宏/微双重驱动的微小型机器人移动定位平台 技术领域：
本发明涉及微小型机器人移动定位平台结构的改进。
背景技术：
随着MEMS技术的不断发展，小型、微型机器人在微操作领域得到了日益广泛的研究与应用。传统的小型机器人具有功能较齐全，能实现多种复杂的运动，运动迅速，工作范围大，与其它系统的接口多，功能扩展容易等特点，但是其结构复杂，体积较大，精度不高，难以在相对狭小的空间内得到广泛的应用，且往往是根据特殊的要求来设计其功能，成本较高。微型机器人结构简单、体积小，可在狭小空间内自如运动，环境适应性强，可达到微米、纳米级的作业精度，可完成MEMS器件的搬运、操作与装配，对生物细胞的操作等任务，但是其功能单一，完成一个简单任务往往需要多台机器人配合作业，且就目前的情况来看，对微型机器人的研究还处于起步阶段，技术还不太成熟，离产业化还有很长一段距离。在微操作驱动的过程中，仅采用宏动，速度快，但精度低；仅采用微动，精度高，但速度慢，单一地采用某一种驱动方式，无法高效高质量地完成微操作任务。
发明内容：
本发明地目的是提供一种宏/微双重驱动的微小型机器人移动定位平台，它具有结构简单，体积小，宏/微双重驱动，即可以在大范围内实现快速移动，又可以在小范围实现高精度的位置调整，重复定位精度高的特点。本发明由一号电机1、一号双极性压电陶瓷2、一号电机定位端盖3、一号主动轮4、外移动定位平台5、二号双极性压电陶瓷6、左外电磁铁7、左外弹簧片8、二号从动轮9、二号电机10、内微动定位平台11、二号主动轮12、三号双极性压电陶瓷13、内电磁铁14、一号从动轮15、二号电机定位端盖16、内弹簧片17、右外电磁铁7′、右外弹簧片8′组成；一号电机1由一号电机定位端盖3固定在外移动定位平台5的一侧上，一号主动轮4固定在一号电机1的输出轴上，一号从动轮15固定在一号电机1同一侧的外移动定位平台5上，二号电机10由二号电机定位端盖16固定在外移动定位平台5的另一侧上，二号主动轮12固定在二号电机10的输出轴上，二号从动轮9固定在二号电机10同一侧的外移动定位平台5上，在外移动定位平台5上表面的中部设有内微动定位平台11，一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13的一端分别与外移动定位平台5相连接，一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13的另一端分别与内微动定位平台11相连接，内弹簧片17固定在内微动定位平台11的中部，内电磁铁14固定在内弹簧片17的下面及内微动定位平台11的通孔20内，左外弹簧片8固定在内微动定位平台11左侧的外移动定位平台5的表面上，左外电磁铁7固定在左外弹簧片8的下面及外移动定位平台5上的通孔21内，右外弹簧片8′固定在内微动定位平台11右侧的外移动定位平台5的表面上，右外电磁铁7′固定在右外弹簧片8′的下面及外移动定位平台5上的二号通孔22内。所述内微动定位平台11是等边三角形。所述一号主动轮4与二号主动轮12在外移动定位平台5上对角设置。所述一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13与外移动定位平台5之间由B柔性铰链18相连接；一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13与内微动定位平台11之间由C柔性铰链19相连接。所述内弹簧片17、左外弹簧片8和右外弹簧片8′为“Y”形，内电磁铁14、左外电磁铁7和右外电磁铁7′分别固定在内弹簧片17、左外弹簧片8和右外弹簧片8′的中心处。本发明集宏/微驱动于一体，宏动采用两个微型电机对角驱动原理，电机轴与主动轮直接连接；微动采用三根双极性压电陶瓷驱动，并在电磁铁与弹簧片的配合下，根据尺蠖蠕动原理运动，实现机器人定位平台的微动调整。宏/微运动的切换，由电磁铁通电与工作台吸合使弹簧片产生弹性变形来实现。本发明具有以下优点：1、结构简单、体积小。2、具有宏/微双重驱动，既可以在大范围内实现快速移动，又可以在小范围内实现高精度的位置调整。3、宏运动最大速度可达60mm/s，分辨率可达0.2mm，重复定位精度可达0.5mm。4、微运动最大运动速度可达0.5mm/s，分辨率可达100nm，重复定位精度可达0.5um。5、基于双电机对角驱动模式的宏驱动方式，有效地减小了定位平台的转弯半径，使定位平台受工作空间大小的限制程度大大降低，可以在狭小的空间内工作。6、宏/微驱动均可实现零半径圆周运动，转向灵活。7、可以作为一种通用的移动定位机构，搭载多种微操作器，完成不同的微操作任务。
附图说明：
图1是本发明的整体结构示意图，图2是图1的A向视图。
具体实施方式：
(参见图1)本实施方式由一号电机1、一号双极性压电陶瓷2、一号电机定位端盖3、一号主动轮4、外移动定位平台5、二号双极性压电陶瓷6、左外电磁铁7、左外弹簧片8、二号从动轮9、二号电机10、内微动定位平台11、二号主动轮12、三号双极性压电陶瓷13、内电磁铁14、一号从动轮15、二号电机定位端盖16、内弹簧片17、右外电磁铁7′、右外弹簧片8′组成；一号电机1由一号电机定位端盖3固定在外移动定位平台5的一侧上，一号主动轮4固定在一号电机1的输出轴上，一号从动轮15固定在一号电机1同一侧的外移动定位平台5上，二号电机10由二号电机定位端盖16固定在外移动定位平台5的另一侧上，二号主动轮12固定在二号电机10的输出轴上，二号从动轮9固定在二号电机10同一侧的外移动定位平台5上，在外移动定位平台5上表面的中部设有内微动定位平台11，一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13的一端分别与外移动定位平台5相连接，一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13的另一端分别与内微动定位平台11相连接，内弹簧片17固定在内微动定位平台11的中部，内电磁铁14固定在内弹簧片17的下面及内微动定位平台11的通孔20内，左外弹簧片8固定在内微动定位平台11左侧的外移动定位平台5的表面上，左外电磁铁7固定在左外弹簧片8的下面及外移动定位平台5上的通孔21内，右外弹簧片8′固定在内微动定位平台11右侧的外外移动定位平台5的表面上，右外电磁铁7′固定在右外弹簧片8′的下面及外移动定位平台5上的二号通孔22内。所述内微动定位平台11是等边三角形。所述一号主动轮4与二号主动轮12在外移动定位平台5上对角设置。所述一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13与外移动定位平台5之间由B柔性铰链18相连接；一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6和三号双极性压电陶瓷13与内微动定位平台11之间由C柔性铰链19相连接。所述内弹簧片17、左外弹簧片8和右外弹簧片8′为“Y”形，内电磁铁14、左外电磁铁7和右外电磁铁7′分别固定在内弹簧片17、左外弹簧片8和右外弹簧片8′的中心处。
运动模式：
1、大范围内的宏运动，运动方式有如下几种：
a、直线前进：一号电机1、二号电机10保持相同的转速同时向前转动；
b、直线后退：一号电机1、二号电机10保持相同的转速同时向后转动；
c、前向左转弯：一号电机1、二号电机10同时向前转动，保持二号电机10的转速大于一号电机1的转速；
d、前向右转弯：一号电机1、二号电机10同时向前转动，保持二号电机10的转速小于一号电机1的转速；
e、后向左转弯：一号电机1、二号电机10同时向后转动，保持二号电机10的转速大于一号电机1的转速；
f、后向右转弯：一号电机1、二号电机10同时向后转动，保持二号电机10的转速小于一号电机1的转速；
g、零半径圆周运动：一号电机1、二号电机10保持相同的转速，相反的方向同时转动。
在定义的运动方向下，控制前向左右转弯与控制后向左右转弯的控制方式相同，除去相同的两种，从控制方法上来说，该微小型机器人移动定位平台共有5种运动方式。
2、小范围内的微运动，双极性压电陶瓷与电磁铁配合，根据尺蠖蠕动原理，进行微动调整，实现机器人定位平台的高精密定位。其运动方式如下：
a、一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6、三号双极性压电陶瓷13同时伸缩相同的长度，机器人定位平台转动θ角度。
b、一号双极性压电陶瓷2、二号双极性压电陶瓷6、三号双极性压电陶瓷13按不同比例伸缩，机器人定位平台转动β角度。
c、二号双极性压电陶瓷6通电收缩，三号双极性压电陶瓷13通电伸长，一号双极性压电陶瓷2通电进行伸缩补偿，机器人定位平台直线前进。
d、一号双极性压电陶瓷2通电收缩，三号双极性压电陶瓷13通电伸长，二号双极性压电陶瓷6通电进行伸缩补偿，机器人定位平台直线向右运动。
e、一号双极性压电陶瓷2通电伸长，二号双极性压电陶瓷6通电收缩，三号双极性压电陶瓷13通电进行伸缩补偿，机器人定位平台直线向左运动。
f、三号双极性压电陶瓷13通电收缩，二号双极性压电陶瓷6通电伸长，一号双极性压电陶瓷2通电进行伸缩补偿，机器人定位平台直线后退。
机器人定位平台微动时，可实现x，y方向的直线运动以及绕z轴的转动，具有三个自由度。
3、宏/微运动切换
当机器人定位平台运动到接近目标位置时，运动方式由快速宏运动切换到微运动模式，来实现定位平台的精密定位。首先电机停止转动，外(或内)电磁铁通电与工作台吸合，弹簧片产生变形，完成宏/微运动切换。