[發明專利]基于壓電陶瓷驅動的小型化柔性微夾鉗

有效

• 申請號: 201310231678.6
• 申請日: 2013-06-09
• 公開（公告）號: CN103331748A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 孫先濤;陳偉海;周銳;張建斌;陳文杰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00;B25J15/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種夾持裝置，更特別地說，是指一種基于壓電陶瓷驅動的小型化柔性微夾鉗。

背景技術

目前，微操作和微裝配被廣泛應用在微機電系統、光纖裝配、生物工程和小型元器件的電子封裝等研究領域。其中，微夾鉗是一個重要的設備，主要用來夾持和操作直徑小于100微米的微物體，例如，光纖、木纖維等。由于微夾鉗自身具有獨特的靈活性，微夾鉗可以實現拾起、夾持和移動等微操作。

一個微夾鉗通常包含一個驅動器和一個運動傳遞機構。目前用于微夾鉗的驅動方式主要有電熱驅動、電磁驅動、壓電驅動、靜電驅動和形狀記憶合金驅動。在這些驅動器中，壓電驅動是一種被廣泛應用的驅動，它具有無限高的分辨率、快速響應、大的驅動力、寬的動態響應范圍等優點。而壓電陶瓷（PZT）是一種常見的利用壓電驅動的無機非金屬材料。當對壓電材料施加壓力，它便會產生電位差；加載電壓，則產生機械力。

在2009年2月5日，在期刊Sensors?and?Actuators?A:Physical上公開的《Development?of?a?novel?flexure-based?microgripper?for?high?precision?micro-object?manipulation》，文中公開了一種具有一級放大的運動傳遞機構。

微夾鉗具有三種常見的末端夾持方式：平行（parallel）夾持、角（angular）夾持和真空吮吸（vacuum?suction）夾持。角夾持中由于夾持端具有一定的傾斜角度，當夾持具有規則幾何形狀的光纖時，容易引起光纖的滑動；真空吮吸夾持主要用在平面上操作，而不規則平面的物體容易引起真空吮吸設備的氣體泄漏，進而導致夾持的失敗。相對于角夾持和真空吮吸夾持，為了夾持具有任意幾何形狀的物體，平行夾持是一種非常適合的夾持方式。

發明內容

本發明的目的是提供一種具有兩級放大運動傳遞機構的壓電陶瓷驅動的小型化平行夾持微夾鉗。本發明采用兩級放大運動傳遞機構來克服壓電陶瓷有限的輸出運動，因此在保證微夾鉗具有較高的抓取精度的前提下，能夠實現微夾鉗末端較大的變形。本發明運動傳遞機構采用一體化結構設計及加工，運用線切割加工工藝，從而避免了多個零部件安裝所帶來的裝配誤差。為了實現微夾鉗的小型化，壓電陶瓷嵌安裝在微夾鉗內，利用末端的螺釘對壓電陶瓷進行預緊，從而保證微夾鉗具有較好的動態特性。

本發明的一種基于壓電陶瓷驅動的小型化柔性微夾鉗，該微夾鉗包括有基座（1）、預緊螺釘（2）、運動傳遞機構（3）、第一固定螺釘（4A）、第二固定螺釘（4B）、壓電陶瓷驅動器（5）和墊片（6）；

壓電陶瓷驅動器（5）安裝于運動傳遞機構（3）上的第一切縫（501）內，且壓電陶瓷驅動器（5）的一端與后限位板的內凸臺（36D）之間安裝有墊片（6），壓電陶瓷驅動器（5）的另一端位于中間剛性梁（304）處，但不與中間剛性梁（304）接觸；墊片（6）為薄板結構；

基座（1）上設有凸臺體（1D）、凹臺體（1E）；所述凸臺體（1D）上設有第一螺紋孔（1A）、第二螺紋孔（1B）、沉頭孔（1C），沉頭孔（1C）位置第一螺紋孔（1A）與第二螺紋孔（1B）之間；在所述沉頭孔（1C）中放置螺釘，通過螺釘與沉頭孔的配合能夠實現將基座（1）與安裝載體進行固定安裝。

所述凹臺體（1E）與運動傳遞機構（3）裝配后，形成有間隙（7）；

所述第一螺紋孔（1A）用于螺紋連接第一固定螺釘（4A）；所述第二螺紋孔（1B）用于螺紋連接第二固定螺釘（4B）；

預緊螺釘（2）安裝在運動傳遞機構（3）的第三螺紋孔（36C）中；