[實(shí)用新型]三自由度柔順壓電微夾持器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721035443.X
• 申請(qǐng)日: 2017-08-18
• 公開（公告）號(hào): CN207643111U
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張金;楊依領(lǐng);婁軍強(qiáng);吳高華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 寧波大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J7/00
• 分類號(hào): B25J7/00;B25B11/00
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 黃芳

三自由度柔順壓電微夾持器，具有底座，底座上有至少三個(gè)單自由度夾持單元，單自由度夾持單元等角度均勻分布，每個(gè)單自由度夾持單元由各自的連接板固定于底座；每個(gè)單自由度夾持單元包含機(jī)架和機(jī)架上的三級(jí)放大機(jī)構(gòu)，三級(jí)放大機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)，第一級(jí)放大機(jī)構(gòu)連接壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，第三級(jí)放大機(jī)構(gòu)的輸出件上固定夾頭。壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器形變產(chǎn)生的力依次經(jīng)過三級(jí)放大機(jī)構(gòu)，最后輸出到夾頭，三個(gè)夾頭共同作用夾緊待夾持件。本實(shí)用新型具有能夠既能實(shí)現(xiàn)微夾器的大夾持范圍，又能產(chǎn)生純平動(dòng)輸出且集成夾持力和位置檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種三自由度、純平動(dòng)輸出的柔順壓電微夾持器。

技術(shù)背景

作為連接宏觀系統(tǒng)與微觀系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，微夾持器在微操作與微裝配技術(shù)領(lǐng)域中起著至關(guān)重要的作用，微夾持器被用來實(shí)現(xiàn)夾持、保持和釋放等微操作任務(wù)，例如細(xì)胞的移動(dòng)與排列、微小零件組裝以及光纖對(duì)接等。

與形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)、真空驅(qū)動(dòng)、靜電梳齒驅(qū)動(dòng)、熱驅(qū)動(dòng)和電磁驅(qū)動(dòng)等相比，壓電驅(qū)動(dòng)因具有分辨率高、驅(qū)動(dòng)力大、響應(yīng)速度快和動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛應(yīng)用在各種高精度微夾持器中。另一方面，對(duì)于許多微操作任務(wù)和微裝配任務(wù)，被操作物體往往在外形上不規(guī)則，在尺寸上橫跨微米級(jí)到毫米級(jí)。在使用微夾持器對(duì)這類不規(guī)則、易碎且跨尺度的被操作物體進(jìn)行操作時(shí)，被操作物體和夾頭均易受到沿需微夾持器中軸方向的分力而產(chǎn)生相對(duì)滑移，影響微操作過程的精度和效率，也更容易損壞被操作對(duì)象。因此，微夾持器需要具有純平動(dòng)輸出、高分辨率和大行程。此外，為了更好地解決微操作和微裝配問題，也需要對(duì)微夾持器的夾持力和位置進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，并進(jìn)行反饋控制。現(xiàn)有的壓電微夾持器通常采用單級(jí)或兩級(jí)位移放大機(jī)構(gòu)，微夾持器夾持范圍有限。同時(shí)，微夾持器末端也往往是轉(zhuǎn)動(dòng)輸出或者經(jīng)過單邊平行四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)行近似平動(dòng)輸出，平動(dòng)效果也有限。而對(duì)微夾持器末端夾持力的檢測(cè)也是采用粘貼單個(gè)應(yīng)變片在末端柔性?shī)A持臂根部的方式，檢測(cè)時(shí)也會(huì)進(jìn)一步加劇對(duì)被操作物體的偏轉(zhuǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供了一種能夠既能實(shí)現(xiàn)微夾器的大夾持范圍，又能產(chǎn)生純平動(dòng)輸出且集成夾持力和位置檢測(cè)的三自由度柔順壓電微夾持器。

基于柔性鉸鏈放大的壓電微夾鉗，具有底座，底座上有至少三個(gè)單自由度夾持單元，單自由度夾持單元等角度均勻分布，每個(gè)單自由度夾持單元由各自的連接板固定于底座；

每個(gè)單自由度夾持單元包含機(jī)架和機(jī)架上的三級(jí)放大機(jī)構(gòu)，三級(jí)放大機(jī)構(gòu)依次串聯(lián)，第一級(jí)放大機(jī)構(gòu)連接壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，第三級(jí)放大機(jī)構(gòu)的輸出件上固定夾頭。 壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器形變產(chǎn)生的力依次經(jīng)過三級(jí)放大機(jī)構(gòu)，最后輸出到夾頭，三個(gè)夾頭共同作用夾緊待夾持件。底座固定在宏動(dòng)平臺(tái)上，宏動(dòng)平臺(tái)以毫米/厘米級(jí)移動(dòng)。

進(jìn)一步，第一級(jí)放大機(jī)構(gòu)為復(fù)合橋式機(jī)構(gòu)，復(fù)合橋式機(jī)構(gòu)包括縱向設(shè)置的一對(duì)的支撐臂和橫向設(shè)置的至少一組第一導(dǎo)向放大桿組件與至少一組第二導(dǎo)向放大桿組件；支撐臂之間設(shè)置壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器在橫向伸縮形變；

第一導(dǎo)向放大桿組件和第二導(dǎo)向放大桿組件分別由各自的左側(cè)桿，中間桿和右側(cè)桿組成；左側(cè)桿和右側(cè)桿分別一端與中間桿鉸接；另一端與支撐臂鉸接；中間桿遠(yuǎn)離壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器使左側(cè)桿和右側(cè)桿傾斜，中間桿與壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器平行；第一導(dǎo)向放大桿組件的中間桿與機(jī)架固定，第二導(dǎo)向放大桿組件的中間桿作為第一級(jí)放大機(jī)構(gòu)的輸出件。

進(jìn)一步，第二導(dǎo)向放大組件的左側(cè)桿與中間桿的鉸鏈上、右側(cè)桿與中間桿的鉸鏈上分別設(shè)位置檢測(cè)應(yīng)變片。位置檢測(cè)應(yīng)變片的輸出電壓記為U₁，U₁＝ky，y為夾頭的位移，k為比例系數(shù)。在本實(shí)用新型使用前需要先校準(zhǔn)獲得比例系數(shù)k。具體做法是：先用電容或者激光位移傳感器檢測(cè)出當(dāng)前夾頭的位移y₀，位置檢測(cè)應(yīng)變片的輸出電壓U₁，即可得到