动并联机构 - Google Patents

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李秦川
陈志�
陈巧红
武传宇
查姗姗
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Abstract

本发明涉及具有两转一移三自由度的微动并联机构。提供一种机构运动学简单、易于控制的一种具有两转一移三自由度的微动并联机构。技术方案是：具有两转一移三自由度的微动并联机构，包括连接于定平台与动平台之间的三条分支，该三条分支结构完全相同，其中左右两个分支的运动平面重合并关于动平台对称分布，中间分支的运动平面与左右分支的对称平面重合；每个分支设置一第三刚性连杆、柔性转动铰链、刚性连杆、第二刚性连杆、以及一柔性球铰链。

Description

具有两转一移三自由度的微动并联机构
技术领域
本发明属于微电子机械系统(MEMS)领域，特别是涉及一种三自由度并联微操作机器人。
背景技术
目前，微动技术已成为极具生命力的新兴高科技领域。微动机器人作为微操作系统的重要组成部分，在精密机械工程、电子封装、光纤对接、精细化工、生物、遗传工程、材料科学以及航空航天等领域中具有广阔的应用前景。并联机构具有高刚度、高承载能力、结构紧凑和运动链短等优点，使得其在微操作机器人中得到应用。少自由度并联机器人的机构自由度数少于6。对于实际应用中大量要求自由度少于6的操作任务，多余的自由度增加了系统的复杂性，成本也相应增加。北京航空航天大学研制了一台基于DELTA(代尔塔)机构的并联微动机器人，扬启志等研究了一台非对此结构三自由度并联微动机器人，刘平安等研究了一种二平移一转到结构三自由度并联微动机器人。然而，这些研究成果都存在问题，有的运动学复杂，有的标定困难。
对于并联机构，特别是少自由度并联机构，还具有伴随运动这一性质。Carretero(卡雷特罗)等首先引入了3-PRS并联机构中伴随运动的概念，认为伴随运动是3-PRS并联机构被约束的自由度，即非独立的自由度上发生的小幅值运动，为X、Y方向的两个移动和绕动平台法线的转动。伴随运动幅值虽小，却对并联机构的实际应用有重要影响。由于伴随运动是该机构固有特性，不能通过自身控制系统来补偿，则需要通过结构优化设计来尽量减少并联机构的伴随运动。
李秦川[CN200910097535.4]等提出了一种具有两转一移自由度的并联机构，其操作平台中心点处不存在伴随运动。然而，值得注意的是，该点存在于运动副中，或是球铰的中心，或者U铰中心；因而在工作中，操作平台中心点很难成为实际的工作点。
发明内容
本发明的目的在于提出一种两转一移的三自由度微动并联机构，该机构具有操作平台上中心点处仅一个伴随运动、运动学简单、易于控制的特点，可应用于微动并联机器人。
本发明提供的技术方案是：具有两转一移三自由度的微动并联机构，包括连接于定平台与动平台之间的三条分支，其特征在于该三条分支结构完全相同，其中左右两个分支的运动平面重合并关于动平台对称分布，中间分支的运动平面与左右分支的对称平面重合；每个分支设置一第三刚性连杆、柔性转动铰链、刚性连杆、第二刚性连杆、以及一柔性球铰链；并且，
每个分支还分别设置一由压电陶瓷驱动的弹性移动副；该弹性移动副直接安装在定平台上，动平台依次通过所述第三刚性连杆、柔性球铰链、第二刚性连杆、柔性转动铰链、刚性连杆以及弹性移动副与定平台连接；
或者每个分支还设置第二柔性转动铰链，该第二柔性转动铰链连接在定平台上，动平台依次通过所述第三刚性连杆，柔性球铰链、第二刚性连杆、柔性转动铰链、刚性连杆以及第二柔性转动铰链与定平台连接。
所述左右两个分支中的所有柔性转动副的转动轴线均相互平行，中间分支的柔性转动副的转动轴线与左右两个分支中的柔性转动副的转动轴线垂直。
该微动并联机构是一次加工的非组装件。
本发明的有益效果是，由于减少了三自由度并联机构动平台刀具末端的伴随运动(只具有一个伴随运动，而常规的三自由度并联机构具有两个或三个伴随运动)，使得该机构运动学简单、易于控制的特点，可应用于微动并联机器人。
附图说明
图1是本发明实施例1的3-PRS微动并联机构的结构示意图。
图2是本发明实施例1的3-PRS微动并联机构中的分支结构示意图。
图3是本发明实施例2的3-RRS微动并联机构的结构示意图。
图4是本发明实施例2的3-PRS微动并联机构中的分支结构示意图。
图中：1、定平台，2、动平台，3、第一分支，31、弹性移动副，32、压电陶瓷，33、刚性连杆，34、柔性转动铰链，35、第二刚性连杆，36、柔性球铰链，37、第三刚性连杆，4、第二分支，5、第三分支，61、第二柔性转动铰链。
具体实施方式
以下通过附图所示的实施例进一步说明。
两个附图所示的实施例，均包括动平台2、定平台1和连接动平台与定平台的三条分支；三条分支结构完全相同，其中左右两个分支的运动平面重合并关于动平台对称分布，中间分支的运动平面与左右分支的对称平面重合；每个分支至少设置一第三刚性连杆、柔性转动铰链、刚性连杆、第二刚性连杆、以及一柔性球铰链；在此基础上各实施例的不同点是：
A：每个分支还分别设置一由压电陶瓷驱动器(压电陶瓷驱动器外购配置)驱动的弹性移动副；该弹性移动副直接安装在定平台上，动平台依次通过所述第三刚性连杆37、柔性球铰链36、第二刚性连杆35、柔性转动铰链34、刚性连杆33以及弹性移动副31与定平台1连接；动平台2运动时有三个自由度。并且：左右两个分支中的所有柔性转动铰链的转动轴线均相互平行，中间分支的柔性转动铰链的转动轴线与左右两个分支中的柔性转动铰链的转动轴线垂直。由此构成了图1所示实施例1。
或者加上B：每个分支还设置第二柔性转动铰链61，该第二柔性转动铰链连接定平台，动平台依次通过所述第三刚性连杆37，柔性球铰链36、第二刚性连杆35、柔性转动铰链34、刚性连杆33以及第二柔性转动铰链(61)与定平台连接，动平台运动时有三个自由度。并且，左右两个分支中的所有柔性转动铰链的转动轴线均相互平行，中间分支的柔性转动铰链的转动轴线与左右两个分支中的转动副的转动轴线垂直。由此构成了图3所示实施例2。
以上所述微动并联机构是一次加工的非组装件。

Claims (3)

1.具有两转一移三自由度的微动并联机构，包括连接于定平台(1)与动平台(2)之间的三条分支，其特征在于该三条分支结构完全相同，其中左右两个分支的运动平面重合并关于动平台对称分布，中间分支的运动平面与左右分支的对称平面重合；每个分支设置一第三刚性连杆(37)、柔性转动铰链(34)、刚性连杆(33)、第二刚性连杆(35)、以及一柔性球铰链(36)；并且，
每个分支还分别设置一由压电陶瓷(32)驱动的弹性移动副(31)；该弹性移动副直接安装在定平台(1)上，动平台依次通过所述第三刚性连杆(37)、柔性球铰链(36)、第二刚性连杆(35)、柔性转动铰链(34)、刚性连杆(33)以及弹性移动副(31)与定平台(1)连接；或者，
每个分支还设置第二柔性转动铰链(61)，该第二柔性转动铰链连接在定平台上，动平台依次通过所述第三刚性连杆(37)，柔性球铰链(36)、第二刚性连杆(35)、柔性转动铰链(34)、刚性连杆(33)以及第二柔性转动铰链(61)与定平台连接。
2.根据权利要求1所述的具有两转一移三自由度的微动并联机构，其特征在于所述左右两个分支中的所有柔性转动副的转动轴线均相互平行，中间分支的柔性转动副的转动轴线与左右两个分支中的柔性转动副的转动轴线垂直。
3.根据权利要求1或2所述的具有两转一移三自由度的微动并联机构，其特征在于微动并联机构是一次加工的非组装件。
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