专利名称：三自由度微操作机器人的制作方法
技术领域：
本项发明属于微电子 机械系统(MEMS)领域，尤其涉及一种三自由度微操作机器 人。
背景技术：
微操作机器人运动精细，具有亚微米至纳米级的定位分辨率，在精密机械工程、电 子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域 中具有广阔的应用前景。并联机构结构紧凑、运动链短、刚度高和承载能力大等优点使其 适合于作为微操作机器人机构原型。哈尔滨工业大学研制了一台六自由度并联微动机器 人，它是一个Stewart平台的变异结构，北京航空航天大学研制了一台基于DELTA机构的并 联微动机器人，燕山大学研制了并联六自由度机器人误差补偿器，河北工业大学研制了正 交解耦结构六自由度微动机器人，杨启志等研究了一台非对称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动结构三自由度并联微动机器人，这些研究成果存在 的主要问题是有的结构复杂，有的标定困难，有的位移解耦难，并缺乏少自由度微动机器人 新的机型。本项发明的目的在于提供一种三自由度微操作机器人结构，这种微操作机器人 具有结构简单、承载能力大、算法简单、位移解耦等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率 的三个自由度的平动微动，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工 程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。
发明内容本发明解决其技术问题所采用的技术方案是在工作台与基座之间由三个驱动 分支相连，其中，第一驱动分支由第一平行板弹性移动副、第一压电陶瓷微位移器和三个两 端带有柔性铰链的相互平行的支柱组成，三个支柱的一端由柔性铰链与工作台相连，另一 端由柔性铰链与第一平行板弹性移动副相连，三个支柱不共面布局，第一平行板弹性移动 副为框架结构，第一压电陶瓷微位移器安装在平行板弹性移动副框架结构的中部；第二驱 动分支由第二平行板弹性移动副、第二压电陶瓷微位移器和两个两端带有柔性铰链的相互 平行的支柱组成，两个支柱的一端由柔性铰链与工作台相连，另一端由柔性铰链与第二平 行板弹性移动副相连，第二平行板弹性移动副为框架结构，第二压电陶瓷微位移器安装在 第二平行板弹性移动副框架结构的中部；第三驱动分支由第三平行板弹性移动副、第三压 电陶瓷微位移器和一个两端带有柔性铰链的支柱组成，支柱的一端由柔性铰链与工作台相 连，另一端由柔性铰链与第三平行板弹性移动副相连，第三平行板弹性移动副为框架结构， 第三压电陶瓷微位移器安装在平行板弹性移动副框架结构的中部；三个驱动分支分别沿三 个相互垂直的方向布置，微操作机器人本体是一次加工成型的非组装件，所述微操作机器 人本体是指微操作机器人除去三个压电陶瓷微位移器以外的部分，即包括工作台、基座、三 个平行板弹性移动副和所有支柱和柔性铰链。本实用新型的有益效果是结构简单、承载能力大、算法简单、位移解耦等，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的微移动，在精密机械工程、电子封装、精细化工、 光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用 前景。
图1为三自由度微操作机器人结构图；图2为微操作机器人第一驱动分支组成图；图3为微操作机器人第二驱动分支组成图；图4为微操作机器人第三驱动分支组成图。在图中，1.基座，2.第一驱动分支，3.第三驱动分支，4.第二驱动分支，5.工作台， 6.第一压电陶瓷微位移器，7.第一平行板弹性移动副，8.柔性铰链，9.支柱，10.第二平行 板弹性移动副，11.第二压电陶瓷微位移器，12.第三平行板弹性移动副，13.第三压电陶瓷 微位移器。
具体实施方式
图1是本发明公开的一个实施例，这种三自由度微操作机器人，由基座1、第一驱 动分支2、第二驱动分支4、第三驱动分支3、工作台5组成，三个驱动分支以并联形式连于工 作台5与基座1之间，三个驱动分支分别沿三个相互垂直的方向布置，其中，第一驱动分支 2由第一平行板弹性移动副7、第一压电陶瓷微位移器6和三个两端带有柔性铰链8的支柱 9组成，三个支柱9不共面布局，第二驱动分支4由第二平行板弹性移动副10、第二压电陶 瓷微位移器11和两个两端带有柔性铰链8的支柱9组成，第三驱动分支3由第三平行板弹 性移动副12、第三压电陶瓷微位移器13和一个两端带有柔性铰链8的支柱9组成；各驱动 分支中的支柱9 一端由柔性铰链8与工作台5相连，另一端由柔性铰链8与对应的平行板 弹性移动副前端相连，各驱动分支中的平行板弹性移动副均为框架结构，各压电陶瓷微位 移器均安装在对应的平行板弹性移动副框架结构的中部。通过三个压电陶瓷微位移器驱动 对应的平行板弹性移动副，可实现微操作机器人工作台的三自由度的微移动。由于三个驱 动分支分别沿三个相互垂直的方向布置，使该微操作机器人具有最佳的位移解耦性。这种微操作机器人，本体是一次加工成型的非组装件，其特点是结构简单、承载 能力大、算法简单、位移解耦等，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的微移动， 在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印 刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。
权利要求一种三自由度微操作机器人，包括基座(1)、工作台(5)和连于两者之间的第一驱动分支(2)、第二驱动分支(4)和第三驱动分支(3)等，其特征是第一驱动分支(2)由第一平行板弹性移动副(7)、第一压电陶瓷微位移器(6)和三个两端带有柔性铰链(8)的相互平行的支柱(9)组成，三个支柱(9)的一端由柔性铰链(8)与工作台(5)相连，另一端由柔性铰链(8)与第一平行板弹性移动副(7)相连，三个支柱(9)不共面布局。
2.根据权利要求1所述的三自由度微操作机器人，其特征是第二驱动分支(4)由第 二平行板弹性移动副(10)、第二压电陶瓷微位移器(11)和两个两端带有柔性铰链(8)的相 互平行的支柱(9)组成，两个支柱(9)的一端由柔性铰链⑶与工作台(5)相连，另一端由 柔性铰链(8)与第二平行板弹性移动副(10)相连。
3.根据权利要求1所述的三自由度微操作机器人，其特征是第三驱动分支(3)由第 三平行板弹性移动副(12)、第三压电陶瓷微位移器(13)和一个两端带有柔性铰链(8)的支 柱(9)组成，支柱(9)的一端由柔性铰链⑶与工作台(5)相连，另一端由柔性铰链⑶与 第三平行板弹性移动副(12)相连。
4.根据权利要求1所述的三自由度微操作机器人，其特征是三个驱动分支分别沿三 个相互垂直的方向布置，微操作机器人本体是一次加工成型的非组装件。
专利摘要本实用新型公开了一种三自由度微操作机器人。第一驱动分支(2)由第一平行板弹性移动副(7)、第一压电陶瓷微位移器(6)和三个两端带有柔性铰链(8)的相互平行的支柱(9)组成，三个支柱(9)的一端由柔性铰链(8)与工作台(5)相连，另一端由柔性铰链(8)与第一平行板弹性移动副(7)相连，三个支柱(9)不共面布局。本实用新型具有结构简单、承载能力大等优点，能实现无摩擦、无间隙和高分辨率的三个自由度的平动微动，在精密机械工程、电子封装、精细化工、光纤对接、生物和遗传工程、材料科学、毫微平面印刷、航空航天等领域中具有广阔的应用前景。
文档编号B25J7/00GK201736217SQ20102024845
公开日2011年2月9日 申请日期2010年7月2日 优先权日2010年7月2日
发明者金振林, 高峰 申请人:燕山大学