CN110936352B - 一种具有搓动功能的压电微夹钳 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有搓动功能的压电微夹钳，包括U形状的机架，所述机架上端相对的内壁通过柔性铰链活动安装有夹持臂，两个所述夹持臂上端均固定连接有夹持头，所述夹持臂下端通过柔性铰链活动安装有跷板，所述跷板端面中心处开设有圆柱面约束孔。本发明涉及一种压电微夹钳，特别涉及一种具有搓动功能的压电微夹钳，属于微纳加工技术领域。本发明通过夹持臂的相对运动控制，实现夹持头在相互靠近的同时，具有相对运动，即可实现微搓动功能，压电陶瓷预紧弹簧上端的夹持头倾斜设置，使两个端面贴合效果好，夹持效果好，通过设置夹持臂预紧弹簧，两个夹持臂的预紧效果更好，机构整体更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及一种压电微夹钳，特别涉及一种具有搓动功能的压电微夹钳，属于微纳加工技术领域。
背景技术
作为微机电系统的关键组成部分,微夹钳是沟通宏观与微观世界的基本工具,微夹钳可以实现拾起、夹持和释放等操作，因而广泛应用于微装配、生物医学、航空航天和军事等领域。
与静电梳齿驱动、电热驱动和形状记忆合金驱动等相比，压电叠堆驱动具有分辨率高、驱动力大、频响范围宽、响应速度快和动态特性好等优点，因而特别适合用于驱动微夹钳。在微装配技术领域，经常需要对所夹持物体进行转动微调，因此，微夹钳应用在完成夹持的同时应具有搓动功能，一方面能利用搓动功能对所夹持物体实现微转动，另一方面，可以利用微搓动功能增加对物体的夹持力，防止脱落，而现有的微夹钳没有搓动功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有搓动功能的压电微夹钳，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有搓动功能的压电微夹钳，包括U形状的机架，所述机架上端相对的内壁通过柔性铰链活动安装有夹持臂，两个所述夹持臂上端均固定连接有夹持头，所述夹持臂下端通过柔性铰链活动安装有跷板，所述跷板端面中心处开设有圆柱面约束孔，且跷板以圆柱面约束孔为轴做旋转运动，所述跷板两端下方与机架内部底端之间分别固定安装有压电陶瓷预紧弹簧和压电陶瓷驱动器，所述压电陶瓷预紧弹簧和压电陶瓷驱动器分别置于两个所述夹持臂下方，置于所述压电陶瓷预紧弹簧上方的夹持头端面上方向外倾斜，两个所述夹持臂之间固定连接有夹持臂预紧弹簧。
作为本发明的一种优选技术方案，所述夹持臂预紧弹簧为长条状弹性板材，且两端呈90度弯折。
作为本发明的一种优选技术方案，所述机架内部底部开设有两个安装槽，所述压电陶瓷预紧弹簧和压电陶瓷驱动器分别安装在两个所述安装槽内。
作为本发明的一种优选技术方案，两个所述夹持臂以夹持臂预紧弹簧为轴对称分布。
作为本发明的一种优选技术方案，所述机架端面开设有固定螺栓孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过夹持臂的相对运动控制，实现夹持头在相互靠近的同时，具有相对运动，即可实现微搓动功能，压电陶瓷预紧弹簧上端的夹持头倾斜设置，使两个端面贴合效果好，夹持效果好，通过设置夹持臂预紧弹簧，两个夹持臂的预紧效果更好，机构整体更加稳定。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中夹持臂预紧弹簧的结构示意图。
图中：1、夹持臂；2、柔性铰链；3、跷板；4、压电陶瓷预紧弹簧；5、夹持头；6、夹持臂预紧弹簧；7、机架；8、圆柱面约束孔；9、压电陶瓷驱动器；10、固定螺栓孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-2，本发明提供了一种具有搓动功能的压电微夹钳，包括U形状的机架7，机架7上端相对的内壁通过柔性铰链2活动安装有夹持臂1，两个夹持臂1上端均固定连接有夹持头5，夹持臂1下端通过柔性铰链2活动安装有跷板3，跷板3端面中心处开设有圆柱面约束孔8，且跷板3以圆柱面约束孔8为轴做旋转运动，圆柱面约束孔8内通过插接螺栓，对跷板3进行约束，跷板3两端下方与机架7内部底端之间分别固定安装有压电陶瓷预紧弹簧4和压电陶瓷驱动器9，压电陶瓷预紧弹簧4和压电陶瓷驱动器9分别置于两个夹持臂1下方，置于压电陶瓷预紧弹簧4上方的夹持头5端面上方向外倾斜，两个夹持臂1之间固定连接有夹持臂预紧弹簧6。
夹持臂预紧弹簧6为长条状弹性板材，且两端呈90度弯折，方便对其固定安装，机架7内部底部开设有两个安装槽，压电陶瓷预紧弹簧4和压电陶瓷驱动器9分别安装在两个安装槽内，缩小结构体积，两个夹持臂1以夹持臂预紧弹簧6为轴对称分布，机架7端面开设有固定螺栓孔10，用于固定。
下面将具体阐述本发明的工作原理：首先按照图示将机构装配，并调节压电陶瓷预紧弹簧4的预紧力，然后将装配好的夹钳通过四个螺栓和固定螺栓孔10固定在微操作机构末端，螺栓贯穿圆柱面约束孔8，使跷板3以圆柱面约束孔8内的螺栓为轴做旋转运动，通过螺栓的约束，只有切向自由度，通过此约束将压电陶瓷预紧弹簧4的变形转换为跷板3的摆动，使用时,先使宏动平台和微动平台移动到微夹持对象的初始位置，再对压电陶瓷驱动器9施加通过功率放大器放大后的电压，压电陶瓷驱动器9伸长, 压电陶瓷驱动器9通过柔性铰链2将跷板3一端向外推，跷板3以圆柱面约束孔8内的螺栓为支点，使跷板3的另一端向内摆动，在夹持臂1与机架7之间的柔性铰链2的作用下, 压电陶瓷预紧弹簧4上方的夹持臂1的下端也向内运动, 压电陶瓷驱动器9上端的夹持臂1上端向外运动，同时，在压电陶瓷预紧弹簧4的预紧力作用下，两个夹持臂1向内变形，从而压电陶瓷驱动器9上方的夹持头5向内运动，压电陶瓷预紧弹簧4上方的夹持头5向外运动，从而通过柔性铰链2将夹持臂1的摆动转化为夹持头5的相对运动，同时夹持臂上的夹持臂预紧弹簧6夹紧夹持臂1，从而形成夹持头的搓动，压电陶瓷预紧弹簧4上方的夹持头5端面倾斜设置，当压电陶瓷驱动器9上端的夹持头5与压电陶瓷预紧弹簧4上端的夹持头5相夹持时，端面贴合效果好，夹持效果好。
综上所述，本发明一种具有搓动功能的压电微夹钳，用于要求有微转动的场合，如光纤束的夹持与搓动、细胞的夹持与搓动，通过夹持臂的相对运动控制，实现夹持头在相互靠近的同时，具有相对运动，即可实现微搓动功能，压电陶瓷预紧弹簧4上端的夹持头5倾斜设置，使两个端面贴合效果好，夹持效果好，通过设置夹持臂预紧弹簧6，两个夹持臂1的预紧效果更好，机构整体更加稳定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种具有搓动功能的压电微夹钳，其特征在于，包括U形状的机架(7)，所述机架(7)上端相对的内壁通过柔性铰链(2)活动安装有夹持臂(1)，两个所述夹持臂(1)上端均固定连接有夹持头(5)，所述夹持臂(1)下端通过柔性铰链(2)活动安装有跷板(3)，所述跷板(3)端面中心处开设有圆柱面约束孔(8)，且跷板(3)以圆柱面约束孔(8)为轴做旋转运动，所述跷板(3)两端下方与机架(7)内部底端之间分别固定安装有压电陶瓷预紧弹簧(4)和压电陶瓷驱动器(9)，所述压电陶瓷预紧弹簧(4)和压电陶瓷驱动器(9)分别置于两个所述夹持臂(1)下方，置于所述压电陶瓷预紧弹簧(4)上方的夹持头(5)端面上方向外倾斜，两个所述夹持臂(1)之间固定连接有夹持臂预紧弹簧(6)；
所述夹持臂预紧弹簧(6)为长条状弹性板材，且两端呈90度弯折；
所述机架(7)内部底部开设有两个安装槽，所述压电陶瓷预紧弹簧(4)和压电陶瓷驱动器(9)分别安装在两个所述安装槽内；
装配时，调节压电陶瓷预紧弹簧(4)的预紧力，然后将装配好的夹钳通过四个螺栓和固定螺栓孔(10)固定在微操作机构末端，螺栓贯穿圆柱面约束孔(8)，使跷板(3)以圆柱面约束孔(8)内的螺栓为轴做旋转运动，通过螺栓的约束，只有切向自由度，通过此约束将压电陶瓷预紧弹簧(4)的变形转换为跷板(3)的摆动；
使用时，使宏动平台和微动平台移动到微夹持对象的初始位置，对压电陶瓷驱动器(9)施加通过功率放大器放大后的电压，压电陶瓷驱动器(9)伸长，压电陶瓷驱动器(9)通过柔性铰链(2)将跷板(3)一端向外推，跷板(3)以圆柱面约束孔(8)内的螺栓为支点，使跷板(3)的另一端向内摆动，在夹持臂(1)与机架(7)之间的柔性铰链(2)的作用下，压电陶瓷预紧弹簧(4)上方的夹持臂(1)的下端也向内运动，压电陶瓷驱动器(9)上端的夹持臂(1)上端向外运动，同时，在压电陶瓷预紧弹簧(4)的预紧力作用下，两个夹持臂(1)向内变形，从而压电陶瓷驱动器(9)上方的夹持头(5)向内运动，压电陶瓷预紧弹簧(4)上方的夹持头(5)向外运动，从而通过柔性铰链(2)将夹持臂(1)的摆动转化为夹持头(5)的相对运动，同时夹持臂上的夹持臂预紧弹簧(6)夹紧夹持臂(1)，从而形成夹持头的搓动。
2.根据权利要求1所述的一种具有搓动功能的压电微夹钳，其特征在于：两个所述夹持臂(1)以夹持臂预紧弹簧(6)为轴对称分布。
3.根据权利要求1所述的一种具有搓动功能的压电微夹钳，其特征在于：所述机架(7)端面开设有固定螺栓孔(10)。
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