CN103056887B - 一种多指型微夹持器 - Google Patents

Abstract

一种多指型微夹持器，其包括平面梳齿静电驱动结构、竖直交错梳齿结构、末端夹持结构、辅助指结构，平面梳齿静电驱动结构包括平面静齿和平面动齿，在平面静齿和平面动齿上加载电压，在静电力作用下完成夹持；竖直交错梳齿结构实现释放辅助指结构的动作，在静电力作用下，通过一杠杆机构驱动辅助指结构摆动，完成辅助释放功能。本发明的多指型微夹持器加工在一片单晶硅上，集成化程度高，整体结构紧凑，将夹持和释放制作在一套机构上，可实现多种环境下的微小对象操作，尤其是微小对象的释放操作，拓宽了应用范围。

Description

一种多指型微夹持器

技术领域

本发明涉及一种微操作作业工具，尤其是涉及一种多指型的MEMS微夹持器。

背景技术

近年来，自然科学与工程技术发展的一个重要趋势是朝微型化迈进，尤其是随着微纳米技术和超大规模集成电路的迅猛发展，微型化的器件和产品受到了广泛关注。对于微小物体来说，对其加以操作要比直接观察它们复杂得多。由于尺度效应和表面效应，微观粘着力起主导作用，使得操作过程变得十分复杂，尤其是对释放操作影响最大，往往造成最终操作失败。

微机电系统（全文均简称MEMS）是指可批量制作、集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源等于一体的微系统。MEMS不仅可以降低系统成本，而且还可以完成许多传统的大尺寸机电系统所无法完成的任务，如微观对象灵活操作。微夹持器是MEMS的关键组成部分，是沟通宏观与微观世界的基本工具，在微机电系统的研究及微型产品的研制开发中发挥着重要的作用。

集成化的微操作作业系统，是人们深入探索微观世界不可缺少的重要工具，其中微操作手是微操作系统末端直接与操作对象作用的部件，要求其在操作过程中不能对操作对象造成损害，而且还必须具有克服微观粘着等因素影响的功能。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新型结构的多指型微夹持器，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成度高、结构紧凑、并且具有辅助释放功能的多指型微夹持器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多指型微夹持器，设于一硅基体上，所述多指型微夹持器包括静电驱动结构、末端夹持结构，所述多指型微夹持器还包括辅助指结构，所述静电驱动结构包括平面梳齿静电驱动结构及驱动辅助指结构动作的竖直交错梳齿结构，所述平面梳齿静电驱动结构包括第一静电驱动器及在第一静电驱动器的作用下做夹持或松开微小对象的两个夹持臂，所述竖直交错梳齿结构包括与辅助指结构连接的连接部及驱动辅助指结构摆动的第二静电驱动器。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述平面梳齿静电驱动结构包括均由第一静电驱动器控制的平面静齿及平面动齿，所述夹持臂位于平面动齿的末端。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述第一静电驱动器为两组分别控制两个夹持臂运动的平面电容。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述连接部为一杠杆结构，所述杠杆结构的末端设有所述的辅助指结构。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述辅助指结构与杠杆结构为一体式结构。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述杠杆结构支撑于硅基体上的一支撑梁结构上。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述竖直交错梳齿结构包括竖直静齿及竖直动齿，所述杠杆结构为竖直动齿的一部分或全部。

优选的，在上述多指型微夹持器中，所述第二静电驱动器为两组通过杠杆结构间接驱动辅助指结构运动的竖直交错电容。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例的多指型微夹持器加工在一片单晶硅上，集成化程度高，整体结构紧凑，将夹持和释放制作在一套机构上，可实现多种环境下的微小对象操作，尤其是微小对象的释放操作，拓宽了应用范围，此种结构的微夹持器在微尺度的对象操作应用中会越来越广泛。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）集成化程度高。

（2）多指型微夹持器加工在一片单晶硅上，整体结构紧凑。

（3）可实现微小对象的释放操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的有关本发明的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明多指型微夹持器的立体示意图。

其中：1、硅基体；  2、竖直交错电容；  3、支撑梁结构；  4、平面电容；  5、释放平面；  6、玻璃基底；  7、微小对象；  8、辅助指结构；  9、夹持臂。

具体实施方式

本发明公开了一种集成度高、结构紧凑、并且具有辅助释放功能的多指型微夹持器。

该多指型微夹持器，设于一硅基体上，所述多指型微夹持器包括静电驱动结构、末端夹持结构，所述多指型微夹持器还包括辅助指结构，所述静电驱动结构包括平面梳齿静电驱动结构及驱动辅助指结构动作的竖直交错梳齿结构，所述平面梳齿静电驱动结构包括第一静电驱动器及在第一静电驱动器的作用下做夹持或松开微小对象的两个夹持臂，所述竖直交错梳齿结构包括与辅助指结构连接的连接部及驱动辅助指结构摆动的第二静电驱动器。

进一步的，所述平面梳齿静电驱动结构包括均由第一静电驱动器控制的平面静齿及平面动齿，所述夹持臂位于平面动齿的末端。

进一步的，所述第一静电驱动器为两组分别控制两个夹持臂运动的平面电容。

进一步的，所述连接部为一杠杆结构，所述杠杆结构的末端设有所述的辅助指结构。

进一步的，所述辅助指结构与杠杆结构为一体式结构。

进一步的，所述杠杆结构支撑于硅基体上的一支撑梁结构上。

进一步的，所述竖直交错梳齿结构包括竖直静齿及竖直动齿，所述杠杆结构为竖直动齿的一部分或全部。

进一步的，所述第二静电驱动器为两组通过杠杆结构间接驱动辅助指结构运动的竖直交错电容。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明公开的多指型微夹持器设于一硅基体1上。该多指型微夹持器包括静电驱动结构、末端夹持结构、辅助指结构8。其中，静电驱动结构包括平面梳齿静电驱动结构及驱动辅助指结构8动作的竖直交错梳齿结构。平面梳齿静电驱动结构包括平面静齿和平面动齿，在平面静齿和平面动齿上加载电压，在静电力作用下完成夹持。竖直交错梳齿结构实现释放辅助指结构的动作，在静电力作用下，通过一杠杆机构驱动辅助指结构摆动，完成辅助释放功能。该多指型微夹持器为一种集成化的MEMS微夹持器，可用于微小对象的夹持操作，在该多指型微夹持器本体上集成辅助指结构8，实现微小对象的主动释放，可有效克服微观粘着力的束缚。

继续如图1所示，释放平面5是释放微小对象的目标平面，玻璃基底6实现硅基体1的支撑，同时起到动静梳齿的绝缘。本发明整体结构紧凑，加工在一片单晶硅上，通过硅玻璃键合，实现硅结构的支撑和绝缘。

继续如图1所示，平面梳齿静电驱动结构包括第一静电驱动器及在第一静电驱动器的作用下做夹持或松开微小对象的两个夹持臂，平面静齿及平面动齿均由第一静电驱动器控制，夹持臂位于平面动齿的末端。

在本发明实施例中，第一静电驱动器为两组分别控制两个夹持臂运动的平面电容4，平面电容4实现夹持臂9的张合动作，当然在其他实施方式中，可以替换成能达成同等功能的其他器件，在此，不再一一罗列。

竖直交错梳齿结构包括与辅助指结构连接的连接部及驱动辅助指结构摆动的第二静电驱动器。连接部即为上述的杠杆结构，杠杆结构的末端设有所述的辅助指结构。从本发明的图1中可以看出，辅助指结构8与杠杆结构为一体式结构，在其他的实施例中，可以将辅助指结构8独立设计，然后通过后续加工，安装到杠杆结构上。

竖直交错梳齿结构包括竖直静齿及竖直动齿。杠杆结构为竖直动齿的一部分或全部。

第二静电驱动器为两组通过杠杆结构间接驱动辅助指结构8运动的竖直交错电容。

如图1所示，硅基体1上设有一个支撑梁结构3，杠杆结构支撑于支撑梁结构3上。竖直交错电容2与支撑梁结构3两者结合，实现辅助指结构8沿着微小对象7释放方向摆动。

本发明硅基体1上通过MEMS体工艺及表面工艺加工出竖直交错电容2、平面电容4、夹持臂9、辅助指结构8、支撑梁结构3等，并与玻璃基底6键合。

本发明多指型微夹持器的工作原理是：夹持部分通过在平面梳齿静电驱动结构上加载电压，在静电力作用下夹持臂9向中心夹持，完成对微小对象7的操作；辅助释放部分通过竖直交错梳齿结构实现释放辅助指结构8的动作，在静电力作用下，通过杠杆机构驱动辅助指结构8摆动，完成辅助释放功能。支撑梁结构3将竖直动齿悬空，并起到支撑作用，在静电力消失后利用自身弹性将竖直动齿恢复到初始位置。

本发明实施例的多指型微夹持器加工在一片单晶硅上，集成化程度高，整体结构紧凑，将夹持和释放制作在一套机构上，可实现多种环境下的微小对象操作，尤其是微小对象的释放操作，拓宽了应用范围，此种结构的微夹持器在微尺度的对象操作应用中会越来越广泛。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）集成化程度高。

（2）多指型微夹持器加工在一片单晶硅上，整体结构紧凑。

（3）可实现微小对象的释放操作。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种多指型微夹持器，设于一硅基体上，所述多指型微夹持器包括静电驱动结构、末端夹持结构，其特征在于：所述多指型微夹持器还包括辅助指结构，所述静电驱动结构包括平面梳齿静电驱动结构及驱动辅助指结构动作的竖直交错梳齿结构，所述平面梳齿静电驱动结构包括第一静电驱动器及在第一静电驱动器的作用下做夹持或松开微小对象的两个夹持臂，所述平面梳齿静电驱动结构包括均由第一静电驱动器控制的平面静齿及平面动齿，所述夹持臂位于平面动齿的末端，所述竖直交错梳齿结构包括与辅助指结构连接的连接部及驱动辅助指结构摆动的第二静电驱动器，所述连接部为一杠杆结构，所述杠杆结构支撑于硅基体上的一支撑梁结构上，所述杠杆结构的末端设有所述的辅助指结构，所述第二静电驱动器为两组通过杠杆结构间接驱动辅助指结构上下运动的竖直交错电容。

2.根据权利要求1所述的多指型微夹持器，其特征在于：所述第一静电驱动器为两组分别控制两个夹持臂运动的平面电容。

3.根据权利要求1所述的多指型微夹持器，其特征在于：所述辅助指结构与杠杆结构为一体式结构。

4.根据权利要求1所述的多指型微夹持器，其特征在于：所述竖直交错梳齿结构包括竖直静齿及竖直动齿，所述杠杆结构为竖直动齿的一部分或全部。