CN1597268A - 微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台 - Google Patents

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Abstract

一种微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，它包括宏运动机构，它还包括外定位平台(1)、内定位平台(2)、过渡平台(3)、外电磁铁(4)、内电磁铁(5)、I号压电陶瓷(6)、II号压电陶瓷(7)、III号压电陶瓷(8)、IV号压电陶瓷(9)、V号压电陶瓷(10)和VI号压电陶瓷(11)，外定位平台(1)与过渡平台(3)之间开有外圈柔性铰链槽(12)，过渡平台(3)与内定位平台(2)之间开有内圈柔性铰链槽(13)，外电磁铁(4)设置在外定位平台(1)上，内电磁铁(5)设置在内定位平台(2)上的中间处，(6)、(7)、(8)和(9)设置在(1)和(3)之间，(10)和(11)设置在(3)和(2)之间。本发明微动时其纵向运动、横向运动以及旋转都能独立地实现其各自精确地坐标运动，微运动在纵和横方向上完全解耦。

Description

微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台
技术领域：
本发明涉及一种微小型机器人的移动定位平台。
背景技术：
随着MEMS技术和精密工程的不断发展，市场对具有体积小，能完成多种微操作任务，能实现大范围内快速、高精密移动定位的微小型机器人产生了迫切的需求。在移动定位驱动方面，经常采用以下两种方式：1、采用电机驱动的宏运动方式；2、采用功能材料驱动的微运动方式。单一地采用宏驱动方式，速度快，但精度低，无法满足高精度定位要求；单一地采用微驱动方式，定位精度高，但速度慢。由此可见，单一地采用某一种驱动定位方式，都无法高效高质量地完成微操作任务。有一些微操作机器人也采用了电机与功能材料的双重驱动方式，并且能实现大范围内的快速精密移动定位，但微驱动在纵向和横向方向存在运动耦合，纵向和横向上的运动解耦要靠控制算法实现，增加了控制系统的复杂性。
发明内容：
为了克服已有的宏/微双驱动方式在微驱动时存在运动耦合的缺陷，提供一种微驱动全解耦的机器人移动定位平台。本发明的技术方案如下：一种微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，它包括宏运动机构，它还包括外定位平台1、内定位平台2、过渡平台3、外电磁铁4、内电磁铁5、I号压电陶瓷6、II号压电陶瓷7、III号压电陶瓷8、IV号压电陶瓷9、V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11，外定位平台1与过渡平台3之间开有外圈柔性铰链槽12，过渡平台3与内定位平台2之间开有内圈柔性铰链槽13，外电磁铁4设置在外定位平台1上，内电磁铁5设置在内定位平台2上的中间处，I号压电陶瓷6、II号压电陶瓷7、III号压电陶瓷8和IV号压电陶瓷9设置在外定位平台1和过渡平台3之间，I号压电陶瓷6和III号压电陶瓷8具有纵向伸长方向并且横向对称设置在过渡平台3两边，II号压电陶瓷7和IV号压电陶瓷9具有横向伸长方向并且纵向对称设置在过渡平台3两边，V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11设置在过渡平台3和内定位平台2之间，V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11的伸长方向互相平行并且对称于内电磁铁5。在大范围内，机器人采用快速宏运动来逼近目标，当机器人运动到接近目标位置时，运动方式由快速宏运动切换到微运动模式，来实现机器人的精密定位。首先电机停止转动，外(或内)电磁铁通电与铁磁性工作台吸合，橡胶轮胎产生变形，完成宏/微运动切换。压电陶瓷与电磁铁配合，根据尺蠖蠕动原理，对机器人进行小范围内的微动调整，可以实现对机器人移动定位平台的高精密定位。微运动的运动控制如图1所示，其运动方式如下：a)II号压电陶瓷7和IV号压电陶瓷9同时伸长相同的长度，机器人定位平台沿横向移动一段微位移；b)I号压电陶瓷6和III号压电陶瓷8同时伸长相同的长度，机器人定位平台沿纵向移动一段微位移；c)V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11同时伸长相同的长度，机器人定位平台以其中心为轴转动一个角度；机器人定位平台微动时，可实现纵、横方向的直线运动以及转动，具有三个自由度，运动的方向由内外电磁铁的通电顺序来决定。由于本发明的移动定位平台在微动时其纵向运动、横向运动以及旋转都能独立地实现其各自精确地座标运动，微运动在纵和横方向上完全解耦，简化了理论模型与控制电路。本发明既可以在大范围内实现快速移动，又可以在小范围内实现高精度的位置调整，具有较大的推广价值。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图，图2-图4是本发明微动控制的顺序框图，图5是图1的A向视图，图6是本发明实施方式四的结构示意图。
具体实施方式：
具体实施方式一：下面结合图1和图5具体说明本实施方式。它由宏运动机构、外定位平台1、内定位平台2、过渡平台3、外电磁铁4、内电磁铁5、I号压电陶瓷6、II号压电陶瓷7、III号压电陶瓷8、IV号压电陶瓷9、V号压电陶瓷10、VI号压电陶瓷11组成，外定位平台1与过渡平台3之间开有外圈柔性铰链槽12，过渡平台3与内定位平台2之间开有内圈柔性铰链槽13，外电磁铁4设置在外定位平台1上，内电磁铁5设置在内定位平台2上的中间处，I号压电陶瓷6、II号压电陶瓷7、III号压电陶瓷8和IV号压电陶瓷9设置在外定位平台1和过渡平台3之间，I号压电陶瓷6和III号压电陶瓷8具有纵向伸长方向并且横向对称设置在过渡平台3两边，II号压电陶瓷7和IV号压电陶瓷9具有横向伸长方向并且纵向对称设置在过渡平台3两边，V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11设置在过渡平台3和内定位平台2之间，V号压电陶瓷10和VI号压电陶瓷11的伸长方向互相平行并且对称于内电磁铁5。图2至图4给出了微动动作的实现方式和工作的顺序，其中X正方向代表横向运动的一个方向，-X方向代表横向运动的另一个方向，纵向运动与横向运动的原理是相同的。
具体实施方式二：下面结合图1和图5具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是，宏运动机构由两个主动轮23、两个从动轮14、电机15-1和电机15-2组成，两个主动轮23分别设置在外定位平台1的一组对角处，两个从动轮14分别设置在外定位平台1的另一组对角处，电机15-1和电机15-2给主动轮23提供旋转动力。两个主动轮23和两个从动轮14的轮缘外表面都是橡胶材质。如此设置，当电磁铁得电后与铁磁性工作台相吸引时，橡胶变形，使外定位平台1或内定位平台2不移动位置。该微小型机器人移动定位平台共有如下4种宏运动方式：a)直线前进与后退：电机15-1、电机15-2保持相同的转速同时向前/向后转动；b)前向左右转弯：保持电机15-1、电机15-2以不同的转速同时向前转动；c)后向左右转弯：保持电机15-1、电机15-2以不同的转速同时向后转动；d)零半径圆周运动：电机15-1、电机15-2保持相同的转速，相反的方向同时转动。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式三：下面结合图1具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是，它还包括四条条形柔性铰链槽16，条形柔性铰链槽16分别开在过渡平台3的四个框边上并且沿框边的长度方向设置。如此设置，能提高本发明平台微动时的变形移动能力，提高柔性。其它组成和连接关系与实施方式一相同。
具体实施方式四：下面结合图1和图6具体说明本实施方式。本实施方式与实施方式一的不同点是，V号压电陶瓷10或VI号压电陶瓷11的两侧面处的过渡平台3上开有月牙缺口17，月牙缺口17内设置弯曲弹簧18，弯曲弹簧18的两端连接在过渡平台3上。如此设置，提高了微动时旋转运动的旋转变形能力，而且弯曲弹簧18使内定位平台2与过渡平台3之间的弹性回位准确、快捷。其它组成和连接关系与实施方式一相同。

Claims (4)

1、一种微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，它包括宏运动机构，其特征是它还包括外定位平台(1)、内定位平台(2)、过渡平台(3)、外电磁铁(4)、内电磁铁(5)、I号压电陶瓷(6)、II号压电陶瓷(7)、III号压电陶瓷(8)、IV号压电陶瓷(9)、V号压电陶瓷(10)和VI号压电陶瓷(11)，外定位平台(1)与过渡平台(3)之间开有外圈柔性铰链槽(12)，过渡平台(3)与内定位平台(2)之间开有内圈柔性铰链槽(13)，外电磁铁(4)设置在外定位平台(1)上，内电磁铁(5)设置在内定位平台(2)上的中间处，I号压电陶瓷(6)、II号压电陶瓷(7)、III号压电陶瓷(8)和IV号压电陶瓷(9)设置在外定位平台(1)和过渡平台(3)之间，I号压电陶瓷(6)和III号压电陶瓷(8)具有纵向伸长方向并且横向对称设置在过渡平台(3)两边，II号压电陶瓷(7)和IV号压电陶瓷(9)具有横向伸长方向并且纵向对称设置在过渡平台(3)两边，V号压电陶瓷(10)和VI号压电陶瓷(11)设置在过渡平台(3)和内定位平台(2)之间，V号压电陶瓷(10)和VI号压电陶瓷(11)的伸长方向互相平行并且对称于内电磁铁(5)。
2、根据权利要求1所述的微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，其特征是宏运动机构由两个主动轮(23)、两个从动轮(14)、电机(15-1)和电机(15-2)组成，两个主动轮(23)分别设置在外定位平台(1)的一组对角处，两个从动轮(14)分别设置在外定位平台(1)的另一组对角处，电机(15-1)和电机(15-2)给主动轮(23)提供旋转动力，两个主动轮(23)和两个从动轮(14)的轮缘外表面都是橡胶材质。
3、根据权利要求1所述的微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，其特征是它还包括四条条形柔性铰链槽(16)，条形柔性铰链槽(16)分别开在过渡平台(3)的四个框边上并且沿框边的长度方向设置
4、根据权利要求1所述的微驱动全解耦的宏/微双驱动微小型机器人移动定位平台，其特征是V号压电陶瓷(10)或VI号压电陶瓷(11)的两侧面处的过渡平台(3)上开有月牙缺口(17)，月牙缺口(17)内设置弯曲弹簧(18)，弯曲弹簧(18)的两端连接在过渡平台(3)上。
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