專利名稱：面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)器人系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)和精密工程的不斷發(fā)展，推動(dòng)了微裝配、微操作等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也催生了對(duì)能完成微操作等多種微作業(yè)任務(wù)的機(jī)器人的迫切需要。在精密微操作過程中，其關(guān)鍵技術(shù)主要是(1)精密微定位技術(shù)；(2)精密微操作技術(shù)；(3)模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)。傳統(tǒng)的微操作機(jī)器人往往具有體積龐大，大多依賴進(jìn)口，成本高，通用性及可移植性差，環(huán)境適應(yīng)能力差等缺點(diǎn)。在精密微定位技術(shù)方面，通常有三種定位方式1、采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)的宏運(yùn)動(dòng)方式；2、采用功能材料驅(qū)動(dòng)的微運(yùn)動(dòng)方式；3、采用電機(jī)與功能材料相結(jié)合的宏/微驅(qū)動(dòng)方式。單一地采用宏驅(qū)動(dòng)方式，速度快，但設(shè)備體積大，精度低，無法滿足高精度定位的要求；單一地采用微驅(qū)動(dòng)方式，定位精度高，但速度慢；采用電機(jī)與功能材料的宏/微雙重驅(qū)動(dòng)方式，且各個(gè)方向上的運(yùn)動(dòng)相互獨(dú)立，不存在運(yùn)動(dòng)耦合，快速宏運(yùn)動(dòng)可達(dá)微米級(jí)的定位精度，微運(yùn)動(dòng)可達(dá)納米級(jí)的定位精度，但是往往體積龐大，且通常是根據(jù)特定的功能設(shè)計(jì)的，通用性差，多具有固定的導(dǎo)軌，只能沿固定的導(dǎo)軌方向運(yùn)動(dòng)，機(jī)器人的柔性差，無法真正實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)的快速精密移動(dòng)定位。在精密微操作技術(shù)方面，傳統(tǒng)的精密作業(yè)機(jī)器人大多采用了一維、二維、三維等有限的自由度來實(shí)現(xiàn)精密微作業(yè)，無法滿足大范圍，空間立體掃描運(yùn)動(dòng)，所以無法完成較為復(fù)雜的微操作任務(wù)。在模塊化設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)的微操作機(jī)器人由于體積大，通常由多個(gè)零件組成，很難實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，通用性差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有機(jī)器人體積大，由多個(gè)零件組成，很難實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，通用性差的問題，提供一種面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，本發(fā)明具有體積小、重量輕、成本低、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、通用性強(qiáng)、適用范圍廣的特點(diǎn)。本發(fā)明由宏移動(dòng)定位單元1、微移動(dòng)定位單元2、力矩電機(jī)3、過渡連接板4、連接立柱5、微操作器單元6組成微移動(dòng)定位單元2設(shè)置在宏移動(dòng)定位單元1內(nèi)，過渡連接板4固定在微移動(dòng)定位單元2的上側(cè)，連接立柱5的下端與過渡連接板4的上側(cè)固定連接，連接立柱5的上端與微操作器單元6的下側(cè)固定連接，力矩電機(jī)3與宏移動(dòng)定位單元1固定連接。本發(fā)明的有益效果是一、具有體積小，重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，適用范圍廣，能輕易地從一個(gè)系統(tǒng)移植到另一個(gè)系統(tǒng)中。二、采用宏/微驅(qū)動(dòng)方式，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在大范圍內(nèi)的快速高精密全方位移動(dòng)定位，宏運(yùn)動(dòng)最大速度為50mm/s，定位精度為0.1mm，微運(yùn)動(dòng)最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)0.5mm/s，分辨率可達(dá)50nm，定位精度可達(dá)0.1um，其有效負(fù)載可達(dá)300g。三、可在顯微視覺的引導(dǎo)下，完成微型行星齒輪，微型軸孔以及MEMS元件的多種微裝配微操作，對(duì)推動(dòng)我國精密作業(yè)型微小移動(dòng)機(jī)器人的研究以及對(duì)未來微型桌面裝配工廠的研究具有重大的前沿性探索意義。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是宏移動(dòng)定位單元1的底面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是宏移動(dòng)定位單元1的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是微移動(dòng)定位單元2的平面結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是微移動(dòng)定位單元2的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是微操作器單元6的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是微夾持器的結(jié)構(gòu)示意圖，圖8是力矩電機(jī)3與宏移動(dòng)定位單元1的連接結(jié)構(gòu)示意圖，圖9是機(jī)器人沿+Y方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制順序框圖，圖10是機(jī)器人繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的控制順序框圖，圖11是機(jī)器人沿A1B2方向運(yùn)動(dòng)時(shí)的控制順序框圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一(參見圖1)本實(shí)施方式由宏移動(dòng)定位單元1、微移動(dòng)定位單元2、力矩電機(jī)3、過渡連接板4、連接立柱5、微操作器單元6組成微移動(dòng)定位單元2設(shè)置在宏移動(dòng)定位單元1內(nèi)，過渡連接板4固定在微移動(dòng)定位單元2的上側(cè)，連接立柱5的下端與過渡連接板4的上側(cè)固定連接，連接立柱5的上端與微操作器單元6的下側(cè)固定連接，力矩電機(jī)3與宏移動(dòng)定位單元1固定連接。
具體實(shí)施方式
二(參見圖1～圖3)本實(shí)施方式的宏移動(dòng)定位單元1由左驅(qū)動(dòng)輪10、左微型電機(jī)11、兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球13、右微型電機(jī)14、右驅(qū)動(dòng)輪15和機(jī)體16組成；左微型電機(jī)11和右微型電機(jī)14對(duì)稱地固定在機(jī)體16內(nèi)的兩側(cè)，左驅(qū)動(dòng)輪10固定在左微型電機(jī)11的輸出軸上，右驅(qū)動(dòng)輪15固定在右微型電機(jī)14的輸出軸上，兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球13設(shè)置在機(jī)體16的底部，兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球13與左驅(qū)動(dòng)輪10和右驅(qū)動(dòng)輪15垂直設(shè)置，機(jī)體16上開有通孔12。本實(shí)施方式采用對(duì)稱式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)微型SMOOVY電機(jī)中心對(duì)稱安裝在兩側(cè)，驅(qū)動(dòng)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)大范圍內(nèi)全方位的快速移動(dòng)與毫米級(jí)的移動(dòng)定位，此外，在機(jī)器人的另外兩側(cè)設(shè)計(jì)了高度可調(diào)的球形點(diǎn)接觸支撐，既確保機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，又有效地減少了機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的摩擦阻力。本實(shí)施方式的外形尺寸為62×70×10mm。
具體實(shí)施方式
三(參見圖1、圖4、圖5)本實(shí)施方式的微移動(dòng)定位單元2由移動(dòng)平臺(tái)20、預(yù)緊螺釘21、柔性梁22、第一電磁鐵B1、第二電磁鐵B2、第三電磁鐵A1、第四電磁鐵A2、第一壓電陶瓷I、第二壓電陶瓷II、第三壓電陶瓷III和第四壓電陶瓷IV組成；移動(dòng)平臺(tái)20由整體線切割而成，并在移動(dòng)平臺(tái)20的四角內(nèi)分別切割成四個(gè)電磁鐵孔23和呈“十”形分布的四對(duì)橢圓鉸鏈24，柔性梁22設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)20的中部，柔性梁22的四角內(nèi)側(cè)開有導(dǎo)向孔25，柔性梁22的中心開有螺紋孔26，第一電磁鐵B1、第二電磁鐵B2、第三電磁鐵A1和第四電磁鐵A2自左至右、自上而下分別設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)20上的四個(gè)電磁鐵孔23內(nèi)，每個(gè)電磁鐵孔23的開口處設(shè)有預(yù)緊螺釘21，第一壓電陶瓷I、第二壓電陶瓷II、第三壓電陶瓷III和第四壓電陶瓷IV自上而下、自左至右分別固定在四對(duì)橢圓鉸鏈24內(nèi)的移動(dòng)平臺(tái)20上。本實(shí)施方式采用四根壓電陶瓷作為微驅(qū)動(dòng)元件，基于尺蠖蠕動(dòng)驅(qū)動(dòng)原理，在四個(gè)電磁鐵的配合作用下，根據(jù)一定的控制規(guī)律，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人在平面內(nèi)大范圍內(nèi)全方位的快速精密移動(dòng)定位。機(jī)器人采用對(duì)稱式模塊化結(jié)構(gòu)，由一個(gè)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)平臺(tái)機(jī)體整體線切割而成，具有結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，其外形尺寸為50×52×10mm。為了方便電磁鐵高度的調(diào)整，利用柔性體的彈性變形，采用了螺釘緊固的結(jié)構(gòu)。
具體實(shí)施方式
四(參見圖1、圖6、圖7)本實(shí)施方式的微操作器單元6由底座31、三個(gè)連接接頭32、三個(gè)壓電陶瓷管33、質(zhì)量配重34、金屬球35、微夾持器36組成；底座31的中心開有圓孔37，三個(gè)連接接頭32呈正三角形布置固定在底座31上面，三個(gè)壓電陶瓷管33的一端分別與三個(gè)連接接頭32相連接，三個(gè)壓電陶瓷管33的另一端分別與金屬球35活動(dòng)連接，三個(gè)壓電陶瓷管33的軸線與金屬球35的球心相交于一點(diǎn)，質(zhì)量配重34和微夾持器36與金屬球35的中線同設(shè)置在一條軸線上并分別固定在金屬球35的兩端上面。本實(shí)施方式由兩個(gè)功能子模塊單元組成球基微驅(qū)動(dòng)器單元和模塊化微夾持器單元。球基微驅(qū)動(dòng)器單元采用壓電陶瓷管驅(qū)動(dòng)金屬球的結(jié)構(gòu)，為了簡化理論模型的計(jì)算量，設(shè)計(jì)時(shí)三個(gè)壓電陶瓷管的軸線與金屬球的球心相交于一點(diǎn)。通過驅(qū)動(dòng)壓電陶瓷管不同的彎曲方向，可以實(shí)現(xiàn)金屬球的空間三維掃描運(yùn)動(dòng)，從而可以帶動(dòng)微夾持器完成復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)，確保微操作任務(wù)的順利完成。
具體實(shí)施方式
五(參見圖1、圖6、圖7)本實(shí)施方式的微夾持器36由夾持器架40、壓電陶瓷41、兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈42、微夾持臂43、柔性鉸鏈44、連接橫梁45組成；連接橫梁45的兩端分別由柔性鉸鏈44與夾持器架40的開口端兩側(cè)固定連接，兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈42設(shè)置在夾持器架40內(nèi)，壓電陶瓷41設(shè)置在兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈42內(nèi)，兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈42的圓弧面分別與夾持器架40和連接橫梁45固定連接，微夾持臂43的尾端與柔性鉸鏈44相連接。本實(shí)施方式由一根壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單自由度上的張合運(yùn)動(dòng)。采用模塊化組合式結(jié)構(gòu)，通過更換微夾持臂，以滿足不同尺寸的微小零件的夾持任務(wù)。
具體實(shí)施方式
六(參見圖1、圖8)本實(shí)施方式的力矩電機(jī)3由電機(jī)定子50、電機(jī)動(dòng)子51、螺紋桿(絲杠)52、導(dǎo)向柱53組成；電機(jī)動(dòng)子51的下端與螺紋桿52的上端固定連接，導(dǎo)向柱53的上端與電機(jī)定子50固定連接，導(dǎo)向柱53的下端與宏移動(dòng)定位單元1的機(jī)體16上的通孔12相連接，螺紋桿52與微移動(dòng)定位單元2的柔性梁22上的螺紋孔26相配合。本實(shí)施方式采用了絲杠螺母的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，其主要功能是實(shí)現(xiàn)機(jī)器人從宏運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到微運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或從微運(yùn)動(dòng)狀態(tài)到宏運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的相互切換，以滿足不同的定位精度和運(yùn)動(dòng)速度的需要。為了結(jié)構(gòu)緊湊，螺母(螺紋孔)直接加工在微定位單元上，絲杠直接安裝在電機(jī)軸上。為了限制宏/微運(yùn)動(dòng)切換過程中宏/微單元的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，在宏/微運(yùn)動(dòng)單元上設(shè)計(jì)了四個(gè)導(dǎo)向柱，以確保切換運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)過渡。
本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)方式
本發(fā)明的移動(dòng)定位單元具有全方位移動(dòng)定位能力，根據(jù)不同的控制方法，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人不同的運(yùn)動(dòng)形式，其主要運(yùn)動(dòng)方式如下快速宏運(yùn)動(dòng)通過控制左右電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動(dòng)方向，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人快速大范圍內(nèi)的全方位移動(dòng)定位。
(1)直線前進(jìn)與后退運(yùn)動(dòng)控制左右電機(jī)保持相同的轉(zhuǎn)速與相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)；(2)任意半徑圓周運(yùn)動(dòng)控制左右電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)，方向可以相同，也可相反；(3)零半徑圓周運(yùn)動(dòng)控制左右電機(jī)以相同的轉(zhuǎn)速，相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
精密微運(yùn)動(dòng)通過控制壓電陶瓷與電磁鐵的同斷電組合，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人小范圍內(nèi)全方位的精密移動(dòng)定位。
(a)壓電陶瓷I、II組成一組，電磁鐵A1、B1組成一組，A2、B2組成一組。當(dāng)電磁鐵A1、B1通電吸附，壓電陶瓷I、II通電伸長，輸出微小位移，然后電磁鐵A2、B2通電吸附，電磁鐵A1、B1斷電松開，接著壓電陶瓷斷電收縮，帶動(dòng)電磁鐵A1、B1沿+X方向移動(dòng)一段微位移，最后電磁鐵A2、B2斷電松開，機(jī)器人完成一個(gè)周期的精密移動(dòng)定位，按不同的順序控制壓電陶瓷與電磁鐵的通斷電，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿X方向運(yùn)動(dòng)的精密移動(dòng)定位；(b)壓電陶瓷III、IV組成一組，電磁鐵A1、A2組成一組，B1、B2組成一組，按類似于(a)的控制順序控制壓電陶瓷III、IV以及電磁鐵A1、A2，B1、B2的通斷電，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿Y方向運(yùn)動(dòng)的精密移動(dòng)定位；(c)壓電陶瓷I、II(或III、IV)組成一組，電磁鐵A1、B2組成一組，B1、A2組成一組。當(dāng)電磁鐵A1、B2通電吸附，壓電陶瓷III、IV通電伸長，然后電磁鐵B1、A2通電吸附、電磁鐵A1、B2斷電松開，壓電陶瓷斷電收縮，最后電磁鐵B1、A2斷電松開，機(jī)器人實(shí)現(xiàn)繞Z軸的順時(shí)針θ角轉(zhuǎn)動(dòng)，按不同的通斷電順序控制壓電陶瓷與電磁鐵，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人繞Z軸的順時(shí)針/逆時(shí)針θ角轉(zhuǎn)動(dòng)。
(d)壓電陶瓷I、IV(或I、III；II、III；II、IV)組成一組，電磁鐵A2、B1組成一組，B2單獨(dú)成一組(或B1、A1B2；A1、B1A2；A2、A1B2)，當(dāng)電磁鐵B1、A2通電吸附，壓電陶瓷I、IV通電伸長，機(jī)器人沿A1B2方向變形輸出微小位移，然后電磁鐵B2通電吸附，B1、A2斷電松開，接著壓電陶瓷斷電收縮機(jī)器人B1A1A2部分沿A1B2方向移動(dòng)微小位移，即沿對(duì)角線A1B2方向運(yùn)動(dòng)，按不同的控制順序，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿四個(gè)對(duì)角線方向的精密移動(dòng)定位。
由于機(jī)器人既能實(shí)現(xiàn)沿x、y方向的直線精密移動(dòng)定位，又能實(shí)現(xiàn)繞z軸的精密轉(zhuǎn)動(dòng)定位，而且還能沿對(duì)角線方向運(yùn)動(dòng)，具有三個(gè)自由度，所以是一個(gè)XY-θ的三自由度結(jié)構(gòu)，另外，如果單獨(dú)驅(qū)動(dòng)每根壓電陶瓷，還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人沿任意路徑的運(yùn)動(dòng)，所以該機(jī)器人又是一種全方位的結(jié)構(gòu)。
該機(jī)器人的微操作單元主要是驅(qū)動(dòng)微夾持器完成對(duì)微小零件的各種操作，從而實(shí)現(xiàn)精密微裝配作業(yè)任務(wù)，其主要運(yùn)動(dòng)有微驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)球基微驅(qū)動(dòng)器最終驅(qū)動(dòng)微夾持器實(shí)現(xiàn)空間復(fù)雜的掃描運(yùn)動(dòng)，以確保微裝配過程中對(duì)微夾持器運(yùn)動(dòng)自由度的需要。微驅(qū)動(dòng)器基于慣性-摩擦原理驅(qū)動(dòng)，根據(jù)壓電陶瓷管的彎曲掃描組合，可以驅(qū)動(dòng)金屬球繞空間X、Y、Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng)以及掃描運(yùn)動(dòng)。
微夾持器的運(yùn)動(dòng)由于微夾持器是固定安裝在微驅(qū)動(dòng)器金屬球上的，所以其空間位置是由微驅(qū)動(dòng)器決定的，而微夾持器的主要運(yùn)動(dòng)是張合夾取動(dòng)作。由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)，經(jīng)過橢圓柔性鉸鏈以及杠桿放大，將壓電陶瓷的伸縮位移傳遞到微夾持器的夾持臂末端，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)微小零件的夾取。
位移檢測與目標(biāo)跟蹤對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)分辨率及單步定位精度采用非接觸式高精密電容測微儀進(jìn)行測量，對(duì)機(jī)器人的移動(dòng)定位采用圖像處理的視覺方法進(jìn)行測量，通過測量機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的起點(diǎn)與終點(diǎn)間，機(jī)器人特征測量點(diǎn)的像素坐標(biāo)來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人移動(dòng)定位的位置及精度測量，利用視覺反饋，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤。在微裝配過程中，通過對(duì)微夾持器末端以及微小零件的識(shí)別并基于圖像處理，提取相應(yīng)的特征輪廓，再控制微操作器的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微裝配作業(yè)任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于它由宏移動(dòng)定位單元(1)、微移動(dòng)定位單元(2)、力矩電機(jī)(3)、過渡連接板(4)、連接立柱(5)、微操作器單元(6)組成微移動(dòng)定位單元(2)設(shè)置在宏移動(dòng)定位單元(1)內(nèi)，過渡連接板(4)固定在微移動(dòng)定位單元(2)的上側(cè)，連接立柱(5)的下端與過渡連接板(4)的上側(cè)固定連接，連接立柱(5)的上端與微操作器單元(6)的下側(cè)固定連接，力矩電機(jī)(3)與宏移動(dòng)定位單元(1)固定連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于宏移動(dòng)定位單元(1)由左驅(qū)動(dòng)輪(10)、左微型電機(jī)(11)、兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球(13)、右微型電機(jī)(14)、右驅(qū)動(dòng)輪(15)和機(jī)體(16)組成；左微型電機(jī)(11)和右微型電機(jī)(14)對(duì)稱地固定在機(jī)體(16)內(nèi)的兩側(cè)，左驅(qū)動(dòng)輪(10)固定在左微型電機(jī)(11)的輸出軸上，右驅(qū)動(dòng)輪(15)固定在右微型電機(jī)(14)的輸出軸上，兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球(13)設(shè)置在機(jī)體(16)的底部，兩個(gè)可以調(diào)節(jié)高度的支撐球(13)與左驅(qū)動(dòng)輪(10)和右驅(qū)動(dòng)輪(15)垂直設(shè)置，機(jī)體(16)上開有通孔(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于微移動(dòng)定位單元(2)由移動(dòng)平臺(tái)(20)、預(yù)緊螺釘(21)、柔性梁(22)、第一電磁鐵(B1)、第二電磁鐵(B2)、第三電磁鐵(A1)、第四電磁鐵(A2)、第一壓電陶瓷(I)、第二壓電陶瓷(II)、第三壓電陶瓷(III)和第四壓電陶瓷(IV)組成；移動(dòng)平臺(tái)(20)由整體線切割而成，并在移動(dòng)平臺(tái)(20)的四角內(nèi)分別切割成四個(gè)電磁鐵孔(23)和呈“十”形分布的四對(duì)橢圓鉸鏈(24)，柔性梁(22)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(20)的中部，柔性梁(22)的四角內(nèi)側(cè)開有導(dǎo)向孔(25)，柔性梁(22)的中心開有螺紋孔(26)，第一電磁鐵(B1)、第二電磁鐵(B2)、第三電磁鐵(A1)和第四電磁鐵(A2)自左至右、自上而下分別設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(20)上的四個(gè)電磁鐵孔(23)內(nèi)，每個(gè)電磁鐵孔(23)的開口處設(shè)有預(yù)緊螺釘(21)，第一壓電陶瓷(I)、第二壓電陶瓷(II)、第三壓電陶瓷(III)和第四壓電陶瓷(IV)自上而下、自左至右分別固定在四對(duì)橢圓鉸鏈(24)內(nèi)的移動(dòng)平臺(tái)(20)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于微操作器單元(6)由底座(31)、三個(gè)連接接頭(32)、三個(gè)壓電陶瓷管(33)、質(zhì)量配重(34)、金屬球(35)、微夾持器(36)組成；底座(31)的中心開有圓孔(37)，三個(gè)連接接頭(32)呈正三角形布置固定在底座(31)上面，三個(gè)壓電陶瓷管(33)的一端分別與三個(gè)連接接頭(32)相連接，三個(gè)壓電陶瓷管(33)的另一端分別與金屬球(35)活動(dòng)連接，三個(gè)壓電陶瓷管(33)的軸線與金屬球(35)的球心相交于一點(diǎn)，質(zhì)量配重(34)和微夾持器(36)與金屬球(35)的中線同設(shè)置在一條軸線上并分別固定在金屬球(35)的兩端上面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于微夾持器(36)由夾持器架(40)、壓電陶瓷(41)、兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈(42)、微夾持臂(43)、柔性鉸鏈(44)、連接橫梁(45)組成；連接橫梁(45)的兩端分別由柔性鉸鏈(44)與夾持器架(40)的開口端兩側(cè)固定連接，兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈(42)設(shè)置在夾持器架(40)內(nèi)，壓電陶瓷(41)設(shè)置在兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈(42)內(nèi)，兩個(gè)夾持器橢圓鉸鏈(42)的圓弧面分別與夾持器架(40)和連接橫梁(45)固定連接，微夾持臂(43)的尾端與柔性鉸鏈(44)相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于力矩電機(jī)(3)由電機(jī)定子(50)、電機(jī)動(dòng)子(51)、螺紋桿(52)、導(dǎo)向柱(53)組成；電機(jī)動(dòng)子(51)的下端與螺紋桿(52)的上端固定連接，導(dǎo)向柱(53)的上端與電機(jī)定子(50)固定連接，導(dǎo)向柱(53)的下端與宏移動(dòng)定位單元(1)的機(jī)體(16)上的通孔(12)相連接，螺紋桿(52)與微移動(dòng)定位單元(2)的柔性梁(22)上的螺紋孔(26)相配合。
全文摘要
面向微機(jī)電系統(tǒng)精密作業(yè)的微小型移動(dòng)機(jī)器人系統(tǒng)，它涉及一種機(jī)器人系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是為解決現(xiàn)有機(jī)器人體積大，由多個(gè)零件組成，很難實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)，通用性差的問題。本發(fā)明的微移動(dòng)定位單元2設(shè)置在宏移動(dòng)定位單元1內(nèi)，過渡連接板4固定在微移動(dòng)定位單元2的上側(cè)，連接立柱5的下端與過渡連接板4的上側(cè)固定連接，連接立柱5的上端與微操作器單元6的下側(cè)固定連接，力矩電機(jī)3與宏移動(dòng)定位單元1固定連接。本發(fā)明具有體積小，重量輕、成本低的優(yōu)點(diǎn)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，實(shí)用范圍廣，能輕易地從一個(gè)系統(tǒng)移植到另一個(gè)系統(tǒng)中。本發(fā)明宏運(yùn)動(dòng)最大速度為50mm/s，定位精度為0.1mm，微運(yùn)動(dòng)最大運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)0.5mm/s，分辨率可達(dá)50nm，定位精度可達(dá)0.1um，有效負(fù)載可達(dá)300g。
文檔編號(hào)B25J7/00GK1759991SQ20051001053
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者孫立寧, 李滿天, 陳海初, 秦磊, 宋宇 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)