CN103342331B - 一种硅微并联五杆机构 - Google Patents
一种硅微并联五杆机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103342331B CN103342331B CN201310244182.2A CN201310244182A CN103342331B CN 103342331 B CN103342331 B CN 103342331B CN 201310244182 A CN201310244182 A CN 201310244182A CN 103342331 B CN103342331 B CN 103342331B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- silicon
- microbot
- movable
- micro
- movable silicon
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 165
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 165
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 160
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 claims description 19
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 3
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000712 assembly Effects 0.000 abstract 3
- 238000000429 assembly Methods 0.000 abstract 3
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 abstract 1
- 150000003376 silicon Chemical class 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
本发明涉及一种采用硅微加工工艺制作的微并联五杆机构，由可以两两组成V梁型电热硅微致动器的硅微活动杆件(1)、(2)、(3)和(4)，以及柔性铰链(5)、锚点(6)、读数装置(7)组成。读数装置(7)用于硅微并联五杆机构不同位置的微位移的测量，锚点(6)用于外界控制电压的输入以及为活动构件提供支撑作用，各构件之间采用柔性铰链(5)连接，可以使运动传递时机构具有很好的灵活性。为了实现硅微并联五杆机构的运动，当在锚点(6)之间施加驱动电压时，由活动构件组成的各V型电热硅微致动器之间产生相对运动，从而使得该机构具有确定的运动形式。
Description
技术领域
本发明涉及一种硅微并联五杆机构，其活动硅微杆件采用硅微加工工艺，以多晶硅薄膜或者高深宽比的单晶硅等半导体材料制成，整个结构尺寸在微米到亚毫米之间。
背景技术
微电子机械系统Micro-electro-mechanical System, MEMS是以半导体为结构材料，以MEMS微加工工艺为技术为手段，将微机械致动器、微机械执行器以及传感、检测、信号处理等微电路集成在同一块芯片上，其特征尺寸一般在微米至亚毫米范围。MEMS技术是微电子学、微机械学、微尺度力学、微光学、材料学、物理学、化学及生物学等多学科交叉的新兴技术领域，在空间技术、国防、生物医学、信息技术、工业过程控制及其他新技术中有着广泛的应用前景。
通过文献资料查阅和已经公开专利检索，现有技术中对于宏观尺度的硅微机构研究较多，而以多晶硅薄膜或单晶硅制作的硅微并联五杆机构没有相关报道。此外，目前MEMS微机械机构有微致动器、微执行器微阀、微泵及各种微传感器机构，而采用V型梁电热硅微致动器作为驱动构件组成的硅微并联五杆机构未有出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种采用MEMS硅微加工工艺制作的一种硅微并联五杆机构，其活动硅微杆件可以是多晶硅薄膜，也可以是单晶硅等其他半导体材料。
为解决上述技术问题，本发明的制作的硅微并联五杆机构由兼作V型梁电热硅微致动器的活动硅微杆件和柔性铰链及锚点和读数装置组成。各活动硅微杆件之间是通过柔性铰链连接，而且活动硅微杆件与锚点之间也采用柔性铰链连接，读数装置用于该硅微并联五杆机构在不同位置的位移进行观察和测量用；该机构中的活动硅微杆件两两之间可以构成V型梁电热硅微致动器，并且为串接关系，当机构中两锚点之间通入驱动电压时，借助硅材料活动硅微杆件产生的热膨胀效应而产生致动力，从而使得构成V型梁电热硅微致动器的活动硅微杆件之间发生相对运动，可以实现硅微并联五杆机构的运动输出。
作为驱动装置的V型梁电热硅微致动器作为机构的动力源，具有分散动力的特性，通过改变施加在锚点上的驱动电压的频率和电压幅值，可改变机构输出运动的大小和运动的频率；通过改变各个构件的尺寸比例，可以实现不同的运动。
由于是V型梁电热硅微致动器兼作活动硅微杆件，并且动力分散，使得机构传递的运动具有较大的驱动力，并且机构运动灵活，通过施加在锚点上控制电压，可以控制该机构的运动。
构成硅微并联五杆机构的V型梁电热硅微致动器的第一活动硅微杆件和第二活动硅微杆件、第二活动硅微杆件和第三活动硅微杆件及第三活动硅微杆件和第四活动硅微杆件的两臂制作为等长。
构成硅微并联五杆机构的V型梁电热硅微致动器的第一活动硅微杆件和第二活动硅微杆件、第二活动硅微杆件和第三活动硅微杆件及第三活动硅微杆件和第四活动硅微杆件的两臂制作为不等长。
此硅微并联五杆机构上不同位置设计有读数标尺，可以定量测得机构不同位置的位移输出数值的大小，从而在机构执行运动的时候便于控制和检测。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是对本发明的一种实施方式结构图。
具体实施方法
图1所示的硅微并联五杆机构，由兼作V型梁电热硅微致动器的第一活动硅微杆件1、第二活动硅微杆件2、第三活动硅微杆件3、第四活动硅微杆件4组成，第一活动硅微杆件1和第二活动硅微杆件2之间、第二活动硅微杆件2和第三活动硅微杆件3之间及第三活动硅微杆件3和第四活动硅微杆件4之间两两组成了V型梁电热硅微致动器，并且各V型梁电热硅微致动器之间为串接关系。活动硅微杆件之间及与锚点6之间是采用了柔性铰链5连接，共同组成了硅微并联五杆机构。读数装置7用于硅微并联五杆机构在不同位置时微位移的测量，锚点6用于外界控制电压的输入和悬浮活动硅微杆件的支撑作用。
该硅微并联五杆机构的第一活动硅微杆件1、第二活动硅微杆件2、第三活动硅微杆件3、第四活动硅微杆件4类似于V型电热硅微致动器的V型梁，两两组成V型电热硅微致器，两锚点之间的距离相当于第五杆（机架杆）。当在锚点施加驱动电压时，机构中的V型电热硅微致动器相当于原动件，符合机构自由度与约束的要求，该机构活动硅微杆件上可产生响应，输出运动。通过分析其运动特性和理论计算，可确定其确定的运动状况。
为了实现该硅微并联五杆机构的驱动，机构中的第一活动硅微杆件1的一端和第二活动硅微杆件2的一端、第二活动硅微杆件2的另一端和第三活动硅微杆件3一端、第三活动硅微杆件3另一端和第四活动硅微杆件4一端、第一活动硅微杆件1的另一端和一个锚点6、第四活动硅微杆件4的另一端和另一个锚点6均通过柔性铰链5相互连接。当两个锚点之间通入驱动电压时，由于V型电热硅微致动器的热膨胀作用而使机构产生驱动力，从而输出运动。各个活动硅微杆件之间采用硅微柔性铰链连接便于运动的传递，当改变组成硅微并联五杆机构各活动硅微杆件的长度尺寸包括两个锚点6之间的距离时，可改变机构的运动输出。该硅微并联五杆机构上的读数装置是为了便于观察和测量机构不同位置上的位移输出而设计的。
本发明不局限于上述具体实施方式，只要硅微并联五杆机构采用活动硅微杆件组成相当于V型电热硅微致动器的五杆机构，不论是驱动装置如何组合，活动硅微杆件采用不同的截面形状、构件之间不同的尺寸关系，均落在本发明的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种硅微并联五杆机构，包括第一活动硅微杆件（1）、第二活动硅微杆件（2）、第三活动硅微杆件（3）、第四活动硅微杆件（4），以及柔性铰链（5）、锚点（6）和读数装置（7），整体机构采用硅微加工工艺制作而成，其特征在于：所述的硅微并联五杆机构的第一活动硅微杆件（1）和第二活动硅微杆件（2）之间、第二活动硅微杆件（2）和第三活动硅微杆件（3）之间及第三活动硅微杆件（3）和第四活动硅微杆件（4）之间分别组成了电热硅微致动器，两锚点（6）之间的距离相当于第五杆，当在锚点（6）之间施加驱动电压时，第一活动硅微杆件（1）、第二活动硅微杆件（2）、第三活动硅微杆件（3）、第四活动硅微杆件（4）之间相当于电热驱动元件两两串接，整个机构符合自由度与约束的要求，从而该机构产生响应，输出运动；
第一活动硅微杆件（1）的一端和第二活动硅微杆件（2）的一端、第二活动硅微杆件（2）的另一端和第三活动硅微杆件（3）一端、第三活动硅微杆件（3）另一端和第四活动硅微杆件（4）一端、第一活动硅微杆件（1）的另一端和一个锚点（6）、第四活动硅微杆件（4）的另一端和另一个锚点（6）均通过柔性铰链（5）相互连接；读数装置（7）用于硅微并联五杆机构在不同位置时微位移的测量；锚点（6）用于外界控制电压的输入和悬浮活动硅微杆件的支撑作用；各个活动硅微杆件之间采用硅微柔性铰链连接便于运动的传递，当改变组成硅微并联五杆机构各活动硅微杆件的长度尺寸包括两个锚点（6）之间的距离时，可改变机构的运动输出。
2.如权利要求1所述的硅微并联五杆机构，其特征在于：组成硅微并联五杆机构的第一活动硅微杆件（1）和第二活动硅微杆件（2）、第二活动硅微杆件（2）和第三活动硅微杆件（3）及第三活动硅微杆件（3）和第四活动硅微杆件（4）之间构成了V型梁电热硅微致动器。
3.如权利要求2所述的硅微并联五杆机构，其特征在于：构成硅微并联五杆机构的V型梁电热硅微致动器的第一活动硅微杆件（1）和第二活动硅微杆件（2）、第二活动硅微杆件（2）和第三活动硅微杆件（3）及第三活动硅微杆件（3）和第四活动硅微杆件（4）的两臂制作为等长。
4.如权利要求2所述的硅微并联五杆机构，其特征在于：构成硅微并联五杆机构的V型梁电热硅微致动器的第一活动硅微杆件（1）和第二活动硅微杆件（2）、第二活动硅微杆件（2）和第三活动硅微杆件（3）及第三活动硅微杆件（3）和第四活动硅微杆件（4）的两臂制作为不等长。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310244182.2A CN103342331B (zh) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 一种硅微并联五杆机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201310244182.2A CN103342331B (zh) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 一种硅微并联五杆机构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103342331A CN103342331A (zh) | 2013-10-09 |
| CN103342331B true CN103342331B (zh) | 2017-02-08 |
Family
ID=49277174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201310244182.2A Expired - Fee Related CN103342331B (zh) | 2013-06-20 | 2013-06-20 | 一种硅微并联五杆机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103342331B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104538544B (zh) * | 2015-01-15 | 2017-03-01 | 中国科学技术大学 | 一种电热致动器及其形成方法 |
| CN107628587B (zh) * | 2017-09-21 | 2019-07-23 | 中国传媒大学 | 一种多级电热驱动mems执行器及其制造方法 |
| CN111486207A (zh) * | 2020-04-26 | 2020-08-04 | 兰州城市学院 | 一种硅微六杆增力机构 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1733592A (zh) * | 2004-08-12 | 2006-02-15 | 大连理工大学 | 一种柔性电热驱动微夹钳 |
| CN101269489A (zh) * | 2008-04-22 | 2008-09-24 | 大连理工大学 | 一种柔性结构电热驱动镍微夹钳 |
| CN101286714A (zh) * | 2008-05-22 | 2008-10-15 | 上海交通大学 | V型梁复合材料电热微驱动器 |
| CN101693366A (zh) * | 2009-06-11 | 2010-04-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种五自由度并联机器人机构 |
| JP4451736B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2010-04-14 | シャープ株式会社 | マイクロ共振装置、マイクロフィルタ装置、マイクロ発振器および無線通信機器 |
| CN101717063A (zh) * | 2009-11-19 | 2010-06-02 | 大连理工大学 | 一种拓扑优化柔性微夹钳 |
| CN202241279U (zh) * | 2011-09-22 | 2012-05-30 | 广西大学 | 一种含5r闭环子链的两自由度并联机构 |
| CN102882307A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-16 | 上海大学 | 基于凸轮机构的可调输出位移的直线微马达 |
-
2013
- 2013-06-20 CN CN201310244182.2A patent/CN103342331B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4451736B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2010-04-14 | シャープ株式会社 | マイクロ共振装置、マイクロフィルタ装置、マイクロ発振器および無線通信機器 |
| CN1733592A (zh) * | 2004-08-12 | 2006-02-15 | 大连理工大学 | 一种柔性电热驱动微夹钳 |
| CN101269489A (zh) * | 2008-04-22 | 2008-09-24 | 大连理工大学 | 一种柔性结构电热驱动镍微夹钳 |
| CN101286714A (zh) * | 2008-05-22 | 2008-10-15 | 上海交通大学 | V型梁复合材料电热微驱动器 |
| CN101693366A (zh) * | 2009-06-11 | 2010-04-14 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种五自由度并联机器人机构 |
| CN101717063A (zh) * | 2009-11-19 | 2010-06-02 | 大连理工大学 | 一种拓扑优化柔性微夹钳 |
| CN202241279U (zh) * | 2011-09-22 | 2012-05-30 | 广西大学 | 一种含5r闭环子链的两自由度并联机构 |
| CN102882307A (zh) * | 2012-09-06 | 2013-01-16 | 上海大学 | 基于凸轮机构的可调输出位移的直线微马达 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103342331A (zh) | 2013-10-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | A review on actuation and sensing techniques for MEMS-based microgrippers | |
| Iqbal et al. | A review on MEMS based micro displacement amplification mechanisms | |
| Cragun et al. | Linear thermomechanical microactuators | |
| Wang et al. | Design of a piezoelectric-actuated microgripper with a three-stage flexure-based amplification | |
| Xu | Design, fabrication, and testing of an MEMS microgripper with dual-axis force sensor | |
| Bell et al. | MEMS actuators and sensors: observations on their performance and selection for purpose | |
| Jia et al. | MEMS microgripper actuators and sensors: The state-of-the-art survey | |
| Kyung et al. | Design of a microgripper for micromanipulation of microcomponents using SMA wires and flexible hinges | |
| Sahu et al. | Emerging challenges of microactuators for nanoscale positioning, assembly, and manipulation | |
| Abadie et al. | Modeling and experimentation of a passive low frequency nanoforce sensor based on diamagnetic levitation | |
| Cappelleri et al. | A two dimensional vision-based force sensor for microrobotic applications | |
| Ananthasuresh et al. | Mechanical design of compliant microsystems—a perspective and prospects | |
| CN103342331B (zh) | 一种硅微并联五杆机构 | |
| Yang et al. | Design and development of a dual-axis force sensing MEMS microgripper | |
| Messenger et al. | Piezoresistive feedback control of a MEMS thermal actuator | |
| Li et al. | A parasitic type piezoelectric actuator with the asymmetrical trapezoid flexure mechanism | |
| Masood et al. | Design, closed-form modeling and analysis of SU-8 based electrothermal microgripper for biomedical applications | |
| Saba et al. | Design and analysis of four-jaws microgripper with integrated thermal actuator and force sensor for biomedical applications | |
| Iqbal et al. | Design and analysis of novel micro displacement amplification mechanism actuated by chevron shaped thermal actuators | |
| Zhao et al. | A novel magnetic actuated bistable acceleration switch with low contact resistance | |
| Jiang et al. | A cost effective multi-axis force sensor for large scale measurement: Design, modeling, and simulation | |
| Chen et al. | A novel flexure-based uniaxial force sensor with large range and high resolution | |
| CN203498070U (zh) | 一种硅微并联五杆机构 | |
| CN203498069U (zh) | 一种制作在半导体芯片上的硅微平面柔性连杆机构 | |
| Vitellaro et al. | A compliant MEMS device for out-of-plane displacements with thermo-electric actuation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181030 Address after: 450000 7, B District, 7 Dong Qing Street, Zhengzhou high tech Industrial Development Zone, Henan Patentee after: ZHENGZHOU ZHUOCHUANG INCUBATION TECHNOLOGY SERVICE Co.,Ltd. Address before: 450007 Henan University of Technology, 195 Zhongyuan West Road, Zhengzhou, Henan Patentee before: He'nan University of Technology |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20181218 Address after: Room 706, No. 7 B Dongqing Street, Zhengzhou High-tech Industrial Development Zone, Henan Province Patentee after: ZHENGZHOU YUNTU XINGCHUANG AGRICULTURAL TECHNOLOGY SERVICE Co.,Ltd. Address before: 450000 7, B District, 7 Dong Qing Street, Zhengzhou high tech Industrial Development Zone, Henan Patentee before: ZHENGZHOU ZHUOCHUANG INCUBATION TECHNOLOGY SERVICE Co.,Ltd. |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210806 Address after: 201400 floor 1-2, No.7 Lane 1088, Mingcheng Road, Fengxian District, Shanghai Patentee after: Jinhongyu (Shanghai) Technology Co.,Ltd. Address before: Room 706, No. 7 B Dongqing Street, Zhengzhou High-tech Industrial Development Zone, Henan Province Patentee before: ZHENGZHOU YUNTU XINGCHUANG AGRICULTURAL TECHNOLOGY SERVICE Co.,Ltd. |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170208 |