CN103770123B - 一种光驱动的微夹钳装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镧改性锆钛酸铅陶瓷双晶片驱动的微夹钳装置，包括基座、紫外通光孔、PLZT双晶片、一级放大机构、二级放大机构和夹持臂。PLZT双晶片一端与基座底端固连，另一端与一级放大机构固连，一级放大机构通过柔性铰链与基座侧壁固连，输出端与二级放大机构连接，二级放大机构以夹持臂为输出端。当PLZT双晶片上方受到紫外光照射时，PLZT双晶片会向下发生弯曲，经过一级放大机构传递分解和二级放大机构放大后，驱动夹持臂实现夹持动作；当PLZT双晶片下方受到紫外光源照射时，PLZT双晶片向上弯曲，实现夹持臂张开。本发明的光驱动微夹钳装置结构简单紧凑,可以实现光控非接触式控制，易于控制微夹钳的夹持和张开。
Description
技术领域
本发明涉及一种微夹钳装置，特别是一种镧改性锆钛酸铅（PLZT）陶瓷双晶片驱动的微夹钳装置。
背景技术
随着科学研究对象向微小、超精密领域的方向的发展，机器人所要操作的对象也从宏观领域扩展到亚微米、纳米级的微观领域。微夹钳作为一种典型的微执行器，在微机械零件加工、微装配和生物工程等方面都有较广泛的应用。对于静电驱动、压电驱动、电热驱动和电磁驱动往往需要导线连接，易受到电磁干扰；液体粘附微夹持器对零件的形状要求严格，不能适用于所有的零件。而且微小零件容易受到静电吸引、电磁干扰和热损坏等影响，急需一种易于控制且不易受干扰的非接触式微夹钳装置。但是现有技术中尚无相关描述。
发明内容
本发明的目的在于提供一种光驱动的微夹钳装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种光驱动的微夹钳装置，包括基座、第一紫外通光孔、PLZT双晶片、一级放大机构、二级放大机构、夹持臂、第二紫外通光孔，所述基座为“U”形结构，基座的侧壁与底部之间夹角为90°，基座的一个侧壁开有第一紫外通光孔，基座的另一个侧壁开有第二紫外通光孔，第一紫外通光孔与第二紫外通光孔相对设置，二者之间设置PLZT双晶片，该PLZT双晶片与基座的底部相固连，基座的两个侧壁之间设置一级放大机构，该一级放大机构包括主臂和副臂，主臂长度大于副臂的长度，主臂与基座的一个侧壁相固连，副臂与基座的另一个侧壁相固连，所述主臂上设置第一支点，主臂通过该支点与基座的侧壁相固连，该支点将主臂分为主臂输入臂和主臂输出臂，其中主臂输入臂与PLZT双晶片相固连，主臂输出臂通过第一连接臂与副臂的一端相连，副臂上设置第二支点，副臂通过第二支点与基座的侧壁相固连，第二支点将副臂分为副臂输入臂和副臂输出臂，其中与第一连接臂连接的一端为副臂输入臂，基座两个侧壁的顶端均设置二级放大机构，每个二级放大机构的另一端均设置夹持臂，其中主臂输出臂通过第二连接臂与一个二级放大机构相连，副臂输出臂通过第三连接臂与另一个二级放大机构相连，两个二级放大机构关于“U”形基座的中心线对称。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明的光驱动的微夹钳装置利用光电陶瓷的光致形变效应，使光能直接转化为机械能，取消了中间机械传动环节，使结构简单紧凑。同时，该装置的驱动源为紫外光，可实现光控非接触式操作，避免了电磁噪声干扰和对操作对象的影响。利用PLZT双晶片的快速响应速度，便于控制夹持臂的夹持与放开动作。适用于无线连接的微装配和微操作以及非接触式远程光控领域，尤其适用于易受电磁干扰的微夹钳装配操作场合。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为光驱动的微夹钳装置立体示意图。
图2为一级放大机构内部示意图。
图3为光驱动的微夹钳装置平面示意图。
图中标号所代表的含义为：1.基座，2.第一紫外通光孔，3.PLZT双晶片，4.一级放大机构，5.二级放大机构，6.夹持臂，7.第二紫外通光孔，4-1.第一支点，4-2.第一连接臂，4-3.第二支点，4-4.第二连接臂，4-5.第三连接臂。
具体实施方式
本发明的一种光驱动的微夹钳装置，包括基座1、第一紫外通光孔2、PLZT双晶片3、一级放大机构4、二级放大机构5、夹持臂6、第二紫外通光孔7，所述基座1为“U”形结构，基座1的侧壁与底部之间夹角为90°，基座1的一个侧壁开有第一紫外通光孔2，基座1的另一个侧壁开有第二紫外通光孔7，第一紫外通光孔2与第二紫外通光孔7相对设置，二者之间设置PLZT双晶片3，该PLZT双晶片3与基座1的底部相固连，基座1的两个侧壁之间设置一级放大机构4，该一级放大机构4包括主臂和副臂，主臂长度大于副臂的长度，主臂与基座1的一个侧壁相固连，副臂与基座1的另一个侧壁相固连，所述主臂上设置第一支点4-1，主臂通过该支点与基座1的侧壁相固连，该支点将主臂分为主臂输入臂和主臂输出臂，其中主臂输入臂与PLZT双晶片3相固连，主臂输出臂通过第一连接臂4-2与副臂的一端相连，副臂上设置第二支点4-3，副臂通过第二支点4-3与基座1的侧壁相固连，第二支点4-3将副臂分为副臂输入臂和副臂输出臂，其中与第一连接臂4-2连接的一端为副臂输入臂，基座1两个侧壁的顶端均设置二级放大机构5，每个二级放大机构5的另一端均设置夹持臂6，其中主臂输出臂通过第二连接臂4-4与一个二级放大机构相连，副臂输出臂通过第三连接臂4-5与另一个二级放大机构相连，两个二级放大机构关于“U”形基座的中心线对称。
第一支点4-1与第一连接臂4-2之间为主臂第二输出臂，其长度为d2，主臂输出臂的长度为d1，副臂输入臂的长度为d3，副臂输出臂的长度为d4，一级放大机构4中各臂的长度满足
一级放大机构4、二级放大机构5和夹持臂6的材料均为铍青铜。
第一支点4-1和第二支点4-3为柔性铰链。
基座1与二级放大机构5之间通过柔性铰链连接。
下面进行更详细的描述：
结合图1，本发明的一种光驱动的微夹钳装置，包括基座1、第一紫外通光孔2、一级放大机构4、二级放大机构5、夹持臂6和第二紫外通光孔7等。
在PLZT双晶片3上下方基座1的侧壁上开有紫外通光孔2和紫外通光孔7，PLZT双晶片3一端固定在基座1的底部上，形成悬臂梁结构，PLZT双晶片3另一端与一级放大机构4的主臂输入端固连，一级放大机构4的主臂和副臂分别通过柔性铰链与基座1的侧壁固连，一级放大机构4的输出端通过柔性铰链与二级放大机构5的输入端连接，二级放大机构5一端与基座1的侧壁顶端连接，以夹持臂6为输出端。
当紫外通光孔2有紫外光照射时，PLZT双晶片3悬臂梁结构会向下发生弯曲，弯曲位移通过一级放大机构4，输出两个相同大小的位移，该两位移经过对称的二级放大机构5放大后通过夹持臂6输出，实现夹持动作；当紫外通光孔7有紫外光照射时，PLZT双晶片3悬臂梁结构会向上弯曲，弯曲位移通过一级放大机构4后，变为两个大小相同的位移，该两位移作为二级放大机构5的输入，经过二级放大机构5放大，驱动夹持臂6放开。
结合图2，一级放大机构4包括主臂和副臂，主臂长度大于副臂的长度，主臂与基座1的一个侧壁相固连，副臂与基座1的另一个侧壁相固连，所述主臂上设置第一支点4-1，主臂通过该支点与基座1的侧壁相固连，该支点将主臂分为主臂输入臂和主臂输出臂，其中主臂输入臂与PLZT双晶片3相固连，主臂输出臂通过第一连接臂4-2与副臂的一端相连，副臂上设置第二支点4-3，副臂通过第二支点4-3与基座1的侧壁相固连，第二支点4-3将副臂分为副臂输入臂和副臂输出臂，其中与第一连接臂4-2连接的一端为副臂输入臂，主臂第一输出臂通过第二连接臂4-4与二级放大机构5连接，副臂输出臂通过第三连接臂4-5与二级放大机构5连接。
结合图3，为主臂输入臂的长度，为主臂第一输出臂的长度，为主臂第二输出臂的长度，为副臂输入臂的长度，为副臂输出臂的长度，为二级放大机构5输入臂的长度，为二级放大机构5输出臂的水平长度。
对于一级放大机构4的各段尺寸，要满足的比例关系，以使在D端和G端的输出位移相等。PLZT双晶片3输出位移经过一级放大机构4和二级放大机构5放大，理想放大倍数为：
简而言之，该微夹钳利用PLZT双晶片3驱动，PLZT双晶片3式悬臂梁在其上下方的紫外光源分别照射下，产生向上或向下的弯曲位移，经过一级放大机构4放大分解传递和二级放大机构5的放大，控制夹持臂6的夹持与放开动作。
Claims (5)
1.一种光驱动的微夹钳装置，其特征在于，包括基座(1)、第一紫外通光孔(2)、PLZT双晶片(3)、一级放大机构(4)、二级放大机构(5)、夹持臂(6)、第二紫外通光孔(7)，所述基座(1)为“U”形结构，基座(1)的两个侧壁与底部之间夹角均为90°，基座(1)的第一侧壁开有第一紫外通光孔(2)，基座(1)的第二侧壁开有第二紫外通光孔(7)，第一紫外通光孔(2)与第二紫外通光孔(7)相对设置，二者之间设置PLZT双晶片(3)，该PLZT双晶片(3)与基座(1)的底部相固连，基座(1)的两个侧壁之间设置一级放大机构(4)，该一级放大机构(4)包括主臂和副臂，主臂长度大于副臂的长度，主臂与基座(1)的第二侧壁相固连，副臂与基座(1)的第一侧壁相固连，所述主臂上设置第一支点(4-1)，主臂通过该支点与基座(1)的第二侧壁相固连，该支点将主臂分为主臂输入臂和主臂输出臂，其中主臂输入臂与PLZT双晶片(3)相固连，主臂输出臂通过第一连接臂(4-2)与副臂的一端相连，副臂上设置第二支点(4-3)，副臂通过第二支点(4-3)与基座(1)的第一侧壁相固连，第二支点(4-3)将副臂分为副臂输入臂和副臂输出臂，其中与第一连接臂(4-2)连接的一端为副臂输入臂，基座(1)两个侧壁的顶端均设置二级放大机构(5)，每个二级放大机构(5)的另一端均设置夹持臂(6)，其中主臂输出臂通过第二连接臂(4-4)与一个二级放大机构相连，副臂输出臂通过第三连接臂(4-5)与另一个二级放大机构相连，两个二级放大机构关于“U”形基座的中心线对称。
2.根据权利要求1所述的光驱动的微夹钳装置，其特征在于，第一支点(4-1)与第一连接臂(4-2)之间为主臂第二输出臂，其长度为d2，主臂输出臂的长度为d1，副臂输入臂的长度为d3，副臂输出臂的长度为d4，一级放大机构(4)中各臂的长度满足
3.根据权利要求1所述的光驱动的微夹钳装置，其特征在于，一级放大机构(4)、二级放大机构(5)和夹持臂(6)的材料均为铍青铜。
4.根据权利要求1所述的光驱动的微夹钳装置，其特征在于，第一支点(4-1)和第二支点(4-3)为柔性铰链。
5.根据权利要求1所述的光驱动的微夹钳装置，其特征在于，基座(1)与二级放大机构(5)之间通过柔性铰链连接。
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