CN103786151B - 一种并联微操作机器人 - Google Patents
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Abstract
一种新型的并联微操作机器人，包括结构相同且对称布置的左微操作手和右微操作手。左微操作手或右微操作手均包括一个半圆筒形微操作手机架、三条支链、一个微操作手动平台以及一个微操作手末端工具；每条支链均包括一个微位移驱动器、一个柔性移动副和两条结构相同的分支，每条分支由两个柔性球铰和一个刚性连杆组成，每条分支的一端与左微操作手动平台连接，另一端与柔性移动副连接，且两条分支的轴线相互平行，微位移驱动器的固定端与左微操作手机架连接，驱动端与柔性移动副连接。构成每个微操作手的三条支链在半圆筒形空间内均匀分布。本发明可实现三维高精度操作，整体结构紧凑且具有较大的操作范围和较高的分辨率，可广泛应用于生物医学工程及精密工程等领域。
Description
技术领域
本发明属于先进机器人领域，具体涉及一种可以用于生物医学工程、精密工程的新型的并联微操作机器人。
背景技术
近年来，科学技术正迅速向微型化、精密化、高度集成化方向发展。微机电系统加工及装配、精细外科手术、细胞操作、细胞融合、染色体切割、基因注射等应用场合所需要的操作精细程度和复杂程度已经远远超出了人类的操作极限。这对研制具有微/纳米级定位精度的微操作机器人提出了迫切需求。
自从1991年开始，日美等国家就开始投入大量经费进行微操作机器人系统的研究，并取得了很好的成果。如日本大阪大学的TatsuoArai等学者研制了双指微操作机器人，美国西北大学的K.W.Grace等学者研制了用于视网膜手术的六自由度微操作机器人，德国、加拿大等也取得了一定成果。国内北京航空航天大学、哈尔滨工业大学、南开大学等科研院所自1993年起也开始了微操作机器人系统的研究。1999年南开大学成功研制了我国第一台面向生物医学应用的微操作机器人系统，2000年北京航空航天大学研制了具有视觉反馈的面向生物工程的微操作机器人系统，哈尔滨工业大学、燕山大学、清华大学、中国科技大学等也相继取得了丰硕的成果。在申请号为200610012449.5、03137699.1、03266087.1、02155336.X、97121702.5、200810079902的专利文件中公开了“具有全位姿反馈的六自由度微操作机器人”、“一种串-并联式微操作并联机器人机械装置”、“一种并-并联式微操作并联机器人机械结构”、“面向生物医学工程的微操作机器人系统”、“用于生物医学工程的微操作机器人”、“三维平动微操作手”。同时，市面上也出现一些商业化的微操作设备，如日本Nikon公司的NT-88NE，德国Eppendorf公司的InjectManNI2等。目前多数微操作机器人存在的主要问题是结构复杂，操作自由度少，操作范围小，运动分辨率低等。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构紧凑、操作范围大、运动分辨率高的多维并联微操作机器人。
本发明的技术方案为：
一种新型的并联微操作机器人，包括结构相同且对称布置的左微操作手(1)和右微操作手(2)；
左微操作手包括半圆筒形左微操作手机架(8)、第一支链(6)、第二支链(7)、第三支链(9)、左微操作手动平台（18）以及左微操作手末端工具(5)；右微操作手包括半圆筒形右微操作手机架(12)、第四支链(10)、第五支链(11)、第六支链(13)、右微操作手动平台以及右微操作手末端工具(3)；
左微操作手或右微操作手中的每条支链均包括一个微位移驱动器(15)、一个柔性移动副(14)和两条结构相同的分支，每条分支由两个柔性球铰(16)和一个刚性连杆(17)组成，两个柔性球铰(16)分别连接在刚性连杆(17)的两端，每条分支的一端与微操作手动平台连接，另一端与柔性移动副(14)连接，且两条分支的轴线相互平行，微位移驱动器(15)的固定端与微操作手机架连接，驱动端与柔性移动副(14)连接；构成微操作手的三个支链在半圆筒形微操作手机架的空间内均匀分布。
右微操作手与左微操作手支链结构及尺寸完全相同，且右微操作手与左微操作手可通过四个安装螺钉固定成一体。
本发明的优点及有益效果：
(1)采用基于柔性铰链的三自由度并联机构作为微操作机器人主体机构，结构紧凑，操作范围大、运动分辨率高，整体包括左右两个微操作手，可整体使用也可单独使用，具有良好的适用性；(2)驱动布置在与机架固定的柔性移动副上，驱动部件安装方便，同时降低了机构运动惯量，提高了系统的操作性能。
附图说明
图1是本发明的实施例的装配爆炸视图
图2是本发明的实施例中除去机架顶部后的结构示意图
图3是本发明的实施例中左微操作手的结构示意图
图中：1、左微操作手，2、右微操作手，3、右操作手末端工具，4、安装螺钉，5、左操作手末端工具，6、第一支链，7、第二支链，8、左操作手机架，9、第三支链，10、第四支链，11、第五支链，12、右操作手机架，13、第六支链，14、柔性移动副，15、微位移驱动器，16、柔性球铰，17、刚性连杆，18、左微操作手动平台。
具体实施方式
如图1和图2所示并联微操作机器人，包括结构相同且对称布置的左微操作手1、右微操作手2。左微操作手包括半圆筒形左微操作手机架8、第一支链6、第二支链7、第三支链9、左微操作手动平台18以及左微操作手末端工具5。右微操作手包括半圆筒形右微操作手机架12、第四支链10、第五支链11、第六支链13、右微操作手动平台以及右微操作手末端工具3。
图3所示的左微操作手中，每条支链均包括一个微位移驱动器15、一个柔性移动副14和两条结构相同的分支，每条分支由两个柔性球铰16和一个刚性连杆17组成，两个柔性球铰16分别连接在刚性连杆17的两端，每条分支的一端与左微操作手动平台18连接，另一端与柔性移动副14连接，且两条分支的轴线相互平行，微位移驱动器15的固定端与左微操作手机架8连接，驱动端与柔性移动副14连接。第一支链6、第二支链7、第三支链9在半圆筒形微操作手机架的空间内均匀分布。
右微操作手2与左微操作手1支链结构及尺寸完全相同，且右微操作手2与左微操作手1可通过四个安装螺钉4固定成一体。
通过控制各支链上的微位移驱动器，可以使左微操作手动平台和右微操作手动平台单独或同时输出三维移动，从而实现对微/纳米级对象的操作。
Claims (2)
1.一种并联微操作机器人，其特征在于：该微操作机器人包括结构相同且对称布置的左微操作手(1)和右微操作手(2)；
左微操作手包括半圆筒形左微操作手机架(8)、第一支链(6)、第二支链(7)、第三支链(9)、左微操作手动平台（18）以及左微操作手末端工具(5)；右微操作手包括半圆筒形右微操作手机架(12)、第四支链(10)、第五支链(11)、第六支链(13)、右微操作手动平台以及右微操作手末端工具(3)；
左微操作手或右微操作手中的每条支链均包括一个微位移驱动器(15)、一个柔性移动副(14)和两条结构相同的分支，每条分支由两个柔性球铰(16)和一个刚性连杆(17)组成，两个柔性球铰(16)分别连接在刚性连杆(17)的两端，每条分支的一端与微操作手动平台连接，另一端与柔性移动副(14)连接，且两条分支的轴线相互平行，微位移驱动器(15)的固定端与微操作手机架连接，驱动端与柔性移动副(14)连接；构成微操作手的三个支链在半圆筒形微操作手机架的空间内均匀分布。
2.根据权利要求1所述的并联微操作机器人，其特征在于右微操作手(2)与左微操作手(1)可通过四个安装螺钉(4)固定成一体。
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