專(zhuān)利名稱(chēng)：六自由度宏／微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種并聯(lián)式機(jī)器人，具體涉及一種宏/微雙重驅(qū)動(dòng)精密定位的并聯(lián)式位置調(diào)整機(jī)器人。
背景技術(shù)：
目前，普通的剛性并聯(lián)式位置調(diào)整裝置通常采用轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副等常規(guī)運(yùn)動(dòng)副機(jī)構(gòu)，不可避免的在驅(qū)動(dòng)、被動(dòng)關(guān)節(jié)等處引入間隙、爬行等誤差，這是非常難以控制的誤差來(lái)源。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中通常采用柔性鉸鏈代替各種常規(guī)運(yùn)動(dòng)副?，F(xiàn)通用的柔性球鉸鏈多為采用線切割或其他加工方法加工而成的如圖1所示的“小行程”柔性鉸鏈，其特點(diǎn)為線位移常在微米級(jí)，角位移在1°以下。因此，雖然精度得到了顯著提高，但隨之帶來(lái)的問(wèn)題是由于柔性鉸鏈的變形有限，導(dǎo)致調(diào)整裝置的運(yùn)動(dòng)范圍極小，通常在立方微米級(jí)，不適用于既要求高精度，又要求大運(yùn)動(dòng)范圍的應(yīng)用場(chǎng)合。另外，采用單一宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(各種電機(jī)、液壓、氣動(dòng)、壓電馬達(dá)等)的位置調(diào)整裝置雖然能達(dá)到厘米級(jí)以上的運(yùn)動(dòng)范圍，但只能達(dá)到微米或亞微米的精度。而采用單一微動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式(壓電陶瓷)的位置調(diào)整裝置雖然能達(dá)到納米級(jí)的定位精度，但一般只能達(dá)到微米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍。而采用串聯(lián)宏機(jī)器人與串聯(lián)微機(jī)器人結(jié)合的雙重驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)或者宏、微兩個(gè)并聯(lián)機(jī)器人簡(jiǎn)單疊加的雙重驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)本體很大，不滿足結(jié)構(gòu)緊湊的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊的，既有大的運(yùn)動(dòng)范圍又有高的定位精度的位置調(diào)整機(jī)器人。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，它包括上平臺(tái)1、六組相同的支鏈3、六組相同的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4、鉸鏈5和基座6，它還包括微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7，支鏈3均勻布置在上平臺(tái)1和基座6之間，支鏈3的上端通過(guò)鉸鏈5鉸接在上平臺(tái)1上，支鏈3的下端通過(guò)鉸鏈5與宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4相連接，支鏈3的桿體部分設(shè)置為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4設(shè)置在基座6上。本發(fā)明在工作時(shí)，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4通過(guò)在支鏈3的下端驅(qū)動(dòng)支鏈3轉(zhuǎn)動(dòng)從而完成上平臺(tái)1位置和姿態(tài)的的宏觀調(diào)整，微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7使支鏈3微量伸長(zhǎng)或縮短，從而完成上平臺(tái)1位置和姿態(tài)的微調(diào)。由于本發(fā)明既能宏驅(qū)動(dòng)又能微調(diào)整，所以既有大的運(yùn)動(dòng)范圍又有高的定位精度。因?yàn)槲?dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7本身被設(shè)置為支鏈3的桿體，不需要增加結(jié)構(gòu)，所以整體結(jié)構(gòu)非常緊湊。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、工作可靠，具有較大的推廣價(jià)值。


圖1是已有的“小行程”柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)施方式三中大行程柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖4本發(fā)明支鏈3的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5是實(shí)施方式四的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖6是實(shí)施方式四的結(jié)構(gòu)示意圖，圖7是圖6中I處的放大示意圖，圖8是實(shí)施方式六的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
一下面結(jié)合圖3和圖4具體說(shuō)明本實(shí)施方式。它由上平臺(tái)1、六組相同的支鏈3、六組相同的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4、鉸鏈5、基座6和微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7組成，支鏈3均勻布置在上平臺(tái)1和基座6之間，支鏈3的上端通過(guò)鉸鏈5鉸接在上平臺(tái)1上，支鏈3的下端通過(guò)鉸鏈5與宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4相連接，支鏈3的桿體部分設(shè)置為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4設(shè)置在基座6上。微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7是桿形的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置7的兩端與鉸鏈5相連接。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是，鉸鏈5選用柔性鉸鏈。使用柔性鉸鏈能消除普通鉸鏈中所存在間隙，提高定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖2和圖4具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一、二的不同點(diǎn)是，鉸鏈5選用大行程柔性鉸鏈，它由鉸支桿5-1和位于鉸支桿5-1兩端部的緊固件5-2組成，鉸支桿5-1為鈹青銅材質(zhì)的桿體。采用如圖2所示的大行程柔性鉸鏈(直徑0.9mm、長(zhǎng)度12mm、材料為鈹青銅)，其線位移可達(dá)毫米級(jí)、角位移可達(dá)3°以上，能得到三個(gè)線調(diào)整位移和三個(gè)轉(zhuǎn)角調(diào)整位移。當(dāng)與柔性鉸鏈相連的剛性桿比較長(zhǎng)時(shí)，剛性桿的末端點(diǎn)線位移更可達(dá)到相對(duì)較大(厘米級(jí))的運(yùn)動(dòng)范圍。
具體實(shí)施方式
四下面結(jié)合圖3、圖5、圖6和圖7具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4由壓電馬達(dá)4-1、導(dǎo)軌4-2、滑臺(tái)4-3、滑塊4-5、滾動(dòng)體4-6和摩擦帶4-4組成，導(dǎo)軌4-2水平方向設(shè)置在基座6的上表面上，導(dǎo)軌4-2、滑塊4-5和滾動(dòng)體4-6組成直線移動(dòng)副，滑臺(tái)4-3固連在滑塊4-5上，滑臺(tái)4-3與鉸鏈5的下端固連，滑臺(tái)4-3的側(cè)面上水平方向粘接有摩擦帶4-4，壓電馬達(dá)4-1的摩擦指4-1-1壓緊在摩擦帶4-4的表面上。宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)端采用壓電馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，由于壓電馬達(dá)的工作特性(驅(qū)動(dòng)指靠摩擦原理驅(qū)動(dòng)滑臺(tái)直線運(yùn)動(dòng))，即工作中由于有預(yù)緊力，使得導(dǎo)軌滑塊與滾動(dòng)體、滾動(dòng)體與導(dǎo)軌之間始終保持緊密接觸，這樣也從根本上消除了驅(qū)動(dòng)端的間隙。微動(dòng)驅(qū)動(dòng)器(壓電陶瓷)兩端也采用固定連接方式，從而使調(diào)整機(jī)構(gòu)整體系統(tǒng)達(dá)到了無(wú)間隙。由于系統(tǒng)中配合使用精度及分辨率極高的驅(qū)動(dòng)元件——壓電馬達(dá)和壓電陶瓷作為宏驅(qū)動(dòng)器和微驅(qū)動(dòng)器；并且其中宏動(dòng)位移檢測(cè)元件為精密光柵，最終使得系統(tǒng)可在厘米級(jí)的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)得到納米級(jí)的分辨率和運(yùn)動(dòng)精度。本平臺(tái)工作范圍沿x、y、z三軸移動(dòng)的行程分別為±5mm，繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)分別為±1.5°，x、y、z三軸平移重復(fù)定位精度為20nm，分辨率為5nm；繞三軸的轉(zhuǎn)動(dòng)重復(fù)定位精度為0.2μrad，分辨率為0.1μrad。
具體實(shí)施方式
五下面結(jié)合圖6具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式四的不同點(diǎn)是它還包括精密光柵，精密光柵的讀數(shù)頭8-1與滑臺(tái)4-3固連，精密光柵的刻度尺8-2固接在基座6上。如此設(shè)置，能精確地控制位置調(diào)整。
具體實(shí)施方式
六下面結(jié)合圖8具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式一的不同點(diǎn)是宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4由電機(jī)4-8、聯(lián)軸器4-9、轉(zhuǎn)動(dòng)部件4-10、導(dǎo)軌4-11、滑塊4-12、滑臺(tái)4-13和架體4-14組成，架體4-14固連在基座6的上表面上，導(dǎo)軌4-11和電機(jī)4-8固連在架體4-14上，轉(zhuǎn)動(dòng)部件4-10與滑塊4-12組成絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，滑臺(tái)4-13與滑塊4-12固連，導(dǎo)軌4-11為滑塊4-12提供垂直方向的導(dǎo)向，滑臺(tái)4-13與鉸鏈5的下端固連，導(dǎo)軌4-11垂直于基座6的上表面。如此設(shè)置，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置4完成垂直方向?qū)χф?的驅(qū)動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，它包括上平臺(tái)(1)、六組相同的支鏈(3)、六組相同的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)、鉸鏈(5)和基座(6)，其特征是它還包括微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，支鏈(3)均勻布置在上平臺(tái)(1)和基座(6)之間，支鏈(3)的上端通過(guò)鉸鏈(5)鉸接在上平臺(tái)(1)上，支鏈(3)的下端通過(guò)鉸鏈(5)與宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)相連接，支鏈(3)的桿體部分設(shè)置為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)設(shè)置在基座(6)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，其特征是鉸鏈(5)選用柔性鉸鏈。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，其特征是鉸鏈(5)選用大行程柔性鉸鏈，它由鉸支桿(5-1)和位于鉸支桿(5-1)兩端部的緊固件(5-2)組成，鉸支桿(5-1)為鈹青銅材質(zhì)的桿體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，其特征是宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)由壓電馬達(dá)(4-1)、導(dǎo)軌(4-2)、滑臺(tái)(4-3)、滑塊(4-5)、滾動(dòng)體(4-6)和摩擦帶(4-4)組成，導(dǎo)軌(4-2)水平方向設(shè)置在基座(6)的上表面上，導(dǎo)軌(4-2)、滑塊(4-5)和滾動(dòng)體(4-6)組成直線移動(dòng)副，滑臺(tái)(4-3)固連在滑塊(4-5)上，滑臺(tái)(4-3)與鉸鏈(5)的下端固連，滑臺(tái)(4-3)的側(cè)面上水平方向粘接有摩擦帶(4-4)，壓電馬達(dá)(4-1)的摩擦指(4-1-1)壓緊在摩擦帶(4-4)的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，其特征是它還包括精密光柵，精密光柵的讀數(shù)頭(8-1)與滑臺(tái)(4-3)固連，精密光柵的刻度尺(8-2)固接在基座(6)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人，其特征是宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)由電機(jī)(4-8)、聯(lián)軸器(4-9)、轉(zhuǎn)動(dòng)部件(4-10)、導(dǎo)軌(4-11)、滑塊(4-12)、滑臺(tái)(4-13)和架體(4-14)組成，架體(4-14)固連在基座(6)的上表面上，導(dǎo)軌(4-11)和電機(jī)(4-8)固連在架體(4-14)上，轉(zhuǎn)動(dòng)部件(4-10)與滑塊(4-12)組成絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)，滑臺(tái)(4-13)與滑塊(4-12)固連，導(dǎo)軌(4-11)為滑塊(4-12)提供垂直方向的導(dǎo)向，滑臺(tái)(4-13)與鉸鏈(5)的下端固連，導(dǎo)軌(4-11)垂直于基座(6)的上表面。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種宏/微雙重驅(qū)動(dòng)精密定位的并聯(lián)式位置調(diào)整機(jī)器人——一種六自由度宏/微雙重驅(qū)動(dòng)納米級(jí)定位大行程柔性并聯(lián)機(jī)器人。它包括上平臺(tái)(1)、六組相同的支鏈(3)、六組相同的宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)、鉸鏈(5)和基座(6)，它還包括微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，支鏈(3)均勻布置在上平臺(tái)(1)和基座(6)之間，支鏈(3)的上端通過(guò)鉸鏈(5)鉸接在上平臺(tái)(1)上，支鏈(3)的下端通過(guò)鉸鏈(5)與宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)相連接，支鏈(3)的桿體部分設(shè)置為微動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)，宏動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(4)設(shè)置在基座(6)上。由于本發(fā)明既能宏驅(qū)動(dòng)又能微調(diào)整，所以既有大的運(yùn)動(dòng)范圍，又有高的定位精度。因?yàn)槲?dòng)驅(qū)動(dòng)裝置(7)本身被設(shè)置為支鏈(3)的桿體，所以整體結(jié)構(gòu)非常緊湊。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理、工作可靠，具有較大的推廣價(jià)值。
文檔編號(hào)B25J9/00GK1562578SQ20041001362
公開(kāi)日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月17日
發(fā)明者孫立寧, 杜志江, 董為, 曲東升 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)