CN102198656B - 一种可限位锁止的静电驱动微夹持器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可限位锁止的静电驱动微夹持器，用于微操作系统、微小机器人、微装配、微焊接以及微小物体的搬迁操作，属于微机电系统领域。为克服现有技术中静电驱动微夹持器存在不带限位锁止功能、不能离线工作等缺点，本发明提出的可限位锁止的静电驱动微夹持器，在微夹持器的活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作，当微夹持器完成加持动作时，进行限位锁止，如此以来，静电驱动微夹持器可以停电离线工作，可长时间夹持物体。

Description

一种可限位锁止的静电驱动微夹持器
所属领域：
本发明涉及一种可限位锁止的静电驱动微夹持器，用于微操作系统、微小机器人、微装配、微焊接以及微小物体的搬迁操作，属于微机电系统领域。
背景技术：
微机电系统(MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。微夹持器是微机电系统的关键组成部分，是沟通宏观与微观世界的基本工具。在精密仪器、生物医学、航空航天及军事领域都有着广泛的应用前景。微夹持器按照驱动方式划分可分为压电驱动、热驱动、静电驱动等类型。
静电驱动微夹持器具有制作工艺与IC工艺兼容、易实现小型化和和集成化、响应速度快、控制方便、结构简单等优点，因此在微机电系统领域得到广泛应用。在申请号为201110081376.6的专利文献“基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器”中，提出了一种采用静电弧形梳齿驱动的微夹持器，在微夹持器的活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作。这种静电微夹持器在夹持物体时，需要持续不断地对微夹持器供电。在一些长时间需要夹持操作的场合，这种静电微夹持器不带限位锁止功能，不能停电离线工作，同时还会因长时间持续不断地供电工作，导致静电微夹持器发热，甚至导致静电微夹持器失效。
发明内容：
本发明的目的是：为克服现有技术中静电驱动微夹持器存在不带限位锁止功能、不能离线工作等缺点，本发明提出了一种可限位锁止的静电驱动微夹持器，在微夹持器的活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作，当微夹持器完成加持动作时，进行限位锁止，如此以来，静电驱动微夹持器可以停电离线工作，可长时间夹持物体。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：参见图1，一种可限位锁止的静电驱动微夹持器，包括左夹持臂部件1和右夹持臂部件21；左夹持臂部件1包括张开驱动弧形固定梳齿组件I 2、闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述驱动弧形固定梳齿组件I 2包括一组固定在梁I 5上的弧形固定梳齿I 6，梁I 5两端固定在锚点I 4上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3包括一组固定在梁II 13上的弧形固定梳齿II11，梁II 13两端固定在锚点II 12上；两组弧形活动梳齿I 7分别与弧形固定梳齿I 6和弧形固定梳齿II 11构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿I 7位于夹持臂I 9上，夹持臂I 9一端固定在锚点III8上，另一端连接夹持臂端I 10，共同构成所述的活动夹持臂组件；所述夹持臂I 9上有一与其垂直的限位锁止棘轮I 14，一个限位锁止棘齿I 15与之相配，限位锁止棘齿I 15的另一端固定在锚点IV16上，限位锁止组件驱动电极I 17驱动限位锁止棘齿I 15产生离开限位锁止棘轮I 14的运动；
右夹持臀部件21和左夹持臂部件1为对称结构，右夹持臂部件21包括张开驱动弧形固定梳齿组件II 22、闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述驱动弧形固定梳齿组件II 22包括一组固定在梁III25上的弧形固定梳齿III26，梁III25两端固定在锚点V24上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23包括一组固定在梁IV33上的弧形固定梳齿组件IV31，梁IV33两端固定在锚点VI32上；两组弧形活动梳齿II 27分别与弧形固定梳齿III26和弧形固定梳齿IV31构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II 27位于夹持臂II 29上，夹持臂II 29一端固定在锚点VII28上，另一端连接夹持臂端II 30，共同构成所述的活动夹持臂组件；所述夹持臂II 29上有一与其垂直的限位锁止棘轮II 34，一个限位锁止棘齿II 35与之相配，限位锁止棘齿II 35的另一端固定在锚点VIIII36上，限位锁止组件驱动电极II 37驱动限位锁止棘齿II 35产生离开限位锁止棘轮II 34的运动；
左夹持臂部件1上的夹持臂端I 10和右夹持臂部件21的夹持臂端II 30构成一个可以开合的夹持臂。
为了增大微夹持器与微小物体之间的接触面积，夹持臂端II 30和夹持臂端I 10的相向内侧均为锯齿形。
本发明的有益效果是：当微夹持器完成加持动作时，进行限位锁止，如此以来，静电驱动微夹持器可以停电离线工作，可长时间夹持物体。
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
附图说明
图1用本发明提出的一种可限位锁止的静电驱动微夹持器结构示意图；
图中，1-左夹持臂部件，2-张开驱动弧形固定梳齿组件I，3-闭合驱动弧形固定梳齿组件I，4-锚点I，5-梁I，6-弧形固定梳齿I，7-弧形活动梳齿I，8-锚点III，9-夹持臂I，10-夹持臂端I，11-弧形固定梳齿II，12-锚点II，13-梁II，14-限位锁止棘轮I，15-限位锁止棘齿I，16-锚点IV，17-限位锁止组件驱动电极I，21-右夹持臂部件，22-张开驱动弧形固定梳齿组件II，23-闭合驱动弧形固定梳齿组件II，24-锚点V，25-梁III，26-弧形固定梳齿III，27-弧形活动梳齿II，28-锚点VII，29-夹持臂II，30-夹持臂端II，31-弧形固定梳齿组件IV，32-锚点VI，33-梁IV，34-限位锁止棘轮II，35-限位锁止棘齿II，36-锚点VIII，37-限位锁止组件驱动电极II。
具体实施方式：
参阅图1，本实施例中的可限位锁止的静电驱动微夹持器，包括左夹持臂部件1和右夹持臂部件21；左夹持臂部件1包括张开驱动弧形固定梳齿组件I 2、闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述驱动弧形固定梳齿组件I 2包括一组固定在梁I 5上的弧形固定梳齿I 6，梁I 5两端固定在锚点I 4上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3包括一组固定在梁II 13上的弧形固定梳齿II 11，梁II 13两端固定在锚点II 12上；两组弧形活动梳齿I 7分别与弧形固定梳齿I 6和弧形固定梳齿II11构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿I 7位于夹持臂I 9上，夹持臂I 9一端固定在锚点III8上，另一端连接夹持臂端I 10；所述限位锁止组件包括位于夹持臂I 9上的限位锁止棘轮I 14、一端固定在锚点IV16上的限位锁止棘齿I 15和限位锁止组件驱动电极I 17。
右夹持臂部件21和左夹持臂部件1为对称结构，右夹持臂部件21包括张开驱动弧形固定梳齿组件II 22、闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述驱动弧形固定梳齿组件II22包括一组固定在梁III25上的弧形固定梳齿III26，梁III25两端固定在锚点V24上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23包括一组固定在梁IV33上的弧形固定梳齿组件IV31，梁IV33两端固定在锚点VI32上；两组弧形活动梳齿II 27分别与弧形固定梳齿III26和弧形固定梳齿IV31构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II 27位于夹持臂II 29上，夹持臂II 29一端固定在锚点VII28上，另一端连接夹持臂端II 30；所述限位锁止组件包括位于夹持臂II 29上的限位锁止棘轮II 34、一端固定在锚点VIII36上的限位锁止棘齿II 35和限位锁止组件驱动电极II37。
左夹持臂部件1上的夹持臂端I 10和右夹持臂部件21的夹持臂端II 30构成一个可以开合的夹持臂。
为了增大微夹持器与微小物体之间的接触面积，夹持臂端II 30和夹持臂端I 10的相向内侧均为锯齿形。
当本实施例中的可限位锁止的静电驱动微夹持器进行夹持物体时，左夹持臂部件1和右夹持臂部件21均相向闭合。将锚点IV16接地，限位锁止组件驱动电极I 17施加电压，在限位锁止组件驱动电极I 17的静电驱动力作用下，限位锁止棘齿I 15向靠近限位锁止组件驱动电极I 17的方向运动；将锚点I 4和锚点III8接地，锚点II 12施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿I 7和弧形活动梳齿II 11的静电驱动力作用下，左夹持臂部件1向内闭合；将锚点VIII36接地，限位锁止组件驱动电极II 37施加电压，在限位锁止组件驱动电极II 37的静电驱动力作用下，限位锁止棘齿II 35向靠近限位锁止组件驱动电极II 37的方向运动；将锚点V 24和锚点VII28接地，锚点VI32施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿II 27和弧形活动梳齿IV31的静电驱动力作用下，右夹持臂部件21向内闭合；当微夹持器完成加持动作时，将限位锁止组件驱动电极I 17和限位锁止组件驱动电极II 37接地，限位锁止棘齿I 15和限位锁止棘齿II 35分别与限位锁止棘轮I 14和限位锁止棘轮II 34进行限位锁止，如此以来，可以撤去施加在锚点II 12和锚点VI32上的电压，即静电驱动微夹持器可以停电离线工作，可长时间夹持物体。
此外还可以单独控制其中一个夹持臂部件的闭合运动，另一个夹持臂部件保持不动。
在微夹持器的弧形活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作，当微夹持器完成加持动作时，进行限位锁止，如此以来，静电驱动微夹持器可以停电离线工作，可长时间夹持物体。

Claims (2)

1.一种可限位锁止的静电驱动微夹持器，包括左夹持臂部件(1)和右夹持臂部件(21)；左夹持臂部件(1)包括张开驱动弧形固定梳齿组件I(2)、闭合驱动弧形固定梳齿组件I(3)、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述张开驱动弧形固定梳齿组件I(2)包括一组固定在梁I(5)上的弧形固定梳齿I(6)，梁I(5)两端固定在锚点I(4)上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I(3)包括一组固定在梁II(13)上的弧形固定梳齿II(11)，梁II(13)两端固定在锚点II(12)上；两组弧形活动梳齿I(7)分别与弧形固定梳齿I(6)和弧形固定梳齿II(11)构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿I(7)位于夹持臂I(9)上，夹持臂I(9)一端固定在锚点III(8)上，另一端连接夹持臂端I(10)，共同构成所述的活动夹持臂组件；所述夹持臂I(9)上有一与其垂直的限位锁止棘轮I(14)，一个限位锁止棘齿I(15)与之相配，限位锁止棘齿I(15)的另一端固定在锚点IV(16)上，限位锁止组件驱动电极I(17)驱动限位锁止棘齿I(15)产生离开限位锁止棘轮I(14)的运动；
右夹持臂部件(21)和左夹持臂部件(1)为对称结构，右夹持臂部件(21)包括张开驱动弧形固定梳齿组件II(22)、闭合驱动弧形固定梳齿组件II(23)、活动夹持臂组件和限位锁止组件；所述张开驱动弧形固定梳齿组件II(22)包括一组固定在梁III(25)上的弧形固定梳齿III(26)，梁III(25)两端固定在锚点V(24)上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件II(23)包括一组固定在梁IV(33)上的弧形固定梳齿组件IV(31)，梁IV(33)两端固定在锚点VI(32)上；两组弧形活动梳齿II(27)分别与弧形固定梳齿III(26)和弧形固定梳齿IV(31)构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II(27)位于夹持臂II(29)上，夹持臂II(29)一端固定在锚点VII(28)上，另一端连接夹持臂端II(30)，共同构成所述的活动夹持臂组件；所述夹持臂II(29)上有一与其垂直的限位锁止棘轮II(34)，一个限位锁止棘齿II(35)与之相配，限位锁止棘齿II(35)的另一端固定在锚点VIII(36)上，限位锁止组件驱动电极II(37)驱动限位锁止棘齿II(35)产生离开限位锁止棘轮II(34)的运动；
左夹持臂部件(1)上的夹持臂端I(10)和右夹持臂部件(21)的夹持臂端II(30)构成一个可以开合的夹持臂。
2.一种如权利要求1所述的可限位锁止的静电驱动微夹持器，其特征在于：所述夹持臂端II(30)和夹持臂端I(10)的相向内侧均为锯齿形。
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