[發(fā)明專利]一種非對稱二級位移放大柔性微操作機(jī)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2018-03-29
• 公開（公告）號: CN108297086B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉守鋒;王福軍;張冠偉;時貝超;田延嶺
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/12
• 代理公司: 天津盛理知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發(fā)明涉及一種非對稱二級位移放大柔性微操作機(jī)構(gòu)，包括基體，壓電陶瓷驅(qū)動器，SR位移放大機(jī)構(gòu)，平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)和預(yù)緊螺栓，壓電陶瓷驅(qū)動器通過預(yù)緊螺栓安裝在基體上，本操作機(jī)構(gòu)僅控制一個鉗口的運(yùn)動，另一個鉗口與基體連接固定不動，壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出端通過柔性鉸鏈Ⅳ與SR位移放大機(jī)構(gòu)的輸入端相連，SR位移放大機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈Ⅰ與基體相連，SR位移放大機(jī)構(gòu)的輸出端通過柔性鉸鏈Ⅱ與平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入端相連，平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)輸出端通過柔性平行雙板機(jī)構(gòu)與鉗口相連，柔性平行雙板機(jī)構(gòu)上粘貼有金屬應(yīng)變片。本發(fā)明采用非對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使微操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定夾持，克服對稱夾持中存在的夾持不同步和不穩(wěn)定缺點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微納米操作領(lǐng)域，具體涉及一種由壓電陶瓷直接驅(qū)動，具有二級位移放大的非對稱柔性微操作機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，對微操作與微裝配技術(shù)的需求日益迫切。微作業(yè)工具作為實(shí)現(xiàn)微操作的關(guān)鍵部件，是連接微觀系統(tǒng)與宏觀系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著微細(xì)加工技術(shù)、微電子技術(shù)、MEMS等的發(fā)展，微小型零件的尺寸越來越小，為了使被夾持零件不至于有較大的變形和損壞，對微小型零件的操作提出了越來越高的要求。微操作機(jī)構(gòu)的合理設(shè)計和制造是實(shí)現(xiàn)微小型零件操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

用于微小型零件操作的微操作機(jī)構(gòu)一般是由提供驅(qū)動位移和驅(qū)動力的驅(qū)動器、運(yùn)動傳遞機(jī)構(gòu)和夾緊零件的鉗口組成。驅(qū)動器直接影響微操作機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸及性能，也間接地影響整體機(jī)械結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，以及實(shí)現(xiàn)其精確控制的難易程度?，F(xiàn)在微操作機(jī)構(gòu)較多地使用壓電陶瓷驅(qū)動器，可以明顯降低整體質(zhì)量和運(yùn)動慣量，壓電陶瓷具有剛度高的特點(diǎn)，利用壓電陶瓷驅(qū)動器驅(qū)動兩臂開合，可以有效改善運(yùn)動系統(tǒng)的靜動態(tài)特性。

目前，大部分文獻(xiàn)中所設(shè)計的微操作機(jī)構(gòu)為對稱式結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于可以實(shí)現(xiàn)位移的雙倍放大，可以滿足更大尺度零件夾持的需求。但是實(shí)際加工與安裝過程中會產(chǎn)生一定的誤差，使得兩側(cè)夾鉗不能實(shí)現(xiàn)完全對稱式的運(yùn)動。而且，部分存在的微操作機(jī)構(gòu)存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，效率低，位移放大倍數(shù)較小等缺點(diǎn)。因此，設(shè)計一種非對稱夾持，機(jī)構(gòu)簡單且具有較大位移放大倍數(shù)的柔性微操作機(jī)構(gòu)至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種壓電驅(qū)動式非對稱二級位移放大柔性微操作機(jī)構(gòu)，該微操作機(jī)構(gòu)制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，具有較大位移放大倍數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)非對稱夾持，二級位移放大的功能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種非對稱二級位移放大柔性微操作機(jī)構(gòu)，所述微操作機(jī)構(gòu)通過板材線切割一體成型，包括平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)、壓電陶瓷驅(qū)動器、SR位移放大機(jī)構(gòu)、基體和預(yù)緊螺栓，所述壓電陶瓷驅(qū)動器通過所述預(yù)緊螺栓安裝在所述基體中。

本操作機(jī)構(gòu)僅控制一個鉗口的運(yùn)動，另一個鉗口與基體連接固定不動，壓電陶瓷驅(qū)動器的輸出端通過柔性鉸鏈與SR位移放大機(jī)構(gòu)的輸入端相連，所述SR位移放大機(jī)構(gòu)通過柔性鉸鏈與基體連接，所述SR位移放大機(jī)構(gòu)的輸出端通過柔性鉸鏈與所述平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)輸入端連接，所述SR位移放大機(jī)構(gòu)設(shè)有一個縱向的桿件和一個L型桿件，所述SR位移放大機(jī)構(gòu)各桿件通過柔性鉸鏈鏈連接。所述平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸出端形成有與其垂直的連接梁，連接梁與鉗口通過柔性平行雙板機(jī)構(gòu)連接。

所述平行四邊形杠桿放大機(jī)構(gòu)、SR位移放大機(jī)構(gòu)、基體為一體成型的結(jié)構(gòu)。

所述SR位移放大機(jī)構(gòu)設(shè)有三個柔性鉸鏈。

進(jìn)一步的，所述柔性平行雙板機(jī)構(gòu)粘貼有金屬應(yīng)變片。

進(jìn)一步的，所述基體上設(shè)有定位孔。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1、本發(fā)明采用非對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計可以使微操作機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定夾持，克服對稱夾持中存在的夾持不同步和不穩(wěn)定缺點(diǎn)。