CN104842344A - 无过约束型一转动三平动微操作机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无过约束型一转动三平动微操作机器人，包括操作台、底座和连接于操作台与底座之间的四条支链，其中三条支链采用了完全一样的机械结构。本发明机器人具有结构紧凑，工作空间大等优点，当第三连接块的轴线与操作台的上平面不垂直时，使得结构中的平行四边形结构不为矩形结构，有效的避免了初始运动时操作台的方向不确定性，通过特殊支链驱动起杠杆放大作用的第一连接块，从而避免了第一连接块转动过程中由于直接驱动导致的过约束问题，可实现高精度的定位和操作。

Description

无过约束型一转动三平动微操作机器人
技术领域
本发明属于制造技术领域，具体是涉及一种无过约束型一转动三平动微操作机器人。
背景技术
微动机器人是一种新型的高精度操作机器人，由于采用柔性铰链结构，其特点是结构紧凑、体积小，可以做到无机械摩擦、无传动间隙，具有很高的位移分辨率。使用压电器件驱动，机器人可以实现微米甚至纳米级的精度，同时不产生噪音和发热，适用于各种介质环境工作。
微动机器人已在航空、航天、微电子工业部门、精密测量和生物工程领域获得重要的应用。美国Texas大学机械工程系Hudgens和Tesar等研制了一个6-DOF完全并联带柔性铰链的微动机器人，Tamio Tanikawa研制出用于细胞操作的双指六自由度微操作机器人，哈尔滨工业大学研制了一台压电陶瓷驱动的6-DOF并联微动机器人，北京航空航天大学研制了一台创意独特、两级解耦的6-DOF串并联微动机器人和一台三自由度并联Delta机构的微操作机器人，燕山大学研制了6-DOF结构解耦的一体化微动机器人，河北工业大学公开了“五自由度五轴结构解耦并联微动机器人”及“四自由度四轴结构解耦并联微动机器人”等多项发明专利。
目前，研究人员对基于柔性并联机构的精密微动机器人的研究成果及专利主要集中在具有空间全自由度运动的精密微动平台上，对于少自由度精密微动平台的研究较少，而实现一转动三平动的四自由度微动机器人也并不多见。
发明内容
本发明的目的是提供一种无过约束型一转动三平动微操作机器人。其技术方案为：
一种无过约束型一转动三平动微操作机器人，包括操作台、底座和连接于操作台与底座之间的多条支链，其特征在于：包括四条支链，其中的一条支链含有一个连杆、一个弹性移动副和一个微位移驱动装置，其中连杆的一端通过弹性球铰与操作台连接，另一端通过弹性球铰与弹性移动副的一侧连接，弹性移动副的另一侧与微位移驱动装置的驱动端固定连接，微位移驱动装置的底部与底座固接，其余三条支链均含有一个驱动块、一个第一连接块、一个第二连接块和一个矩形块，其中矩形块的一个侧面分别经第四弹性转动副对应接轴线互相平行的第三连接块和第四连接块，第三连接块和第四连接块的另一端分别经第四弹性转动副接操作台，4个第四弹性转动副的轴线互相平行，该矩形块的一个相邻侧面通过第三弹性转动副与第二连接块的一端连接，第二连接块的另一端通过第二弹性转动副与第一连接块的一端连接，第一连接块的另一端通过第一弹性转动副与底座连接，第一连接块的中间部位通过第四弹性转动副与驱动块的一端连接，驱动块的另一端通过第五弹性转动副与弹性移动副的一侧连接，第一弹性转动副、第二弹性转动副、第三弹性转动副、第四弹性转动副和第五弹性转动副的轴线互相平行，弹性移动副的另一侧与微位移驱动装置的驱动端固定连接，微位移驱动装置的底部与底座固接。
所述的无过约束型一转动三平动微操作机器人，三条支链关于连杆的轴线中心对称分布，第三连接块的轴线与操作台的上平面不垂直。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：（1）结构紧凑，工作空间大；（2）当第三连接块的轴线与操作台的上平面不垂直时，使得结构中的平行四边形结构不为矩形结构，有效的避免了初始运动时操作台的方向不确定性，保证了运动精度；（3）通过特殊支链驱动起杠杆放大作用的第一连接块，从而避免了第一连接块转动过程中由于直接驱动导致的过约束问题，有效的提高了运动精度。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图中：1、微位移驱动装置  2、弹性移动副  3、弹性球铰  4、连杆  5、弹性球铰  6、操作台  7、底座  8、第四弹性转动副  9、驱动块  10、第五弹性转动副  11、微位移驱动装置 12、弹性移动副  13、第一弹性转动副  14、第四弹性转动副  15、第一连接块  16、第二弹性转动副  17、第二连接块  18、第三弹性转动副  19、矩形块  20、第四连接块  21、第三连接块。
具体实施方式
包括操作台6、底座7和连接于操作台6与底座7之间的四条支链，其中的一条支链含有一个连杆4、一个弹性移动副2和一个微位移驱动装置1，其中连杆4的一端通过弹性球铰5与操作台6连接，另一端通过弹性球铰3与弹性移动副2的一侧连接，弹性移动副2的另一侧与微位移驱动装置1的驱动端固定连接，微位移驱动装置1的底部与底座7固接，其余三条支链均含有一个驱动块9、一个第一连接块15、一个第二连接块17和一个矩形块19，其中矩形块19的一个侧面分别经第四弹性转动副8对应接轴线互相平行的第三连接块21和第四连接块20，第三连接块21和第四连接块20的另一端分别经第四弹性转动副8接操作台6，4个第四弹性转动副8的轴线互相平行，该矩形块19的一个相邻侧面通过第三弹性转动副18与第二连接块17的一端连接，第二连接块17的另一端通过第二弹性转动副16与第一连接块15的一端连接，第一连接块15的另一端通过第一弹性转动副13与底座7连接，第一连接块15的中间部位通过第四弹性转动副14与驱动块9的一端连接，驱动块9的另一端通过第五弹性转动副10与弹性移动副12的一侧连接，第一弹性转动副13、第二弹性转动副16、第三弹性转动副18、第四弹性转动副14和第五弹性转动副10的轴线互相平行，弹性移动副12的另一侧与微位移驱动装置11的驱动端固定连接，微位移驱动装置11的底部与底座7固接。
三条支链关于连杆4的轴线中心对称分布，第三连接块21的轴线与操作台6的上平面不垂直时，性能最佳。

Claims (2)

1.一种无过约束型一转动三平动微操作机器人，包括操作台（6）、底座（7）和连接于操作台（6）与底座（7）之间的多条支链，其特征在于：包括四条支链，其中的一条支链含有一个连杆（4）、一个弹性移动副（2）和一个微位移驱动装置（1），其中连杆（4）的一端通过弹性球铰（5）与操作台（6）连接，另一端通过弹性球铰（3）与弹性移动副（2）的一侧连接，弹性移动副（2）的另一侧与微位移驱动装置（1）的驱动端固定连接，微位移驱动装置（1）的底部与底座（7）固接，其余三条支链均含有一个驱动块（9）、一个第一连接块（15）、一个第二连接块（17）和一个矩形块（19），其中矩形块（19）的一个侧面分别经第四弹性转动副（8）对应接轴线互相平行的第三连接块（21）和第四连接块（20），第三连接块（21）和第四连接块（20）的另一端分别经第四弹性转动副（8）接操作台（6），4个第四弹性转动副（8）的轴线互相平行，该矩形块（19）的一个相邻侧面通过第三弹性转动副（18）与第二连接块（17）的一端连接，第二连接块（17）的另一端通过第二弹性转动副（16）与第一连接块（15）的一端连接，第一连接块（15）的另一端通过第一弹性转动副（13）与底座（7）连接，第一连接块（15）的中间部位通过第四弹性转动副（14）与驱动块（9）的一端连接，驱动块（9）的另一端通过第五弹性转动副（10）与弹性移动副（12）的一侧连接，第一弹性转动副（13）、第二弹性转动副（16）、第三弹性转动副（18）、第四弹性转动副（14）和第五弹性转动副（10）的轴线互相平行，弹性移动副（12）的另一侧与微位移驱动装置（11）的驱动端固定连接，微位移驱动装置（11）的底部与底座（7）固接。
2. 根据权利要求1所述的无过约束型一转动三平动微操作机器人，其特征在于：三条支链关于连杆（4）的轴线中心对称分布，第三连接块（21）的轴线与操作台（6）的上平面不垂直。
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