專利名稱：三維平動微操作手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微電子機械系統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域，特別是涉及一種各向 同性的三維微操作手。
背景技術(shù)：
微操作手作為微電子機械系統(tǒng)(Micro Electro Mechanical System, 簡稱MEMS)研究領(lǐng)域的重要分支，受到國內(nèi)外學(xué)者的高度重視。微操作手運 動精細，具有亞微米至納米級的定位分辨率，在精密機械工程、電子封裝、 精細化工、光纖對接、生物和遺傳工程、材料科學(xué)、毫微平面印刷、航空 航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，多維(大于二維的)微操作手 大多采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)研制了一臺六維并聯(lián)結(jié)構(gòu)微操作 手，它是一個六分支PSS副的變異Stewart平臺，P副由壓電陶瓷水平驅(qū)動， 全部采用柔性鉸鏈，驅(qū)動和檢測一體化。北京航空航天大學(xué)則研制了一臺 兩級解耦的六維串并混聯(lián)結(jié)構(gòu)的微操作手，由壓電陶瓷驅(qū)動，其機構(gòu)是由 上(3RPS機構(gòu))、下(3RRR機構(gòu))兩機構(gòu)串接而成，它具有上下機構(gòu)運動解 耦，加速度大，可完成粗調(diào)、細調(diào)兩種功能等特點；河北工業(yè)大學(xué)研制了 正交解耦結(jié)構(gòu)六維并聯(lián)結(jié)構(gòu)微操作手等。上述這些研究成果存在的主要問 題是有的各向同性差，有的標定困難，有的位移解耦難。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明提供一種三維平動微操作 手，這種微操作手具有結(jié)構(gòu)簡單、各向同性和算法簡單等優(yōu)點，能實現(xiàn)無 摩擦、無間隙和高分辨率的三維平動微動。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是由三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動 分支連于基座與工作臺之間，在所述驅(qū)動分支中，四根連桿由四個轉(zhuǎn)軸軸 線相互平行的單軸柔性鉸鏈相連構(gòu)成平行四連桿柔性機構(gòu)，平行四連桿柔 性機構(gòu)中的一對連桿分別通過兩個同軸的單軸柔性鉸鏈與工作臺和平行板 彈性移動副相連。平行板彈性移動副為框架結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷微位移器安裝 在平行板彈性移動副框架結(jié)構(gòu)的中部，三條驅(qū)動分支對應(yīng)的與工作臺連接的三對同軸的單軸柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)軸軸線分別相互垂直，所述基座、工作臺、 連桿、單軸柔性鉸鏈、平行板彈性移動副在一塊彈簧鋼上加工而成，也就 是說，微操作手的本體是一次加工成型的非組裝件。通過三個壓電陶瓷微 位移器驅(qū)動對應(yīng)的平行板彈性移動副，可實現(xiàn)微操作手工作臺的三維的微 移動。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、各向同性和算法簡單等優(yōu) 點，能實現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三維平動微動。本發(fā)明在精密機 械工程、電子封裝、精細化工、光纖對接、生物和遺傳工程、材料科學(xué)、 毫微平面印刷、航空航天等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1是三維平動微操作手結(jié)構(gòu)圖； 圖2是驅(qū)動分支的結(jié)構(gòu)圖。
在圖l、 2中，l.基座，2.驅(qū)動分支，3.工作臺，4.壓電陶瓷微位移器， 5.平行板彈性移動副，6、 6' 、 8、 8' 10、 10' 、 11、 11'.單軸柔性鉸鏈， 7、 7' 、 9、 9'.連桿。
圖l是本發(fā)明公開的一個實施例，這種三維平動微操作手，由基座l、 三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支2和工作臺3組成，三條驅(qū)動分支2以并聯(lián)形式 連于工作臺3與基座1之間。在所述驅(qū)動分支2中，四根連桿(7， 7' ， 9， 9')分別由四個單軸柔性鉸鏈(8， 8' ， 10， 10')相連構(gòu)成平行四連桿 柔性機構(gòu)，連桿7'通過一對同軸的單軸柔性鉸鏈(11， 110與工作臺3 相連，連桿7通過另外一對同軸的單軸柔性鉸鏈(6， 6')與平行板彈性 移動副5相連；四個單軸柔性鉸鏈(8， 8' ， 10， 10')的轉(zhuǎn)軸軸線相互 平行，單軸柔性鉸鏈6的轉(zhuǎn)軸軸線與單軸柔性鉸鏈11的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行， 單軸柔性鉸鏈6的轉(zhuǎn)軸軸線與單軸柔性鉸鏈8的轉(zhuǎn)軸軸線相互垂直。三條 驅(qū)動分支2對應(yīng)的與運工作臺3連接的三對同軸的單軸柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)軸軸 線分別相互垂直；所述基座、工作臺、連桿、單軸柔性鉸鏈和平行板彈性 移動副在一塊彈簧鋼上加工而成。
權(quán)利要求
1. 一種三維平動微操作手，包括基座(1)、工作臺(3)和連接兩者之間的三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支(2)，其特征是在所述驅(qū)動分支(2)中，四根連桿(7，7′，9，9′)分別由四個單軸柔性鉸鏈(8，8′，10，10′)相連構(gòu)成平行四連桿柔性機構(gòu)，連桿(7′)通過一對同軸的單軸柔性鉸鏈(11，11/)與工作臺(3)相連，連桿(7)通過另外一對同軸的單軸柔性鉸鏈(6，6′)與平行板彈性移動副(5)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維平動微操作手，其特征是四個單軸柔 性鉸鏈(8， 8' ， 10，10')的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，單軸柔性鉸鏈(6) 的轉(zhuǎn)軸軸線與單軸柔性鉸鏈(11)的轉(zhuǎn)軸軸線相互平行，單軸柔性鉸鏈(6) 的轉(zhuǎn)軸軸線與單軸柔性鉸鏈(8)的轉(zhuǎn)軸軸線相互垂直。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的三維平動微操作手，其特征是三條驅(qū) 動分支(2)對應(yīng)的與工作臺(3)連接的三對同軸的單軸柔性鉸鏈的轉(zhuǎn)軸 軸線分別相互垂直。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維平動微操作手，其特征微操作手的本 體是一次加工成型的非組裝件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維平動微操作手，包括基座(1)、工作臺(3)和連接兩者之間的三條結(jié)構(gòu)相同的驅(qū)動分支(2)，其特征在所述驅(qū)動分支(2)中，四根連桿(7，7′，9，9′)分別由四個單軸柔性鉸鏈(8，8′，10，10′)相連構(gòu)成平行四連桿柔性機構(gòu)，連桿(7′)通過一對同軸的單軸柔性鉸鏈(11，11′)與工作臺(3)相連，連桿(7)通過另外一對同軸的單軸柔性鉸鏈(6，6′)與平行板彈性移動副(5)相連。平行板彈性移動副(5)為框架結(jié)構(gòu)，壓電陶瓷微位移器(4)安裝在平行板彈性移動副(5)框架結(jié)構(gòu)的中部。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單與各向同性等優(yōu)點，能實現(xiàn)無摩擦、無間隙和高分辨率的三維平動微動。
文檔編號B25J9/16GK101417424SQ20081007990
公開日2009年4月29日 申請日期2008年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月22日
發(fā)明者金振林, 峰 高 申請人:燕山大學(xué)