CN102485439A - 微感知夹持装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微感知夹持装置，其二夹持单元的至少其中之一包括一振荡装置，该振荡装置用以产生振荡，一控制单元连接该等夹持单元及一移动单元，用以控制该振荡装置产生振荡且监控该振荡装置的振荡的频率及/或振幅变化，以及依据该振荡频率及/或振幅的变化控制该移动单元移动该等夹持单元，以夹持、保持或放松一待夹持物件。藉此，可提高夹持的智能程度、克服待夹持物件的黏滞问题且达到精密控制取放、具有较高的实用性，且可避免造成待夹持物件损坏或脱离滑落的问题。

Description

微感知夹持装置

技术领域

本发明系关于一种夹持装置，详言之，系关于一种微感知夹持装置。

背景技术

在现有的精微夹具的领域中，皆采用半导体制造工艺所制作的微应变规夹持装置作为夹持结构，感知的能力来自于夹持的过程中应变规的变形侦测。然而，这种习知夹具的夹持原理在处理微米级的元件时有一个很难克服的缺点，很难避免微小元件之间的黏滞力，容易造成夹持放松的过程中，微米元件黏滞于夹臂上，造成夹持取放的困难。

以下为关于精微夹具的现有技术文献。

现有技术文献1(夹持装置，中国台湾专利公开第200923456号，鸿海精密工业股份有限公司)：

该专利揭示一种夹持装置，用于夹持具有一外圆周面的元件(如镜片)，当利用夹持装置对具有一外圆周面的元件进行夹持时，由于第一夹爪、第二夹爪及连接杆与元件之外圆周面形成三个不同的接触位置，故该夹持装置可显著提高其对元件进行夹持时的操作稳定性。

该专利所提出的夹持机构上并无整合力量感测器，因此无法得知并控制实际夹持时所施加的力量，在某些夹持应用中，可能会造成被夹持元件的变形。

现有技术文献2(具有一整合力量感测器的夹紧元件，中国台湾专利公告第I231244号，瑞士的艾斯克通商公司)：

该专利提出一种夹紧元件，能够在基板传送过程中探测出基板被挂住或卡住，而在基板受到损害的前停止传送装置。夹紧元件上的两个支腿分别带有用于夹紧基板的夹爪，这两个夹爪都各有一个夹板，能够相对于相应的支腿沿传送方向移动，而感测器检测第一夹板相对第一支腿的偏转，一旦所测的偏转超过一个预定临界值，夹紧元件就会张开。

该专利虽然可透过感测器监测夹持状态，但对于特定的被夹持元件，在夹爪放开时，元件可能会附着在夹板上，而必须透过外力才能让被夹持元件脱离夹板，此一现象在微米元件尤其明显。

现有技术文献3(微机电用夹爪构造，中国台湾专利公告第I254697号，国立高雄应用科技大学)：

该专利提出一种微机电用夹爪构造，由促动部输出抵推动力，并由抵推部带动侧臂部并进一步造成夹持部连动，以完成夹取动作。此一构造可简化操作夹取动作，免除传统额外的齿轮或凸轮等传动机构。

该专利所提出的夹爪构造虽可夹持微米元件，但夹爪构造中同样没有整合力量感测器，无法有效控制夹持力道，且亦没有对夹持微米元件所可能发生的黏滞问题提出解决办法。

现有技术文献4(一种压电式柔性驱动放大可调量程微夹持手，中国专利申请第01140450.7号，中国清华大学)：

该专利提出一种压电式柔性驱动放大可调量程微夹持手，克服已有技术的不足之处，采用压电驱动输出位移，利用柔性铰链新型机械增幅机构，按照杠杆原理对微位移进行定量放大，并使夹持范围可调。

该专利的提出的夹持构造中包括一尺寸预调机构，可对小尺寸范围内不同尺寸量级和形状的微器件进行操作，但夹爪构造中同样没有整合力量感测器，无法有效控制夹持力道。

现有技术文献5(静电力驱动的三臂微型夹持装置，中国专利申请第200510094988.3号，中国科学技术大学)：

该专利提出由夹持机构与高频驱动电源两部分组成的静电力驱动三臂微型夹持装置，三根相互平行的夹持臂分别设有电极且与高频驱动电源连通；高频驱动电源在一个周期内三路相继处于高电平，相位差120度，一个电压周期内三路中只有一路处于高电平。

该专利所提出的微型夹持装置虽实际测试可应用于50微米小球的夹持，但夹持臂本身仅具有张开/合拢的动作，无有有效控制夹持力道，有可能会造成被夹持工件的塑性变形。

现有技术文献6(大范围多尺度集成微力检测与无线反馈的双晶片微夹持器，中国专利申请第200810117811.4号，北京理工大学)：

该专利提出一种集成微力检测与无线反馈的微夹持器，该夹持器可夹持0.1mm以上的多尺度的零件，能满足微操作系统对微夹持器的定位精度要求，可检测微小的夹持力，并将检测信号用无线通讯接口传输到上位机，由上位机输出反馈控制信号，调节压电陶瓷双晶片的位移，保证能安全的夹紧零件。

该专利所提出的微夹持器可透过构造内的微力传感模块器监测夹持状态，能确保可靠夹持且不会因夹持作用力过大而破坏工件，但没有涉及夹持微米元件所可能发生的黏滞问题。

因此，实有必要提供一种创新且具进步性的微感知夹持装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种微感知夹持装置，包括：二夹持单元、一移动单元及一控制单元。该二夹持单元的至少其中之一包括一振荡装置，该振荡装置用以产生振荡。该移动单元连接该等夹持单元。该控制单元连接该等夹持单元及该移动单元，用以控制该振荡装置产生振荡且监控该振荡装置的振荡的频率及/或振幅变化，以及依据该振荡装置的振荡的频率及/或振幅变化控制该移动单元移动该等夹持单元，以夹持、保持或放松一待夹持物件。

在本发明的微感知夹持装置中，至少其中之一夹持单元具有一音叉元件，由于音叉元件具有感知功能，故本发明的微感知夹持装置不仅能夹取元件，并且能感知该等夹持单元是否有确实夹取到该待夹持物件，如此提高夹持的智能程度。并且，音叉元件可依据受到外力或变形而输出不同大小的信号，进而控制夹持力的大小，避免造成该待夹持物件因夹持力过大损坏或因夹持力不足造成脱离滑落的问题。

再者，本发明的微感知夹持装置利用加大音叉元件的振幅，使得该等夹持单元能顺利摆脱与该待夹持物件之间的表面黏滞力，使得该等夹持单元能顺利的进行夹取、放松该待夹持物件，完全克服该待夹持物件的夹持问题，且可达到精密控制取放的目标。

另外，本发明的微感知夹持装置相较于习知夹持装置需要透过其他影像或是导电电路检知装置而言，具有较高的实用性。

附图说明

图1显示本发明微感知夹持装置的示意图；

图2a至2c显示本发明三种具有不同末端形状的夹持臂的示意图；及

图3至图5显示本发明微感知夹持装置夹持、保持及放松一待夹持物件的动作示意图。

主要元件符号说明：

1本发明的微感知夹持装置

2夹持单元

3移动单元

4控制单元

5待夹持物件

21振荡装置

22夹持臂

211振荡源

212音叉元件

具体实施方式

图1显示本发明微感知夹持装置的示意图。本发明的微感知夹持装置1包括二夹持单元2、一移动单元3及一控制单元4。该二夹持单元2的至少其中之一包括一振荡装置21，该振荡装置21用以产生振荡。

在本实施例中，每一夹持单元2包括一个该振荡装置21，且每一夹持单元2另包括一夹持臂22。该等夹持臂22的末端可为一膨大部，例如球形或矩形(如图2a、2c所示)，或者，该等夹持臂22的末端可为一缩小部，例如尖锥形(如图2b所示)。

在本实施例中，每一振荡装置21系包括一振荡源211及一音叉元件212。该振荡源211可产生一固定频率的振荡，该音叉元件212依据该振荡源211固定频率的振荡而产生对应的振荡。

该振荡源211可为压电振荡元件。在本实施例中，该振荡源211系利用一频率信号产生器(图中未示)输出电子信号，并搭配一压电元件来产生物理振荡，但不以此为限。该振荡源211所输出的振荡频率可为该音叉元件212的共振频率。每一夹持单元2的夹持臂22连接该音叉元件212，且与该音叉元件212产生相应的振荡。

在本实施例中，该移动单元3系为线性移动装置。该移动单元3连接该等夹持单元2，用以移动该等夹持单元2，以调整该等音叉元件212间的距离，亦即调整该等夹持臂22间的距离。

该控制单元4连接该等夹持单元2及该移动单元3，用以控制该振荡装置21产生振荡且监控该振荡装置21的振荡的频率及/或振幅变化，以及依据该振荡装置21的振荡的频率及/或振幅变化控制该移动单元3移动该等夹持单元2，以夹持、保持或放松一待夹持物件5。

在本实施例中，该控制单元4连接该振荡源211及该音叉元件212，以控制该振荡源211的振荡频率、振幅，以及侦测该音叉元件212所对应产生的振荡频率、振幅，且对该振荡源211的振荡频率及该音叉元件212的对应振荡频率、振幅进行比对，以作为控制该移动单元3移动的参考。

当该等夹持单元2的夹持臂22与一待夹持物件5接触(若无夹持臂22，则由音叉元件212与该待夹持物件接触)时，接触该待夹持物件5的音叉元件212所产生的振荡频率与振幅即会改变，而该控制单元4即系藉由比对该振荡源211的振荡频率及该音叉元件212的振荡频率、振幅来判断该音叉元件212与该待夹持物件5之间的接触状态。

当音叉元件212受到的外力越强或变形越大时，音叉元件212的输出信号将会进而改变，因此可藉由音叉元件212输出的信号大小，进而控制夹持力的大小。例如，当音叉元件212与该待夹持物件5之间的接触力大小改变时，会影响音叉元件212的振荡频率、振幅，藉由观察音叉元件212输出的频率、振幅可达到控制音叉元件212的夹持力大小。当完成夹持并将该待夹持物件5移动至一预设位置后，加大振荡该等夹持臂22的振幅，克服该等夹持臂22与该待夹持物件5间的表面黏滞力，以放松该待夹持物件5。

藉此，本发明的微感知夹持装置1可夹持500μm以下的微小物件而不会有微元件夹持的黏滞问题。可理解的是，本发明的微感知夹持装置1亦可夹持500μm以上较大的物件。

请参考图3至图5，本发明的微感知夹持装置1的运作详细说明如下：

准备夹持：

在未接触该待夹持物件5之前，该等音叉元件212及该等夹持臂22系持续以一固定的振荡频率进行振荡，且该振荡频率并不会改变。该控制单元4控制该移动单元3的运动，以缩小该等夹持臂22间的夹持距离，至该等夹持臂22都接触到该待夹持物件5，同时随时监控该等音叉元件212的的振荡频率及/或振幅变化(即该等夹持臂22的振荡频率及/或振幅变化)。该等音叉元件212(即夹持臂22)的振荡使得该等音叉元件212(即夹持臂22)有感知能力。

可理解的是，在缩小该等夹持臂22间的夹持距离的动作中，可为同时移动二夹持臂22的方式，亦可为先移动一夹持臂22再移动另一夹持臂22的方式。

夹持并保持：

当该等夹持臂22都接触到该待夹持物件5之后，振荡频率及/或振幅产生变化，观察该等音叉元件212所输出的频率、振幅大小，并依据输出的频率、振幅调整该移动单元3移动该等夹持臂22的速度，且持续慢速收缩该等夹持臂22间的距离，直到夹持该待夹持物件5的夹持力达到一预定夹持保持力，此时，即完成该待夹持物件5的夹持动作。接着，搬运该待夹持物件5至一预设位置。其中，当夹持该待夹持物件5的夹持力达到该预定夹持保持力时，较佳地，该等音叉元件212及该等夹持臂22系停止振荡。

放松并振荡：

当该待夹持物件5搬运至一预设位置之后，该控制单元4控制该移动单元3放松该等夹持臂22的夹持力直到脱离该待夹持物件5的表面，同时该控制单元4控制该振荡源211加大振荡该等音叉元件212的振幅(亦即加大振荡该等夹持臂22的振幅)，如此可克服该等夹持臂22与该待夹持物件5间的表面黏滞力，以顺利放松该待夹持物件5。该等音叉元件212及该等夹持臂22在放松并振荡与准备夹持步骤中的振幅系为不同。

在本发明的微感知夹持装置1中，至少其中之一夹持单元2具有一音叉元件212，由于音叉元件212具有感知功能，故本发明的微感知夹持装置1不仅能夹取元件，并且能感知该等夹持单元2是否有确实夹取到该待夹持物件5，如此提高夹持的智能程度。

再者，本发明的微感知夹持装置1利用加大音叉元件212的振幅，使得该等夹持单元2能顺利摆脱与该待夹持物件5之间的表面黏滞力(尤其微米元件)，使得该等夹持单元2能顺利的进行夹取、放松该待夹持物件5，完全克服该待夹持物件5的夹持问题，且可达到精密控制取放的目标。

另外，本发明的微感知夹持装置1相较于习知夹持装置需要透过其他影像或是导电电路检知装置而言，具有较高的实用性。并且，当音叉元件212受到的外力越强或变形越大时，音叉元件212的输出信号将会进而改变，因此可藉由音叉元件212输出的信号大小，进而控制夹持力的大小，避免造成该待夹持物件5因夹持力过大损坏或因夹持力不足造成脱离滑落的问题。

上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，并非限制本发明。因此本领域的技术人员对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的权利要求范围。本发明的权利范围应如本发明权利要求所列范围。

Claims (9)

1.一种微感知夹持装置，其特征在于，所述的装置包括：

二夹持单元，所述的二夹持单元的至少其中之一包括一振荡装置，所述的振荡装置用以产生振荡；

一移动单元，连接所述的夹持单元；及

一控制单元，连接所述的夹持单元及所述的移动单元，用以控制所述的振荡装置产生振荡且监控所述的振荡装置的振荡的频率及/或振幅变化，以及依据所述的振荡装置的振荡的频率及/或振幅变化控制所述的移动单元移动所述的夹持单元，以夹持、保持或放松一待夹持物件。

2.如权利要求1所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的振荡装置系包括一振荡源及一音叉元件，所述的音叉元件连接所述的振荡源以产生振荡，所述的控制单元连接所述的振荡源及所述的音叉元件。

3.如权利要求2所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的振荡源系为压电振荡元件。

4.如权利要求1所述的微感知夹持装置，其特征在于，每一夹持单元包括一个所述的振荡装置。

5.如权利要求1所述的微感知夹持装置，其特征在于，每一夹持单元另包括一夹持臂。

6.如权利要求5所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的夹持臂的末端系为一膨大部。

7.如权利要求6所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的膨大部系为球形或矩形。

8.如权利要求5所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的夹持臂的末端系为一缩小部。

9.如权利要求8所述的微感知夹持装置，其特征在于，所述的缩小部系为尖锥形。

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