CN108724146A - 一种初始间隙可调的压电微夹钳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种初始间隙可调的压电微夹钳，包括基座，以及一对用于夹持微对象的钳指，基座设有第一凹槽，第一凹槽内设有调节机构，调节机构包括分别配装有钳指的固定块和可动块，固定块与可动块之间设有弹性件，并连接有调节螺钉；钳指包括位于两层压电陶瓷晶片之间的黄铜基板；压电陶瓷晶片的外侧面和黄铜基板分别电连于正负极；可动块和固定块之间设有弹性件，并通过调节螺钉彼此连接，弹性件的作用是将可动块推离固定块，而调节螺钉的作用是将可动块推向固定块，通过旋拧调节螺钉从而调节固定块与可动块的初始间隙，最终达到调整相邻的钳指之间的间隙的目的。本发明结构布局合理、各机构配合精度高、拆装方便且能实现钳指之间间隙的调节。

Description

一种初始间隙可调的压电微夹钳

技术领域

本发明属于微/纳米定位技术领域，涉及微/纳米定位系统中的末端执行器，特别涉及一种初始间隙可调的压电微夹钳。

背景技术

微夹钳是能够产生微米与纳米级运动精度与分辨率的末端执行器，可应用于MEMS、生物工程等前沿技术领域中。在MEMS中，它可对微轴、微齿轮等微零件以及微马达、微泵等微部件进行拾取、搬运等操作；在生物工程中，它可用于捕捉和释放细胞，还可同微冲击探针相结合，实现向细胞内注入或从细胞中提取某一成分的操作。

目前的微夹钳结构复杂、体积庞大，且初始间隙不可调节，当微对象尺寸改变时，就无法继续使用，导致微夹钳利用率低，成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的现状，而提供结构布局合理、各机构配合精度高、拆装方便且能实现夹持不同大小微对象的一种初始间隙可调的压电微夹钳。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种初始间隙可调的压电微夹钳，包括基座，以及一对用于夹持微对象的钳指，基座设有第一凹槽，第一凹槽内设有调节机构，调节机构包括分别配装有钳指的固定块和可动块，固定块与可动块之间设有弹性件，并连接有调节螺钉；钳指包括位于两层压电陶瓷晶片之间的黄铜基板；压电陶瓷晶片的外侧面和黄铜基板分别电连于正负极。

为优化上述技术方案，采取的措施还包括：

优选的，第一凹槽设于基座的侧方，调节机构的另一侧设有压块，基座设有第三螺钉孔，压块设有与第三螺钉孔对应的第一通孔，第一通孔内设有旋接于第三螺钉孔的预紧螺钉。

优选的，压块设有与可动块轮廓相匹配的第二凹槽。

优选的，调节螺钉的大头端设于可动块的外侧，压块设有方便旋拧调节螺钉的第二通孔，固定块设有与调节螺钉螺纹连接的第一螺钉孔；可动块设有与调节螺钉螺纹连接的第二螺钉孔。

优选的，调节螺钉的数量为两个，且处于钳指的延长线上；弹性件设于调节螺钉和钳指末端之间。

优选的，固定块和可动块分别设有用于插设钳指的插槽，插槽外侧设有柔性薄板，柔性薄板弹性压于压电陶瓷晶片的外侧面。

优选的，固定块包括导向体，导向体顶设于同可动块与钳指相反的一端。

优选的，黄铜基板包括弯折部，弯折部位于钳指的固定端，并与压电陶瓷晶片分叉设置，基座的侧面和压块的侧面分别设有与弯折部相匹配的第三凹槽和第四凹槽；导向体设有第二电连部,调节机构为导电体，弯折部的自由端设有第一电连部,第一电连部和第二电连部分别用于接正负极电压。

优选的，第三凹槽分别开口于第一凹槽，以及基座后端；第四凹槽分别开口于第二凹槽，以及压块的后端。

优选的，钳指的自由端对向设有受动夹持体，弹性件为弹簧，调节机构在钳指弯曲变形面的边缘设有倒圆角；基座设有第三通孔，第三通孔用于通过将基座螺固于上一级执行机构上的螺钉。

与现有技术相比，本发明的一种初始间隙可调的压电微夹钳，包括基座，以及一对用于夹持微对象的钳指，基座设有第一凹槽，第一凹槽内设有调节机构，调节机构包括分别配装有钳指的固定块和可动块，固定块与可动块之间设有弹性件，并连接有调节螺钉；钳指包括位于两层压电陶瓷晶片之间的黄铜基板；压电陶瓷晶片的外侧面和黄铜基板分别电连于正负极；可动块和固定块之间设有弹性件，并通过调节螺钉彼此连接，弹性件的作用是将可动块推离固定块，而调节螺钉的作用是将可动块推向固定块，通过旋拧调节螺钉从而调节固定块与可动块的初始间隙，最终达到调整相邻的钳指之间的间隙的目的。本发明结构布局合理、各机构配合精度高、拆装方便且能实现钳指之间间隙的调节。

附图说明

图1是本发明拆卸掉压块后的立体结构示意图；

图2是本发明拆卸掉压块后的立体结构示意图；

图3是图2的分解示意图；

图4是图2中钳指的立体结构示意图；

图5是调节机构的立体结构示意图；

图6是图5的分解示意图；

图7是图1中基座的立体结构示意图；

图8是本发明优选方案的立体结构示意图；

图9是图8的分解示意图；

图10是图9中压块的内侧面立体结构示意图；

图11 是钳指的工作原理图。

其中的附图标记为：钳指1、压电陶瓷晶片11、黄铜基板12、弯折部12a、第一电连部12b、受动夹持体13、调节机构2、插槽2a、固定块21、第一螺钉孔21a、可动块22、第二螺钉孔22a、弹性件23、调节螺钉24、导向体26、第二电连部26a、柔性薄板27、基座3、第一凹槽3a、第三凹槽3b、第三螺钉孔3c、第三通孔3d、压块4、第二凹槽4a、第四凹槽4b、第一通孔4c、第二通孔4d、预紧螺钉5。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。

图1至图11为本发明的结构示意图，如图1、2、3、4、5、6所示，本发明的一种初始间隙可调的压电微夹钳，包括基座3，以及一对用于夹持微对象的钳指1，基座3设有第一凹槽3a，第一凹槽3a内设有调节机构2，调节机构2包括分别配装有钳指1的固定块21和可动块22，固定块21与可动块22之间设有弹性件23，并连接有调节螺钉24；钳指1包括位于两层压电陶瓷晶片11之间的黄铜基板12；压电陶瓷晶片11的外侧面和黄铜基板12分别电连于正负极。钳指1由压电陶瓷晶片11、黄铜基板12和绝缘的受动夹持体13相互粘接而成；钳指1的指尖设计成细长型，具有圆弧度，便于夹持微对象且不易破坏到微对象，受动夹持体13与被夹持微对象直接接触，不仅能夹持绝缘材料，还能实现对导电材料的夹持。调节机构2用于固定一对钳指1；可动块22和固定块21之间设有弹性件23，并通过调节螺钉24彼此连接，弹性件23的作用是将可动块22推离固定块21，而调节螺钉24的作用是将可动块22推向固定块21，通过旋拧调节螺钉24从而调节固定块21与可动块22的初始间隙，最终达到调整相邻的钳指1之间的间隙的目的。本发明结构布局合理、各机构配合精度高、拆装方便且能实现钳指1之间间隙的调节。弹性件23为弹簧或橡胶。

实施例中，如图7、8、9、10所示，第一凹槽3a设于基座3的侧方，调节机构2的另一侧设有压块4，基座3设有第三螺钉孔3c，压块4设有与第三螺钉孔3c对应的第一通孔4c，第一通孔4c内设有旋接于第三螺钉孔3c的预紧螺钉5。本发明钳指1的安装方法：旋松预紧螺钉5，将钳指1对准插槽2a插入，再旋紧预紧螺钉5至钳指1预紧的程度。压块4将调节机构2固定在基座3上，防止调节机构2松动掉落，同时也能帮助可动块22承担一部分从钳指1上传递过来的压力。

实施例中，如图10所示，压块4设有与可动块22轮廓相匹配的第二凹槽4a。第二凹槽4a与第一凹槽3a一同固定调节机构2。

实施例中，如图2、3、5所示，调节螺钉24的大头端设于可动块22的外侧，压块4设有方便旋拧调节螺钉24的第二通孔4d，固定块21设有与调节螺钉24螺纹连接的第一螺钉孔21a；可动块22设有与调节螺钉24螺纹连接的第二螺钉孔22a。本发明钳指1间距离的调节方法：将螺丝刀插入第二通孔4d，转动调节螺钉24，使可动块22相对于固定块21移动，从而调节钳指1之间的距离，这样即使不拆出调节机构2也能进行钳指1的调节。

实施例中，如图2、3、5所示，调节螺钉24的数量为两个，且处于钳指1的延长线上；弹性件23设于调节螺钉24和钳指1末端之间。弹性件23能使微夹钳沿弹性件23变形方向具有较高的刚度。

实施例中，如图3、5、6所示，固定块21和可动块22分别设有用于插设钳指1的插槽2a，插槽2a外侧设有柔性薄板27，柔性薄板27弹性压于压电陶瓷晶片11的外侧面。柔性薄板27一方面能为钳指1提供弹性压力，使钳指1不易脱落，另一方面，柔性薄板27为导体，为压电陶瓷晶片11的外侧面提供电压。

实施例中，如图3、5、6所示，固定块21包括导向体26，导向体26顶设于同可动块22与钳指1相反的一端。旋拧调节螺钉24时，可动块22与固定块21相对面能保持平行移动，从而提高了调节精度。

实施例中，如图2、3、4所示，黄铜基板12包括弯折部12a，弯折部12a位于钳指1的固定端，并与压电陶瓷晶片11分叉设置，基座3的侧面和压块4的侧面分别设有与弯折部12a相匹配的第三凹槽3b和第四凹槽4b；如图6所示，导向体26设有第二电连部26a,调节机构2为导电体，弯折部12a的自由端设有第一电连部12b,第一电连部12b和第二电连部26a分别用于接正负极电压。第三凹槽3b和第四凹槽4b不仅能使黄铜基板12绕开预紧螺钉5，还能使钳指1的安装更加稳固，不易脱落。第二电连部26a的电压通过调节机构2传导给压电陶瓷晶片11的侧方，而第一电连部12b的电压直接传导给黄铜基板12。

实施例中，如图7所示，第三凹槽3b分别开口于第一凹槽3a，以及基座3的后端；如图10所示，第四凹槽4b分别开口于第二凹槽4a，以及压块4的后端。

实施例中，如图1、2、3、4所示，钳指1的自由端对向设有受动夹持体13，如图5和图6所示，弹性件23为弹簧，调节机构2在钳指1弯曲变形面的边缘设有倒圆角；如图1、2、7、8和9所示，基座3设有第三通孔3d，第三通孔3d用于通过将基座3螺固于上一级执行机构上的螺钉。调节机构2的末端与微夹钳钳指1接触一侧设计为圆弧状的倒圆角，能有效降低钳指在电压作用下发生弯曲变形时产生的剪切应力对压电陶瓷晶片11产生的破坏。本发明钳指1的安装方法：旋松预紧螺钉5，将钳指1对准插槽2a插入，再旋紧预紧螺钉5至钳指1预紧的程度。压块4将调节机构2固定在基座3上，防止调节机构2松动掉落，同时也能帮助可动块22承担一部分从钳指1上传递过来的压力。

本发明的钳指1的工作原理如图11所示，通过逆压电效应使钳指1发生变形，从而完成微夹钳的夹持动作。如图7所示，在所给定的晶片电极化（电极化强度用P表示）方向下，当大小为u(t)的驱动电压同时作用于钳指1两侧时，由于钳指1的一侧的电场方向和电极化方向相反，该部分沿x正向伸长；而由于钳指1的另一侧的电场方向(用E表示)和电极化方向相同，该部分则沿x负向缩短，于是整个钳指1便沿y轴正向产生弯曲微位移，即产生夹持方向的动作。

本发明调节机构2的安装方法：将调节机构2放入第一凹槽3a中，再将压块4压在调节机构2的另一面，使调节机构2进入第二凹槽4a中，最终旋紧预紧螺钉5，直至调节机构2被固定。

本发明的最佳实施例已阐明，由本领域普通技术人员做出的各种变化或改型都不会脱离本发明的范围。

Claims (10)

1.一种初始间隙可调的压电微夹钳，包括基座(3)，以及一对用于夹持微对象的钳指(1)，其特征是：所述的基座(3)设有第一凹槽(3a)，所述的第一凹槽(3a)内设有调节机构(2)，所述的调节机构(2)包括分别配装有所述的钳指(1)的固定块(21)和可动块(22)，所述的固定块(21)与可动块(22)之间设有弹性件(23)，并连接有调节螺钉(24)；所述的钳指(1)包括位于两层压电陶瓷晶片(11)之间的黄铜基板(12)；所述的压电陶瓷晶片(11)的外侧面和所述的黄铜基板(12)分别电连于正负极。

2.根据权利要求1所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的第一凹槽(3a)设于所述的基座(3)的侧方，所述的调节机构(2)的另一侧设有压块(4)，所述的基座(3)设有第三螺钉孔(3c)，所述的压块(4)设有与所述的第三螺钉孔(3c)对应的第一通孔(4c)，所述的第一通孔(4c)内设有旋接于第三螺钉孔(3c)的预紧螺钉(5)；钳指(1)的安装方法：旋松预紧螺钉(5，将钳指(1)对准插槽(2a)插入，再旋紧预紧螺钉(5)至钳指(1)预紧的程度；压块(4)将调节机构(2)固定在基座(3)上，防止调节机构(2)松动掉落，同时也能帮助可动块(22)承担一部分从钳指(1)上传递过来的压力。

3.根据权利要求2所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的压块(4)设有与所述的可动块(22)轮廓相匹配的第二凹槽(4a)。

4.根据权利要求3所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的调节螺钉(24)的大头端设于可动块(22)的外侧，所述的压块(4)设有方便旋拧所述的调节螺钉(24)的第二通孔(4d)，所述的固定块(21)设有与调节螺钉(24)螺纹连接的第一螺钉孔(21a)；所述的可动块(22)设有与调节螺钉(24) 螺纹连接的第二螺钉孔(22a)；钳指(1)间距离的调节方法：将螺丝刀插入第二通孔(4d)，转动调节螺钉(24)，使可动块(22相对于固定块(21)移动，从而调节钳指(1)之间的距离，这样即使不拆出调节机构(2)也能进行钳指(1)的调节。

5.根据权利要求4所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的调节螺钉(24)的数量为2个，且处于所述的钳指(1)的延长线上；所述的弹性件(23)设于所述的调节螺钉(24)和所述的钳指(1)末端之间。

6.根据权利要求5所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的固定块(21)和所述的可动块(22)分别设有用于插设所述的钳指(1)的插槽(2a)，所述的插槽(2a)外侧设有柔性薄板(27)，所述的柔性薄板(27)弹性压于所述的压电陶瓷晶片(11)的外侧面。

7.根据权利要求6所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的固定块(21)包括导向体(26)，所述的导向体(26)顶设于同所述的可动块(22)与钳指(1)相反的一端。

8.根据权利要求7所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的黄铜基板(12)包括弯折部(12a)，所述的弯折部(12a)位于钳指(1)的固定端，并与压电陶瓷晶片(11)分叉设置，所述的基座(3)的侧面和所述的压块(4)的侧面分别设有与所述的弯折部(12a)相匹配的第三凹槽(3b)和第四凹槽(4b)；所述的导向体(26)设有第二电连部(26a),所述的调节机构(2)为导电体，所述的弯折部(12a)的自由端设有第一电连部(12b),所述的第一电连部(12b)和第二电连部(26a)分别用于接正负极电压。

9.根据权利要求8所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的第三凹槽(3b)分别开口于第一凹槽(3a)，以及所述的基座(3)后端；所述的第四凹槽(4b)分别开口于第二凹槽(4a)，以及所述的压块(4)的后端。

10.根据权利要求1至9任一权利要求所述的一种初始间隙可调的压电微夹钳，其特征是：所述的钳指(1)的自由端对向设有受动夹持体(13)，所述的弹性件(23)为弹簧，所述的调节机构(2)在所述的钳指(1)弯曲变形面的边缘设有倒圆角；所述的基座(3)设有第三通孔(3d)，第三通孔(3d)用于通过将基座(3)螺固于上一级执行机构上的螺钉；旋松预紧螺钉(5)，将钳指(1)对准插槽(2a)插入，再旋紧预紧螺钉(5)至钳指(1)预紧的程度；压块(4)将调节机构(2)固定在基座(3)上，防止调节机构(2)松动掉落，同时也能帮助可动块(22)承担一部分从钳指(1)上传递过来的压力。