CN110014447A - 一种空间四爪柔顺微夹钳 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种空间四爪柔顺微夹钳，主要包括安装基座、第一平面柔顺装置、第二平面柔顺装置和驱动器等。第一平面柔顺装置采用对称布置，包括桥式柔顺放大机构和四个杠杆式柔顺放大机构，第二平面柔顺装置包括柔顺微夹头、柔顺平行四杆机构，第一平面柔顺装置和第二平面柔顺装置都安装在安装基座上，驱动器安装在第一平面柔顺装置中心位置。该装置基于空间四杆机构原理，利用三级柔顺放大装置实现对作动行程的放大，四个输出加持头采用平行四杆机构原理，实现平行导向运动，同时采用对称布置，结构简单、行程较大、操作可靠，可实现对空间任意位置目标、任意外形尺寸微纳物体的夹取，是空间微纳尺度目标夹取的较好选择。

Description

一种空间四爪柔顺微夹钳
技术领域
本发明涉及一种夹持工具，具体涉及一种空间四爪柔顺微夹钳装置。
背景技术
面向微夹持领域应用，现有微夹钳装置大多以平面操作为主，因此设计方案通常基于柔顺机构技术通过线切割一体化加工成型，以设计的两个微夹持头实现对微纳级别的线束、细胞等的微细操作。然而，受夹取对象及所处空间限制，平面微夹钳难以有效夹取外形尺寸复杂、空间布局非平面的物体。因此，本发明针对上述问题，设计了一种具有对称四爪的空间柔顺微夹钳。另外，由于采用了三级柔顺放大机构设计，微夹钳的作动行程得以较大幅度的放大，从而能够对更大尺度的目标实行有效抓取，该设计不仅为微纳尺度操作提供方案，可同时为工业领域机械抓手提供参考。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种具备空间微夹取功能的大行程柔顺四爪微夹钳，可以有效夹取外形尺寸复杂、空间布局非平面的物体。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：一种空间四爪柔顺微夹钳，包括平面柔顺装置、四个平面柔顺装置、驱动器和安装基座，平面柔顺装置采用对称布置，包括桥式柔顺放大机构和四个杠杆式柔顺放大机构，四个杠杆式柔顺放大机构两两相对，设置在桥式柔顺放大机构两侧；平面柔顺装置包括柔顺微夹头和柔顺平行四杆机构，柔顺微夹头设置在柔顺平行四杆机构上部；平面柔顺装置和平面柔顺装置都安装在安装基座上，杠杆式柔顺放大机构与柔顺平行四杆机构相互连接，驱动器安装在平面柔顺装置中心位置。
进一步，第二平面柔顺装置还包括柔顺虎克铰，柔顺虎克铰设置在柔顺平行四杆机构里侧，柔顺虎克铰设置有销孔，杠杆式柔顺放大机构设置有相对应的销孔，两者之间通过销钉连接。柔顺虎克铰具备两个方向的转动功能，可实现平面运动向垂直运动的转换，避免了实体运动副存在的间隙效应，实现了运动的精密传递与换向，有助于减小传递误差并有利于后期维护、更换。
进一步，第一平面柔顺装置和第二平面柔顺装置通过线切割一体化加工而成。
进一步，第二平面柔顺装置采用中空处理。采用中空处理能够有效提升钳体的固有频率，从而增加四爪柔顺微夹钳的作动带宽，避免共振。
进一步，第二平面柔顺装置采用铍青铜材料加工而成。铍青铜具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性。
进一步，驱动器为压电陶瓷驱动器或磁致伸缩直线作动器。压电陶瓷驱动器和超磁致伸缩驱动器的作动精度更高、适用性更广泛。
进一步，安装基座包括安装第一平面柔顺装置的固定凸台，避免杠杆式柔顺放大机构输出端摩擦干涉所开的凹槽，第二平面柔顺装置安装在槽底。
进一步，安装基座在一块材料上加工而成。
进一步，第一平面柔顺装置和四个第二平面柔顺装置通过螺栓固定在安装基座上，驱动器通过螺栓安装在第一平面柔顺装置中心位置。
进一步，柔顺微夹头布置有应变片或精密位移传感器。在进行微纳尺寸目标夹取时，可采用闭环控制策略，通过在微夹头位置布置应变片或精密位移传感器，能够实时对微夹头的状态进行检测，从而将信息反馈给闭环控制程序，利用PID算法或其他智能控制算法实现对微夹头进给量的精密运算，以实现高精度的微夹取操作。
本发明基于空间四杆机构原理，利用三级柔顺放大装置实现对作动行程的放大，四个输出加持头采用平行四杆机构原理，实现平行导向运动，能够实现对空间任意位置目标、任意外形尺寸微纳物体的夹取，同时采用对称布置，结构简单、行程较大、操作可靠，零部件一体化加工，容易装配，是空间微纳尺度目标夹取的较好选择，还可通过在微夹头位置布置应变片或精密位移传感器，结合智能控制算法实现对微夹头进给量的精密运算，以实现高精度的微夹取操作。
附图说明
图1为本发明提供的空间四爪柔顺微夹钳结构示意图；
图2为本发明提供的第一平面柔顺装置平面示意图；
图3a和图3b分别为本发明提供的第二平面柔顺装置及其柔顺虎克铰示意图；
图4为本发明提供的安装基座示意图。
1、第一平面柔顺装置,2、第二平面柔顺装置,3、驱动器，4、预紧螺栓，5、固定螺栓，6、固定螺栓，7、销钉，8、安装基座，201、桥式柔顺放大机构，202、杠杆式柔顺放大机构，203、预紧螺纹孔，204、固定螺纹孔，205、销孔，301、柔顺微夹头，302、柔顺平行四杆机构，303、柔顺虎克铰，304、销孔，305、安装通孔，401、固定凸台，402、螺纹孔，403、凹槽，404、螺纹孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1为本发明提供的一种空间四爪柔顺微夹钳结构示意图，包括第一平面柔顺装置，第二平面柔顺装置，驱动器3，预紧螺栓4，M6固定螺栓5，M4固定螺栓6，销钉7以及安装基座8。装配过程如下：首先将第一平面柔顺装置通过八个M6固定螺栓5紧固于安装基座8上；然后将驱动器3通过两个预紧螺栓4固定于第一平面柔顺装置中心位置；然后分别通过两个M4固定螺栓6将四个第二平面柔顺装置分别紧固于安装基座8对应位置处；最后，分别利用两个销钉7将第二平面柔顺装置与第一平面柔顺装置对应连接位置进行销紧锁死，完成该四爪柔顺微夹钳的装配。
进行微夹取操作时，驱动器3受外部激励电流作用，产生初始作动位移，该位移经两端的预紧螺栓4传递至第一平面柔顺装置，经第一平面柔顺装置的两级放大作用，分四路分别传递至第二平面柔顺装置，再经第二平面柔顺装置的放大功能，产生最终响应位移，驱使四个微夹头共同实现目标夹取。
图2为第一平面柔顺装置平面示意图，第一平面柔顺装置通过线切割一体化加工而成，主要嵌入了桥式柔顺放大机构201，四个杠杆式柔顺放大机构202，两个预紧螺纹孔203，八个固定螺纹孔204，四个杠杆式柔顺放大机构输出端的八个销孔205。第一平面柔顺装置一方面实现对驱动器3的紧固安装，另一方面首先通过桥式柔顺放大机构201对驱动器输出位移进行一级放大与垂直换向，接着通过四个杠杆式柔顺放大机构202对输出位移进行二级放大与互呈90°沿径向对称输出，最终输出经八个销孔205的锁紧连接输出到第二平面柔顺装置。
图3a和图3b分别为本发明提供的第二平面柔顺装置及其柔顺虎克铰示意图，第二平面柔顺装置同样利用线切割一体化加工而成，在一块材料上分别嵌入了柔顺微夹头301，柔顺平行四杆机构302，柔顺虎克铰303，两个与第一平面柔顺装置对应的销孔304，与安装基座8对应的安装通孔305。其中，柔顺微夹头301采用中空处理，能够在提升微夹头结构强度的同时，提高固有频率，进而增大作动带宽，避免共振；柔顺平行四杆机构302实现对第一平面柔顺装置传递来的位移的平行导向与三级放大；柔顺虎克铰303不仅能够实现与第一平面柔顺装置的连接，同时保持了第一平面柔顺装置与第二平面柔顺装置间的垂直传动关系，完美实现了水平运动向垂直运动的转换。另外，柔顺虎克铰303与柔顺平行四杆机构302连接处又等效为杠杆放大机构，因此能够实现位移的三级放大。
图4为安装基座示意图，安装基座8同样在一块材料上加工而成，主要特征包括与第一平面柔顺装置安装的固定凸台401，在凸台上所开的八个固定螺纹孔402，避免杠杆式柔顺放大机构202输出端摩擦干涉所开的凹槽403，以及在槽底加工的八个用于第二平面柔顺装置安装的固定螺纹孔404。
以上实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质和原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，包括第一平面柔顺装置(1)、四个第二平面柔顺装置(2)、驱动器(3)和安装基座(8)，所述第一平面柔顺装置(1)采用对称布置，包括桥式柔顺放大机构(201)和四个杠杆式柔顺放大机构(202)，所述四个杠杆式柔顺放大机构(202)两两相对，设置在所述桥式柔顺放大机构(201)两侧；所述第二平面柔顺装置(2)包括柔顺微夹头(301)和柔顺平行四杆机构(302)，所述柔顺微夹头(301)设置在所述柔顺平行四杆机构(302)上部；所述第一平面柔顺装置(1)和所述第二平面柔顺装置(2)都安装在所述安装基座(8)上，所述杠杆式柔顺放大机构(202)与柔顺平行四杆机构(302)相互连接，所述驱动器(3)安装在所述第一平面柔顺装置(1)中心位置。
2.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述第二平面柔顺装置(2)还包括柔顺虎克铰(303)，所述柔顺虎克铰(303)设置在所述柔顺平行四杆机构(302)里侧，所述柔顺虎克铰(303)设置有销孔(304)，所述杠杆式柔顺放大机构(202)设置有相对应的销孔(205)，两者之间通过销钉连接。
3.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述第一平面柔顺装置(1)和所述第二平面柔顺装置(2)通过线切割一体化加工而成。
4.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述第二平面柔顺装置(2)采用中空处理。
5.如权利要求1至4中任一项所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述第二平面柔顺装置(2)采用铍青铜材料加工而成。
6.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述驱动器(3)为压电陶瓷驱动器或磁致伸缩直线作动器。
7.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述安装基座(8)包括安装所述第一平面柔顺装置(1)的固定凸台(401)，避免所述杠杆式柔顺放大机构(202)输出端摩擦干涉所开的凹槽(403)，所述第二平面柔顺装置(2)安装在槽底。
8.如权利要求7所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述安装基座(8)在一块材料上加工而成。
9.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述第一平面柔顺装置(1)和四个所述第二平面柔顺装置(2)通过螺栓固定在所述安装基座(8)上，所述驱动器(3)通过螺栓安装在所述第一平面柔顺装置(1)中心位置。
10.如权利要求1所述的空间四爪柔顺微夹钳，其特征是，所述柔顺微夹头(301)布置有应变片或精密位移传感器。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110978041A (zh) * 2020-01-03 2020-04-10 广州大学 一种电磁铁驱动柔性微夹持装置
CN111203852A (zh) * 2020-01-16 2020-05-29 南京理工大学 一种正应力电磁驱动微夹持器

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05293778A (ja) * 1992-04-17 1993-11-09 Seiko Instr Inc マイクログリッパ
DE10107402A1 (de) * 2001-02-14 2002-08-29 Ruben Keoschkerjan Piezoelektrischer paralleler Mikrogreifer
CN102328311A (zh) * 2011-08-03 2012-01-25 河北工业大学 一种二指柔性微动夹持器
CN105619377A (zh) * 2016-04-05 2016-06-01 江西理工大学 一种基于柔顺机构的空间微夹持器
CN107457765A (zh) * 2017-08-18 2017-12-12 天津大学 一种压电驱动式三级位移放大微夹持器
CN108000486A (zh) * 2017-08-03 2018-05-08 宁波大学 三自由度柔顺压电微夹持器

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05293778A (ja) * 1992-04-17 1993-11-09 Seiko Instr Inc マイクログリッパ
DE10107402A1 (de) * 2001-02-14 2002-08-29 Ruben Keoschkerjan Piezoelektrischer paralleler Mikrogreifer
CN102328311A (zh) * 2011-08-03 2012-01-25 河北工业大学 一种二指柔性微动夹持器
CN105619377A (zh) * 2016-04-05 2016-06-01 江西理工大学 一种基于柔顺机构的空间微夹持器
CN108000486A (zh) * 2017-08-03 2018-05-08 宁波大学 三自由度柔顺压电微夹持器
CN107457765A (zh) * 2017-08-18 2017-12-12 天津大学 一种压电驱动式三级位移放大微夹持器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110978041A (zh) * 2020-01-03 2020-04-10 广州大学 一种电磁铁驱动柔性微夹持装置
CN111203852A (zh) * 2020-01-16 2020-05-29 南京理工大学 一种正应力电磁驱动微夹持器

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