CN112659096B - 一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置，包括柔性铰链机械臂，所述柔性铰链机械臂包括底板，底板顶部的两侧均固定连接有第一柔性铰链，本发明所述的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法，通过第一压电陶瓷驱动器作为动力输出机构，能够带动操作臂随着第一压电陶瓷驱动器一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链向内侧拉动操作臂，在此过程中实现操作臂的夹紧，而第二压电陶瓷驱动器在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链进行导向，带动操作臂同方向运动，实现操作臂夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持‑拉拔功能，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作。
Description
技术领域
本发明属于夹持器领域，尤其是一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法。
背景技术
夹持器是握住物体进而操控物体的设备，它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体，运动设备往往模仿人体的运动，就夹持器而言，模仿的是手指的运动，“手指”本身并不属于夹持器，它们只是用于夹持物体的专用定制工具，称为“夹片，而目前夹持器只提高夹持功能，不具备夹持-拉拔功能，而且不方便对压电陶瓷驱动器进行更换，因此，有必要提供一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法解决上述技术问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的问题，本发明提供了一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法。
技术方案：一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置，包括柔性铰链机械臂，所述柔性铰链机械臂包括底板，所述底板顶部的两侧均固定连接有第一柔性铰链，两个所述第一柔性铰链的顶部固定连接有连接杆，所述连接杆表面的两侧均设置有第二柔性铰链，所述连接杆的顶部的两侧均固定连接有第三柔性铰链，所述第三柔性铰链的顶部固定连接有固定块，两个所述固定块相向的一侧均固定连接有第四柔性铰链，两个所述第四柔性铰链远离固定块的一侧均固定连接有菱形安装框，所述菱形安装框的内腔设置有第一压电陶瓷驱动器，所述固定块的顶部固定连接有第五柔性铰链，所述第五柔性铰链的顶部固定连接有操作臂，所述连接杆的底部与底板的顶部均设置有第二压电陶瓷驱动器，所述连接杆表面的轴心处设置有螺栓孔。
优选的，所述菱形安装框内腔的顶部和底部均开设有第一安装槽，所述第一压电陶瓷驱动器位于两个所述第一安装槽的内腔。
优选的，所述连接杆的底部与底板的顶部均开设有第二安装槽，所述第二压电陶瓷驱动器位于两个所述第二安装槽的内腔。
优选的，所述菱形安装框的顶部与底板的底部均螺纹连接有预紧螺栓。
一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置的操作方法，具体步骤包括：
S1：先挤压菱形安装框，可以将第一压电陶瓷驱动器安装于菱形安装框内，通过第一安装槽和第一压电陶瓷驱动器进行卡紧，然后对连接杆和底板向相反方向进行拉扯，可以把第二压电陶瓷驱动器安装于连接杆和底板之间，使其位于第二安装槽的内部，并对其进行卡紧；
S2：当需要拆卸第一压电陶瓷驱动器或者第二压电陶瓷驱动器时，反之上述操作即可，从而方便对第一压电陶瓷驱动器或者第二压电陶瓷驱动器进行更换；
S3：通过螺栓孔，将该装置与外接微动机构连接，然后通过转动两个预紧螺栓，将第一压电陶瓷驱动器或者第二压电陶瓷驱动器在腔体内预紧，使得第一压电陶瓷驱动器或者第二压电陶瓷驱动器可以与柔性铰链机械臂紧密贴合；
S4：然后将第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器插头通电，先启动第一压电陶瓷驱动器外部控制器，使第一压电陶瓷驱动器在电压作用下伸长，而第一压电陶瓷驱动器的轴向运动，通过第三柔性铰链和第四柔性铰链带动操作臂随着第一压电陶瓷驱动器一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链向内侧拉动操作臂，在此过程中实现操作臂的夹紧；
S5：然后启动第二压电陶瓷驱动器外部控制器，使第二压电陶瓷驱动器在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链进行导向，带动操作臂同方向运动，实现操作臂夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持-拉拔功能，以上通过第一压电陶瓷驱动器和第二压电陶瓷驱动器的配合，实现夹紧-拉拔功能，便于将微纳米尺度的物体从基地材料上拉拔出来，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作，例如将纤维丝从基地材料上拉拔出来，并且在第五柔性铰链处粘贴应变片，可实现力反馈功能且结构紧凑，成本低，控制简单。
本发明的有益效果：
(1)本发明所述的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法，通过第一压电陶瓷驱动器作为动力输出机构，能够带动操作臂随着第一压电陶瓷驱动器一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链向内侧拉动操作臂，在此过程中实现操作臂的夹紧，而第二压电陶瓷驱动器在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链进行导向，带动操作臂同方向运动，实现操作臂夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持-拉拔功能，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作，例如将纤维丝从基地材料上拉拔出来；
(2)本发明所述的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置及方法，通过设置第一安装槽，能够方便对第一压电陶瓷驱动器进行拆装；
通过设置第二安装槽，能够方便对第二压电陶瓷驱动器进行拆装；
通过设置预紧螺栓，能够对第一压电陶瓷驱动器或者第二压电陶瓷驱动器进行预紧。
附图说明
图1为本发明提出的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置的整体示意图；
图2是图1所示的柔性铰链机械臂立体图；
图3是图1所示A的局部放大图；
图4是图1所示B的局部放大图。
附图标记为：1、柔性铰链机械臂；2、底板；3、第一柔性铰链；4、连接杆；5、第二柔性铰链；6、第三柔性铰链；7、固定块；8、第四柔性铰链；9、菱形安装框；10、第一压电陶瓷驱动器；11、第五柔性铰链；12、操作臂；13、第二压电陶瓷驱动器；14、螺栓孔；15、第一安装槽；16、第二安装槽；17、预紧螺栓。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图4所示，本发明的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置，包括柔性铰链机械臂1，柔性铰链机械臂1包括底板2，底板2顶部的两侧均固定连接有第一柔性铰链3，两个第一柔性铰链3的顶部固定连接有连接杆4，连接杆4表面的两侧均设置有第二柔性铰链5，连接杆4的顶部的两侧均固定连接有第三柔性铰链6，第三柔性铰链6的顶部固定连接有固定块7，两个固定块7相向的一侧均固定连接有第四柔性铰链8，两个第四柔性铰链8远离固定块7的一侧均固定连接有菱形安装框9，菱形安装框9的内腔设置有第一压电陶瓷驱动器10，固定块7的顶部固定连接有第五柔性铰链11，第五柔性铰链11的顶部固定连接有操作臂12，连接杆4的底部与底板2的顶部均设置有第二压电陶瓷驱动器13，连接杆4表面的轴心处设置有螺栓孔14，通过第一压电陶瓷驱动器10作为动力输出机构，能够带动操作臂12随着第一压电陶瓷驱动器10一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链8向内侧拉动操作臂12，在此过程中实现操作臂12的夹紧，而第二压电陶瓷驱动器13在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链5进行导向，带动操作臂12同方向运动，实现操作臂12夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持-拉拔功能，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作，例如将纤维丝从基地材料上拉拔出来。
优选的，菱形安装框9内腔的顶部和底部均开设有第一安装槽15，第一压电陶瓷驱动器10位于两个第一安装槽15的内腔，通过设置第一安装槽15，能够方便对第一压电陶瓷驱动器10进行拆装。
优选的，连接杆4的底部与底板2的顶部均开设有第二安装槽16，第二压电陶瓷驱动器13位于两个第二安装槽16的内腔，通过设置第二安装槽16，能够方便对第二压电陶瓷驱动器13进行拆装。
优选的，菱形安装框9的顶部与底板2的底部均螺纹连接有预紧螺栓17，通过设置预紧螺栓17，能够对第一压电陶瓷驱动器10或者第二压电陶瓷驱动器13进行预紧。
一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置的操作方法，具体步骤包括：
S1：先挤压菱形安装框9，可以将第一压电陶瓷驱动器10安装于菱形安装框9内，通过第一安装槽15和第一压电陶瓷驱动器10进行卡紧，然后对连接杆4和底板2向相反方向进行拉扯，可以把第二压电陶瓷驱动器13安装于连接杆4和底板2之间，使其位于第二安装槽16的内部，并对其进行卡紧；
S2：当需要拆卸第一压电陶瓷驱动器10或者第二压电陶瓷驱动器13时，反之上述操作即可，从而方便对第一压电陶瓷驱动器10或者第二压电陶瓷驱动器13进行更换；
S3：通过螺栓孔14，将该装置与外接微动机构连接，然后通过转动两个预紧螺栓17，将第一压电陶瓷驱动器10或者第二压电陶瓷驱动器13在腔体内预紧，使得第一压电陶瓷驱动器10或者第二压电陶瓷驱动器13可以与柔性铰链机械臂1紧密贴合；
S4：然后将第一压电陶瓷驱动器10和第二压电陶瓷驱动器13插头通电，先启动第一压电陶瓷驱动器10外部控制器，使第一压电陶瓷驱动器10在电压作用下伸长，而第一压电陶瓷驱动器10的轴向运动，通过第三柔性铰链6和第四柔性铰链8带动操作臂12随着第一压电陶瓷驱动器10一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链8向内侧拉动操作臂12，在此过程中实现操作臂12的夹紧；
S5：然后启动第二压电陶瓷驱动器13外部控制器，使第二压电陶瓷驱动器13在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链5进行导向，带动操作臂12同方向运动，实现操作臂12夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持-拉拔功能，以上通过第一压电陶瓷驱动器10和第二压电陶瓷驱动器13的配合，实现夹紧-拉拔功能，便于将微纳米尺度的物体从基地材料上拉拔出来，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作，例如将纤维丝从基地材料上拉拔出来，并且在第五柔性铰链11处粘贴应变片，可实现力反馈功能且结构紧凑，成本低，控制简单。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置，包括柔性铰链机械臂(1)，其特征在于：所述柔性铰链机械臂(1)包括底板(2)，所述底板(2)顶部的两侧均固定连接有第一柔性铰链(3)，两个所述第一柔性铰链(3)的顶部固定连接有连接杆(4)，所述连接杆(4)表面的两侧均设置有第二柔性铰链(5)，所述连接杆(4)的顶部的两侧均固定连接有第三柔性铰链(6)，所述第三柔性铰链(6)的顶部固定连接有固定块(7)，两个所述固定块(7)相向的一侧均固定连接有第四柔性铰链(8)，两个所述第四柔性铰链(8)远离固定块(7)的一侧均固定连接有菱形安装框(9)，所述菱形安装框(9)的内腔设置有第一压电陶瓷驱动器(10)，所述固定块(7)的顶部固定连接有第五柔性铰链(11)，所述第五柔性铰链(11)的顶部固定连接有操作臂(12)，所述连接杆(4)的底部与底板(2)的顶部均设置有第二压电陶瓷驱动器(13)，所述连接杆(4)表面的轴心处设置有螺栓孔(14)；
所述菱形安装框(9)内腔的顶部和底部均开设有第一安装槽(15)，所述第一压电陶瓷驱动器(10)位于两个所述第一安装槽(15)的内腔；
所述连接杆(4)的底部与底板(2)的顶部均开设有第二安装槽(16)，所述第二压电陶瓷驱动器(13)位于两个所述第二安装槽(16)的内腔。
2.根据权利要求1所述的一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置，其特征在于：所述菱形安装框(9)的顶部与底板(2)的底部均螺纹连接有预紧螺栓(17)。
3.一种具有夹紧拉拔功能的双驱动微纳操作装置的操作方法，其特征在于，所述操作方法通过如权利要求1或2所述双驱动微纳操作装置实现，具体步骤包括：
S1：先挤压菱形安装框(9)，可以将第一压电陶瓷驱动器(10)安装于菱形安装框(9)内，通过第一安装槽(15)和第一压电陶瓷驱动器(10)进行卡紧，然后对连接杆(4)和底板(2)向相反方向进行拉扯，可以把第二压电陶瓷驱动器(13)安装于连接杆⑷和底板⑵之间，使其位于第二安装槽(16)的内部，并对其进行卡紧；
S2：当需要拆卸第一压电陶瓷驱动器(10)或者第二压电陶瓷驱动器(13)时，反之上述操作即可，从而方便对第一压电陶瓷驱动器(10)或者第二压电陶瓷驱动器(13)进行更换；
S3：通过螺栓孔(14)，将该装置与外接微动机构连接，然后通过转动两个预紧螺栓(17)，将第一压电陶瓷驱动器(10)或者第二压电陶瓷驱动器(13)在腔体内预紧，使得第一压电陶瓷驱动器(10)或者第二压电陶瓷驱动器(13)可以与柔性铰链机械臂(1)紧密贴合；
S4：然后将第一压电陶瓷驱动器(10)和第二压电陶瓷驱动器(13)插头通电，先启动第一压电陶瓷驱动器(10)外部控制器，使第一压电陶瓷驱动器(10)在电压作用下伸长，而第一压电陶瓷驱动器(10)的轴向运动，通过第三柔性铰链(6)和第四柔性铰链(8)带动操作臂(12)随着第一压电陶瓷驱动器(10)一同运动，并在桥式放大机构中两侧的第四柔性铰链(8)向内侧拉动操作臂(12)，在此过程中实现操作臂(12)的夹紧；
S5：然后启动第二压电陶瓷驱动器(13)外部控制器，使第二压电陶瓷驱动器(13)在电压作用下工作伸长，通过第二柔性铰链(5)进行导向，带动操作臂(12)同方向运动，实现操作臂(12)夹紧状态下的拉拔功能，由此实现具有夹持-拉拔功能，以上通过第一压电陶瓷驱动器(10)和第二压电陶瓷驱动器(13)的配合，实现夹紧-拉拔功能，便于将微纳米尺度的物体从基地材料上拉拔出来，以上结构的配合，适用于微纳尺度的物体在基体机构的脱离操作，例如将纤维丝从基地材料上拉拔出来，并且在第五柔性铰链(11)处粘贴应变片，可实现力反馈功能。
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