基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器制造技术

基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，它涉及压电叠堆柔顺微操作器，它包括操作平台、异面底座、连接座和三个单自由度位移机构；异面底座上安装有三个单自由度位移机构，操作平台由三个单自由度位移机构支撑；每个所述单自由度位移机构包括内位移传递机构和带有柔性铰链的机架；所述内位移传递机构包括刚性框架、推动块、压电叠堆驱动器一、压电叠堆驱动器二和成对设置的放大解耦机构；机架与操作平台连接，刚性框架与异面底座连接。本发明专利技术具有无位移耦合和多自由度运动的优点，适用于微操作机器人系统和微机电系统。

【技术实现步骤摘要】
基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器
本专利技术涉及微米及纳米级压电叠堆柔顺微操作器，具体涉及一种基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器。
技术介绍
随着纳米技术的飞速发展，在精密加工与精密测量、微电子工程、生物工程、纳米科学与技术等领域的应用愈加的广泛，社会对于微纳米级操作器的要求也越来越高，除其微纳米级的定位精度和较大的运动行程之外，更要求其具有优良的稳定性、一定的刚度以及足够快速的响应速度。柔顺机构是以柔性铰链代替传统机构运动关节，采用柔顺元件的弹性变形传递或转换运动和力的一种新型免装配机构。柔顺并联机构作为一种新型的传动结构形式，适合用于精密定位领域的传动机构。目前，国内外学者对平面单自由度和双自由度微动平台研究较为深入，该机构结构简单。但对于较为复杂的操作，精密定位平台不仅需要在x和y两个方向运动，还需要Z方向的运动，另外，操作行程小的问题也在实际使用的过程中愈发突出。因此研究三自由度柔顺微操作器显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术不足，提供一种基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，该操作器在现有的微纳米级操作器的基础上，基于柔性压电纤维驱动的仿生扑翼机器人的一些优点，来实现工作台面大，行程大、无位移耦合、多自由度运动和精度高的目的。本专利技术的技术方案为：基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器包括操作平台、异面底座、连接座和三个单自由度位移机构；异面底座上安装有三个单自由度位移机构，操作平台由三个单自由度位移机构支撑，三个单自由度位移机构互相垂直设置并驱动操作平台具有x轴、y轴和z轴方向上的自由度；每个所述单自由度位移机构包括内位移传递机构和带有柔性铰链的机架；所述内位移传递机构包括刚性框架、推动块、压电叠堆驱动器一、压电叠堆驱动器二和成对设置的放大解耦机构；每个放大解耦机构包括导向杆一、导向杆二、推杆和放大杆，导向杆一、导向杆二和放大杆三者平行设置，且三者与推杆垂直设置，刚性框架与导向杆一之间布置有能推动导向杆一移动的压电叠堆驱动器一，刚性框架与导向杆二之间布置有能推动导向杆二移动的压电叠堆驱动器二；导向杆一与刚性框架之间、导向杆一与放大杆之间、放大杆与导向杆二之间、导向杆二与刚性框架之间，放大杆与推杆之间以及推杆与推动块之间通过单轴圆形截面双切口柔性铰链连接，推动块与带有柔性铰链的机架连接，所述机架与操作平台连接，刚性框架与异面底座连接。进一步地，单轴圆形截面双切口柔性铰链为直圆型双切口柔性铰链。进一步地，所述机架包括由线切割而成的内侧架和外侧架；内侧架包括内推动杆和内侧柱；外侧架包括刚性推动杆、刚性底杆和外侧住；内推动杆与推动块连接，内推动杆与内侧柱之间、内侧柱与刚性底杆之间、刚性推动杆与外侧柱之间、外侧柱与刚性底杆之间均通过叶状形柔性铰链连接。进一步地，内侧柱与刚性底杆之间、刚性推动杆与外侧柱之间以及外侧柱与刚性底杆之间通过设置在两个叶状形柔性铰链之间并与二者连接的铰链连接件连接在一起，两个叶状形柔性铰链相互垂直设置。本专利技术相比现有技术的有益效果是：1、本专利技术采用内外独立的位移机构，解耦机构与多级放大机构，将位移多次放大，使微操作器拥有更大的行程。2、本专利技术采用三个互相独立的位移机构两两垂直放置，X向驱动、Y向驱动与Z向驱动独立实现，互不干扰，实现了操作平台三自由度的准确位移。3、操作平台较大，更能适应许多复杂的实际情况所需要的行程要求。4、本专利技术应用多个压电叠堆驱动器，对称合理放置，提高了输出力的稳定性，使力的输出更加细腻、均匀，保证了微操作器稳定精确的操作，提高了微操作器的整体稳定性。5、本专利技术驱动与外部放大机构分处不同平面，结构紧凑，布局合理且占用位置小，在保证较大行程与操作精度的同时，进一步缩小整体尺寸。6、本专利技术的结构采用线切割加工，其间的连接根据应用功能的不同，采用不同形状的柔性铰链，具有体积小、无机械摩擦、导向精度高、加工难度小、加工精度易于保证、减少装配量的优点。7、重量更轻、操作简易方便，适用于微操作机器人系统和微机电系统。附图说明图1是本专利技术基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器的整体示意图；图2是一个自由度方向的柔顺微操作器的结构图；图3是一个自由度位移机构的结构图；图4是位移机构中内位移传递机构的结构图；图5是异面底座的结构示意图；图6是连接异面底座与操作平台的连接座结构示意图；图7是本专利技术一个实施例的位置检测应变片和输出力检测应变片的检测原理图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然以下所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。参见图1-图4所示，基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，其特征在于：它包括操作平台5、异面底座2、连接座4和三个单自由度位移机构1；异面底座2上安装有三个单自由度位移机构1，操作平台5由三个单自由度位移机构1支撑，三个单自由度位移机构1互相垂直设置并驱动操作平台5具有x轴、y轴和z轴方向上的自由度；每个所述单自由度位移机构1包括内位移传递机构和带有柔性铰链的机架10；所述内位移传递机构包括刚性框架1003、推动块1004、压电叠堆驱动器一1001、压电叠堆驱动器二1002和成对设置的放大解耦机构；每个放大解耦机构包括导向杆一1009、导向杆二1014、推杆1006和放大杆1012，导向杆一1009、导向杆二1014和放大杆1012三者平行设置，且三者与推杆1006垂直设置，刚性框架1003与导向杆一1009之间布置有能推动导向杆一1009移动的压电叠堆驱动器一1001，刚性框架1003与导向杆二1014之间布置有能推动导向杆二1014移动的压电叠堆驱动器二1002；导向杆一1009与刚性框架1003之间、导向杆一1009与放大杆1012之间、放大杆1012与导向杆二1014之间、导向杆二1014与刚性框架1003之间，放大杆1012与推杆1006之间以及推杆1006与推动块1004之间通过单轴圆形截面双切口柔性铰链1008连接，推动块1004与带有柔性铰链的机架10连接，所述机架10与操作平台5连接，刚性框架1003与异面底座2连接。如图1所示，整个柔性微操作器是由三个单自由度位移机构1互相垂直组合而成，如图5所示，异面底座为具有三个互相垂直的板面，每个板面上安装有一个单自由度位移机构1，在刚性推动杆101所形成的空间中，所述连接座4为L形连接座，刚性框架1003与异面底座2、刚性推动杆101与操作平台5之间通过L形连接座连接。通过L形连接座与螺钉把操作平台5固定在三条刚性推动杆101上，把刚性框架1003来接在异面底座2上，当一个方向的单自由度位移机构移动1时，操作平台5也会随之在同一方向位移。三个单自由度位移机构5则通过L形连接座固定在异面底座2上，而且每一个单自由度位移机构1与其临近垂直方向的异面底座2之间有间隔，确保操作器的行动不受阻碍，这从图2也可以看出。如图1和图6所示，L形连接座中较长臂42连接位移机构中内位移传递机构刚性框架1003，L形连接座中较短臂41连接异面底座2的面。再通过图1中L形连接座固定操作平台5到已固定到异面底座2上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，其特征在于：它包括操作平台(5)、异面底座(2)、连接座(4)和三个单自由度位移机构(1)；异面底座(2)上安装有三个单自由度位移机构(1)，操作平台(5)由三个单自由度位移机构(1)支撑，三个单自由度位移机构(1)互相垂直设置并驱动操作平台(5)具有x轴、y轴和z轴方向上的自由度；每个所述单自由度位移机构(1)包括内位移传递机构和带有柔性铰链的机架(10)；所述内位移传递机构包括刚性框架(1003)、推动块(1004)、压电叠堆驱动器一(1001)、压电叠堆驱动器二(1002)和成对设置的放大解耦机构；每个放大解耦机构包括导向杆一(1009)、导向杆二(1014)、推杆(1006)和放大杆(1012)，导向杆一(1009)、导向杆二(1014)和放大杆(1012)三者平行设置，且三者与推杆(1006)垂直设置，刚性框架(1003)与导向杆一(1009)之间布置有能推动导向杆一(1009)移动的压电叠堆驱动器一(1001)，刚性框架(1003)与导向杆二(1014)之间布置有能推动导向杆二(1014)移动的压电叠堆驱动器二(1002)；导向杆一(1009)与刚性框架(1003)之间、导向杆一(1009)与放大杆(1012)之间、放大杆(1012)与导向杆二(1014)之间、导向杆二(1014)与刚性框架(1003)之间，放大杆(1012)与推杆(1006)之间以及推杆(1006)与推动块(1004)之间通过单轴圆形截面双切口柔性铰链(1008)连接，推动块(1004)与带有柔性铰链的机架(10)连接，所述机架(10)与操作平台(5)连接，刚性框架(1003)与异面底座(2)连接。...

【技术特征摘要】
1.基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，其特征在于：它包括操作平台(5)、异面底座(2)、连接座(4)和三个单自由度位移机构(1)；异面底座(2)上安装有三个单自由度位移机构(1)，操作平台(5)由三个单自由度位移机构(1)支撑，三个单自由度位移机构(1)互相垂直设置并驱动操作平台(5)具有x轴、y轴和z轴方向上的自由度；每个所述单自由度位移机构(1)包括内位移传递机构和带有柔性铰链的机架(10)；所述内位移传递机构包括刚性框架(1003)、推动块(1004)、压电叠堆驱动器一(1001)、压电叠堆驱动器二(1002)和成对设置的放大解耦机构；每个放大解耦机构包括导向杆一(1009)、导向杆二(1014)、推杆(1006)和放大杆(1012)，导向杆一(1009)、导向杆二(1014)和放大杆(1012)三者平行设置，且三者与推杆(1006)垂直设置，刚性框架(1003)与导向杆一(1009)之间布置有能推动导向杆一(1009)移动的压电叠堆驱动器一(1001)，刚性框架(1003)与导向杆二(1014)之间布置有能推动导向杆二(1014)移动的压电叠堆驱动器二(1002)；导向杆一(1009)与刚性框架(1003)之间、导向杆一(1009)与放大杆(1012)之间、放大杆(1012)与导向杆二(1014)之间、导向杆二(1014)与刚性框架(1003)之间，放大杆(1012)与推杆(1006)之间以及推杆(1006)与推动块(1004)之间通过单轴圆形截面双切口柔性铰链(1008)连接，推动块(1004)与带有柔性铰链的机架(10)连接，所述机架(10)与操作平台(5)连接，刚性框架(1003)与异面底座(2)连接。2.根据权利要求1所述基于仿生扑翼的多自由度柔顺微操作器，其特征在于：单轴圆形截面双切口柔性铰链(1008)为直圆型双切口柔性铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：李航，杨依领，顾浩然，黎贵江，张义民，娄军强，洪松，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33