CN108297086B - 一种非对称二级位移放大柔性微操作机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种非对称二级位移放大柔性微操作机构，包括基体，压电陶瓷驱动器，SR位移放大机构，平行四边形杠杆放大机构和预紧螺栓，压电陶瓷驱动器通过预紧螺栓安装在基体上，本操作机构仅控制一个钳口的运动，另一个钳口与基体连接固定不动，压电陶瓷驱动器的输出端通过柔性铰链Ⅳ与SR位移放大机构的输入端相连，SR位移放大机构通过柔性铰链Ⅰ与基体相连，SR位移放大机构的输出端通过柔性铰链Ⅱ与平行四边形杠杆放大机构的输入端相连，平行四边形杠杆放大机构输出端通过柔性平行双板机构与钳口相连，柔性平行双板机构上粘贴有金属应变片。本发明采用非对称结构设计可以使微操作机构结构紧凑，实现稳定夹持，克服对称夹持中存在的夹持不同步和不稳定缺点。
Description
技术领域
本发明属于微纳米操作领域，具体涉及一种由压电陶瓷直接驱动，具有二级位移放大的非对称柔性微操作机构。
背景技术
随着微机电系统(MEMS)的迅速发展，对微操作与微装配技术的需求日益迫切。微作业工具作为实现微操作的关键部件，是连接微观系统与宏观系统的关键环节。随着微细加工技术、微电子技术、MEMS等的发展，微小型零件的尺寸越来越小，为了使被夹持零件不至于有较大的变形和损坏，对微小型零件的操作提出了越来越高的要求。微操作机构的合理设计和制造是实现微小型零件操作的关键环节。
用于微小型零件操作的微操作机构一般是由提供驱动位移和驱动力的驱动器、运动传递机构和夹紧零件的钳口组成。驱动器直接影响微操作机构的结构尺寸及性能，也间接地影响整体机械结构的复杂程度，以及实现其精确控制的难易程度。现在微操作机构较多地使用压电陶瓷驱动器，可以明显降低整体质量和运动惯量，压电陶瓷具有刚度高的特点，利用压电陶瓷驱动器驱动两臂开合，可以有效改善运动系统的静动态特性。
目前，大部分文献中所设计的微操作机构为对称式结构，其优点在于可以实现位移的双倍放大，可以满足更大尺度零件夹持的需求。但是实际加工与安装过程中会产生一定的误差，使得两侧夹钳不能实现完全对称式的运动。而且，部分存在的微操作机构存在结构复杂，效率低，位移放大倍数较小等缺点。因此，设计一种非对称夹持，机构简单且具有较大位移放大倍数的柔性微操作机构至关重要。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种压电驱动式非对称二级位移放大柔性微操作机构，该微操作机构制造成本低，结构简单，操作方便，具有较大位移放大倍数，能够实现非对称夹持，二级位移放大的功能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种非对称二级位移放大柔性微操作机构，所述微操作机构通过板材线切割一体成型，包括平行四边形杠杆放大机构、压电陶瓷驱动器、SR位移放大机构、基体和预紧螺栓，所述压电陶瓷驱动器通过所述预紧螺栓安装在所述基体中。
本操作机构仅控制一个钳口的运动，另一个钳口与基体连接固定不动，压电陶瓷驱动器的输出端通过柔性铰链与SR位移放大机构的输入端相连，所述SR位移放大机构通过柔性铰链与基体连接，所述SR位移放大机构的输出端通过柔性铰链与所述平行四边形杠杆放大机构输入端连接，所述SR位移放大机构设有一个纵向的杆件和一个L型杆件，所述SR位移放大机构各杆件通过柔性铰链链连接。所述平行四边形杠杆放大机构的输出端形成有与其垂直的连接梁，连接梁与钳口通过柔性平行双板机构连接。
所述平行四边形杠杆放大机构、SR位移放大机构、基体为一体成型的结构。
所述SR位移放大机构设有三个柔性铰链。
进一步的，所述柔性平行双板机构粘贴有金属应变片。
进一步的，所述基体上设有定位孔。
本发明的优点和有益效果：
1、本发明采用非对称结构设计可以使微操作机构结构紧凑，实现稳定夹持，克服对称夹持中存在的夹持不同步和不稳定缺点。
2、本发明采用压电陶瓷驱动器作为微操作机构的驱动方式，可以明显降低微操作机构整体质量和运动惯量，提高机械系统的静动态特性。另外压电陶瓷驱动器具有体积小、刚度高、响应速度快、位移分辨率高等特点。
3、本发明采用平行四边形机构作为导向结构，实现右端钳口沿X轴水平方向运动，实现平行夹持，能够避免由于夹持分力引起的夹持松动。
4、本发明采用SR位移放大机构和平行四边形杠杆放大机构两级位移放大，结构简单，并且使钳口具有较大的位移张合量，满足不同尺寸零件的夹持。
5、本发明采用金属应变片作为微操作机构夹持力的反馈元件，能够实现夹持力的测量与实时反馈，从而提高微操作机构工作的稳定性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明SR位移放大机构与压电陶瓷驱动器的连接结构示意图；
图3为本发明平行四边形杠杆放大机构与柔性平行双板机构及钳口的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
参阅图1～图3，本发明实施例保护一种非对称二级位移放大柔性微操作机构，包括基体8，压电陶瓷驱动器2，SR位移放大机构3，平行四边形杠杆放大机构4和预紧螺栓1。
压电陶瓷驱动器2通过预紧螺栓1安装在基体8上，压电陶瓷驱动器2的输出端与SR位移放大机构3的输入端通过柔性铰链3-1相连，所述的SR位移放大机构3由L型杆件3-6，纵向杆件3-4和三个柔性铰链3-1、3-2、3-3组成，L型杆件3-6通过柔性铰链3-1与压电陶瓷驱动器2的输出端连接，L型杆件3-6通过柔性铰链3-2与纵向杆件3-4连接，纵向杆件3-4通过柔性铰链3-3与基体8连接，L型杆件3-6通过柔性铰链3-5与平行四边形杠杆放大机构4的输入端相连。平行四边形杠杆放大机构4输出端通过柔性平行双板机构6与钳口7相连，平行四边形杠杆放大机构4含有四个柔性铰链4-1。基体8上设有五个安装孔8-1,8-2,8-3,8-4,8-5。
本发明采用非对称结构，能够使操作机构结构紧凑。为了保证微操作机构的加工精度，
SR位移放大机构3，平行四边形杠杆放大机构4，基体8和全部柔性铰链采用一体成型结构。
在本实施例中，柔性平行双板机构6上粘贴有金属应变片5。当钳口7夹紧零件时，柔性平行双板机构6会产生柔性变形，通过测量金属应变片5的输出量可以实现夹持力的测量与反馈，进而通过控制压电陶瓷驱动器2的输入信号，可以实现对夹持力的控制。
本发明的工作原理：
请参阅图1～图3，本发明在使用时，将基体8固定在机体上。当压电陶瓷驱动器2两端施加驱动电压时，压电陶瓷驱动器2将伸长并推动柔性铰链3-1，SR位移放大机构3将压电陶瓷驱动器2的输出微小位移进行放大，并且将竖直方向位移转换成向左方向位移，从而拉动柔性铰链3-5，带动平行四边形杠杆放大机构4运动，平行四边形杠杆放大机构4绕下端的柔性铰链4-1摆动，平行四边形杠杆放大机构4将SR位移放大机构3的输出位移进行二级放大，平行四边形杠杆放大机构4带动钳口7运动，钳口7闭合以实现加紧零件。当撤掉压电陶瓷驱动器2两端的驱动电压后，压电陶瓷驱动器2将恢复至原长，微操作机构在柔性铰链弹性力的作用下回到原位置，钳口7张开从而释放被夹持零件。通过调节预紧螺栓1改变压电陶瓷驱动器2的预紧力，能够调节钳口7的间距，以满足夹持不同尺寸零件的需要。
所述的SR位移放大机构、平行四边形杠杆放大机构、柔性平行双板机构的结构均为本领域技术人员公知的，因此没有具体的描述，通过图1～图3本领域技术人员即可理解本发明的全部结构。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (3)
1.一种非对称二级位移放大柔性微操作机构，包括基体，压电陶瓷驱动器，SR位移放大机构，平行四边形杠杆放大机构和预紧螺栓，压电陶瓷驱动器通过预紧螺栓安装在基体上，其特征在于：本操作机构仅控制一个钳口的运动，另一个钳口与基体连接固定不动，压电陶瓷驱动器的输出端通过柔性铰链与SR位移放大机构的输入端相连，SR位移放大机构通过柔性铰链与基体相连，SR位移放大机构的输出端通过柔性铰链与平行四边形杠杆放大机构的输入端相连，平行四边形杠杆放大机构输出端通过柔性平行双板机构与活动钳口相连，在柔性平行双板机构上粘贴有金属应变片，所述的SR位移放大机构由L型杆件，纵向杆件和三个柔性铰链组成。
2.根据权利要求1所述的非对称二级位移放大柔性微操作机构，其特征在于：所述的SR位移放大机构，平行四边形杠杆放大机构，基体及全部柔性铰链采用一体成型结构。
3.根据权利要求1所述的非对称二级位移放大柔性微操作机构，其特征在于：在基体上设有定位孔。
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