[發明專利]用于夾持微型馬達引線的氣動式微夾持器

有效

• 申請號: 201410012805.8
• 申請日: 2014-01-12
• 公開（公告）號: CN103737586A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 王躍宗;馬國棟;王立卡;張稱稱
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明屬于微操作機器人領域中的末端執行器類，這類微夾持器通常用于抓取或夾持微小物體或微小構件（微米至納米級），具體涉及一種夾持微型馬達線圈轉子的引線，并將引線夾持到線圈焊盤上的夾持器。

背景技術

近年來，隨著納米技術和微機電系統的迅猛發展，精密機械領域的研究朝著微小化和智能化的方向發展。微操作是在亞微米到微米級精度范圍內，對尺寸在微米到亞毫米級的微小操作對象進行穩定、可靠的操作技術。隨著空間機械及生物醫學領域的蓬勃發展，微操作技術逐漸成為國內外的研究熱點。微夾持器是微操作的重要組成部分之一，其任務包括完成對微小器件的夾持、移動、放置等工作。微夾持器的研究已成為國內外微操作技術研究領域中的一項關鍵技術，在微物體的操作和裝配、生物技術和光學等領域均有很好的應用前景。例如，在醫學和生物學，特別是在動植物基因工程等領域中進行的細胞注射、細胞切割和微細手術都離不開微夾持器。

目前用于微操作機器人系統的微夾持器按驅動方式分類，主要有電磁驅動式微夾持器、電熱式微夾持器、形狀記憶合金式微夾持器、靜電力微夾持器、壓電驅動式微夾持器、真空吸附式微夾持器等等。它們在驅動方式、動作原理、結構等方面都有自己的特點，但也存在著一些問題，主要表現在：微夾持器張合量較小，夾持物體不穩定，動作響應較慢，夾持力小等。比如：電磁驅動式微夾持器，其特點是：動作響應快，精度高，承載能力大。但電磁驅動元件的大小決定了夾持器的體積，當微構件的外形尺寸小于一定尺寸后，無法實現進一步微型化，所以目前利用電磁驅動的微機械只能做到毫米級；電熱式微夾持器，其特點是：加熱元件采用傳統的機械加工，比較容易實現，但是體積較大，不易實現微集成；形狀記憶合金微夾持器，其特點是：形狀記憶合金SMA由于其特殊的相變機理，經過一定的熱處理和記憶訓練后，它對原有的形狀具有記憶能力。SMA是熱驅動元件，變形率大，本身即是驅動材料，又是結構材料，便于實現結構的簡化和小型化。但缺點是冷卻時反應比較慢，疲勞壽命較短，因此在實際應用中有一定的局限性；靜電力微夾持器，其特點是：采用靜電力驅動方法，結構簡單，易實現小型化和微型化，但是驅動力較小，輸出位移小，因此在某種特定的環境下有一定的使用局限性；壓電驅動式微夾持器，其特點是：該微夾持器有鉸鏈放大機構，可以得到較大的張合量，也可以保證有較大的夾持力，但是精度不高，達不到夾持微米級馬達引線的技術要求；真空吸附式微夾持器，其特點是：通過控制玻璃吸管內部正負壓的大小來調節吸附力和釋放力。優點是玻璃吸管易于更換，成本低廉，但是該類微夾持器要求被吸附物體表面盡量光滑，便于吸附。

綜上各類微夾持器的優缺點，現有微夾持器夾持范圍都在幾百微米以下，如果夾持范圍擴大，其夾持精度和分辨率就會相應降低，影響夾持的通用性和靈活性。

發明內容

為了克服現有微夾持器在通用性和靈活性較差的缺陷，解決夾持范圍和分辨率之間的矛盾，我們采用一種全新的驅動方式，結合滿足夾持剛性的外形結構，發明了一種具有廣泛通用性和適用性的氣動式微夾持器。

一種用于夾持微米級馬達引線的氣動式微夾持器，其特征在于：包括四自由度控制臺1、連接板2、雙軸式氣缸3、上鉗臂4、夾持針5、下鉗臂6、微型二維調節臺7；四自由度控制臺1與連接板2連接，雙軸氣缸3固定在連接板2上，上鉗臂4連接雙軸氣缸3，夾持針5固定在上鉗臂4的前端上側，微型二維調節臺7與連接板2連接，下鉗臂6與微型二維調節臺7連接，另一片夾持針5與下鉗臂6前端用螺釘固定。

進一步，所述上鉗臂與雙軸氣缸兩根活塞桿連接。

進一步，所述的微型二維調節臺一側臺面與連接板固定在一起，另一側臺面與下鉗臂固定在一起。

進一步，采用滑臺氣缸作為驅動源。

進一步，采用二維平移臺調節微夾持器的整合量。

進一步，下鉗臂與二維平移臺臺面固定部分呈“工”字形，既能保證穩定固定，又能減少下鉗臂重量。

進一步，夾持針分別固定在上、下鉗臂前端，夾持針前端呈錐子狀，便于夾持微米級引線。

使用氣缸作為驅動力元件，調節氣缸進氣口和出氣口氣壓控制活塞桿同時伸出和返回，活塞桿前端與上鉗臂用內六角螺釘固定，進而活塞桿伸出和返回運動可以為上鉗臂提供驅動力。氣缸選用雙軸氣缸，因為單軸氣缸驅動上鉗臂上下運動時存在活塞桿旋轉的問題，但雙軸氣缸的兩根活塞桿跟上鉗臂固定在一起，驅動上鉗臂上下運動可以避免上鉗臂旋轉的問題。