CN112688590A - 一种可调节式三级位移放大微夹持器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节式三级位移放大微夹持器，属于微机电领域，包括柔顺放大机构和压电陶瓷驱动器，以及调节机构和外壳，柔顺放大机构由框架、桥式放大机构、两个杠杆放大机构以及微夹钳组成，微夹持器整体为轴对称结构；本发明在保证较大的位移放大倍数的同时，通过加入调节机构来进行放大倍数的调节，实现微夹持器两种动态特性之间的切换。

Description

一种可调节式三级位移放大微夹持器

技术领域

本发明涉及一种可调节式三级位移放大微夹持器，可用于微系统的操作、微器件装配、微焊接以及微小物体的移动操作，属于微机电系统领域。

背景技术

随着微机电系统技术、微纳操作技术及光学等领域的研究进步，微夹持器的应用得到了极大的发展。微夹持器是微零件系统装配等过程中重要的操作执行器，其在微机电系统中，在微设备零件的加工、零部件装配以及生物工程等领域均有很好的应用前景。如在微机电系统领域中，微夹持器可以用来将微轴、微螺钉、微电阻等微零件装配成所需要的微操作部件。柔性铰链由于无装配误差、无摩擦等优点被微夹持器广泛使用，柔性铰链构成的柔性位移放大机构与压电陶瓷驱动器组成的微夹持器是重要的研究方向，能够实现较高的运动精度和大工作行程。不同微夹持器的静动态特性也存在较大的差异。

目前存在的压电微夹持器大多只有一种固定的动态特性，且行程固定，无法根据被夹持物件尺寸等因素进行调节，在泛用性与灵活度方面有待提高。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可调节式三级位移放大微夹持器，该微夹持器在压电驱动柔顺机构的基础上，加入调节装置，使其能够通过手动调节实现两种工作模式，并添加外壳实现整体的装配。该夹持器在可调节的基础上，兼顾了较大的位移放大倍数与刚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种可调节式三级位移放大微夹持器，包括柔顺放大机构1和压电陶瓷驱动器2、调节机构3和外壳4；压电陶瓷驱动器2安装在柔顺放大机构1内，柔顺放大机构1和调节机构3安装在外壳4内；

所述的柔顺放大机构1为对称结构，包括桥式放大机构5、第二级杠杆放大机构6、第三级杠杆放大机构7和微夹钳8和框架9；所述的框架9为口字型结构，顶端中部开口，用于连接微夹钳8；所述的微夹钳8水平固定在框架9内，微夹钳8的底端固定在框架9的底端，微夹钳8的尖端穿过框架9顶端的开口，微夹钳8的上部与框架9顶端的开口固定连接；所述的桥式放大机构5水平固定在框架9的底部，微夹钳8位于桥式放大机构5的中轴线上；所述的第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7共两组，对称布置在微夹钳8的两侧，微夹钳8的两侧分别与两个第三级杠杆放大机构7通过柔性铰链连接；每组中，第三级杠杆放大机构7与第二级杠杆放大机构6通过柔性铰链连接，用于将第二级输出的水平位移进一步放大，并带动微夹钳8旋转；每组中，第二级杠杆放大机构6与桥式放大机构5通过柔性铰链连接，用于将桥式放大机构5输出的竖直位移转化为水平位移并放大；

所述的压电陶瓷驱动器2安装在桥式放大机构5内，压电陶瓷驱动器2的输出端与桥式放大机构5的输入端连接，用于将压电陶瓷驱动器2的水平位移转化为竖直位移并放大；

所述的调节机构3包括顶板、两个C形框架结构和把手，所述的C形框架结构沿顶板中轴线对称布置在顶板下表面，通过直梁型柔性铰链与顶板连接，以实现角度旋转；顶板的两侧与外壳4配合安装，且可上下移动，C形框架结构的内侧与两组第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7的外侧形成面接触配合，从而将调节机构3配合安装在柔顺放大机构1上；把手固定在顶板的上表面，并从外壳4上设置的通孔伸出，通过下压把手，将第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7固定为一个整体部分进行运动，进一步带动微夹钳8旋转，完成调节功能。

桥式放大机构5所用的柔性铰链为直梁型柔性铰链；第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7所用柔性铰链为圆弧形柔性铰链。

所述的柔顺放大机构1是通过板材线切割一体成型得到。柔顺放大机构1和调节机构3通过轴孔配合连接安装在外壳4内。

所述的调节机构3与外壳4通过卡扣进行连接，同时保证调节机构3在行程的两端能够锁住并正常工作。

所述的外壳4通过螺栓连接的方式进行固定，在保证整体稳定性与可靠性的同时，支持将其整体安装于其他平台上。

相对于现有技术，本发明的有益效果是：

1、在传统微夹持器的基础上，加入调节机构，使其动态特性能够被调节。

2、采用柔性铰链机构，在较大的位移放大数的前提下兼具一定的刚度，同时缩小了整体机构的尺寸。

3、整个柔顺放大机构为线切割一体加工制成，具有整体性好、体积小、无机械摩擦、夹持精度高的特点。

4、体积小，重量轻、操作方便，适用于微机电系统的精密操作以及微型器件的装配。

附图说明

图1是本发明的可调节式三级位移放大微夹持器的整体装配效果图；

图2是本发明的可调节式三级位移放大微夹持器的爆炸视图；

图3是调节机构与柔顺放大机构配合效果图；

图4是框架的结构示意图；

图5是桥式放大机构的结构示意图；

图6(a)和图6(b)分别是第二级杠杆放大机构和第三级杠杆放大机构示意图；

图7是微夹钳结构示意图；

图8是整体结构内部剖视图；

图9是柔顺放大机构的布置示意图；

图10是调节机构示意图。

图中：1、柔顺放大机构；2、压电陶瓷驱动器；3、调节机构；4、外壳；

5、桥式放大机构；6、第二级杠杆放大机构；7、第三级杠杆放大机构；

8、微夹钳；9、框架。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

如图1-3所示，本发明的一种可调节式三级位移放大微夹持器，包括柔顺放大机构1和压电陶瓷驱动器2，以及调节机构3和外壳4。压电陶瓷驱动器2的输出端与柔性放大机构1的输入端连接。

如图8和图9所示，柔顺放大机构1包括桥式放大机构5与第二级杠杆放大机构6以及第三级杠杆放大机构7和一个微夹钳8以及框架9；桥式放大机构5的输入端与压电陶瓷驱动器2的输出端连接，用于将压电陶瓷驱动器2的水平位移转化为竖直位移并放大；第二级杠杆放大机构6与桥式放大机构5通过柔性铰链连接，用于将桥式放大机构输出的竖直位移转化为水平位移并放大；所述第三级杠杆放大机构7与第二级杠杆放大机构6通过柔性铰链连接，用于将第二级输出的水平位移进一步放大，并带动微夹钳8旋转；微夹钳8与第三级杠杆放大机构7通过柔性铰链连接；其中，桥式放大机构5如图5所示，第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7分别如图6(a)和图6(b)所示，微夹钳8如图7所示；框架9的结构如图4所示，框架9下部与桥式放大机构5连接，上部与微夹钳8连接，使其成为一个整体的柔顺机构；柔顺放大机构1与外壳4通过轴孔配合连接。

如图10所示，调节机构3顶板上的把手通过外壳4上部的通孔伸出，便于手动控制，按下把手时调节机构3工作；两侧通过卡扣与外壳4下部连接，并可进行上下滑动；C形框架结构按中轴线对称布置，其内侧与第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7的外侧对应，把手按下时调节机构3工作，可形成面接触配合，将第二级杠杆放大机构6和第三级杠杆放大机构7固定并作为一个整体部分进行运动，进一步带动微夹钳8旋转，完成调节功能。

本发明的工作原理：首先按照图中所示将机构装配，然后可将微夹持器固定于微动平台或宏动平台作为末端执行器使用，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，调节机构3抬起时，微夹持器可完成夹紧动作，即对压电陶瓷驱动器2施加通过功率放大器放大后的电压，压电陶瓷驱动器2伸长，从而驱动桥式放大机构5两端向外运动，带动第二级杠杆放大机构6的一端向下运动，从而另一端向上，带动第三级杠杆放大机构7的外侧一端向上运动，从而带动微夹钳8下方的两端向外运动，微夹钳夹紧；调节机构3放下时，微夹持器可完成张开动作，即调节机构3放下时，会将柔顺放大机构1的上部国定为一个整体，此时对压电陶瓷驱动器2施加通过功率放大器放大后的电压，压电陶瓷驱动器2伸长，从而驱动桥式放大机构5两端向外运动，从而带动上方的整体进行旋转，从而使微夹钳8下方的两端向内运动，微夹钳8张开。

Claims (5)

1.一种可调节式三级位移放大微夹持器，其特征在于，所述的可调节式三级位移放大微夹持器包括柔顺放大机构(1)和压电陶瓷驱动器(2)、调节机构(3)和外壳(4)；压电陶瓷驱动器(2)安装在柔顺放大机构(1)内，柔顺放大机构(1)和调节机构(3)安装在外壳(4)内；

所述的柔顺放大机构(1)为对称结构，包括桥式放大机构(5)、第二级杠杆放大机构(6)、第三级杠杆放大机构(7)和微夹钳(8)和框架(9)；所述的框架(9)为口字型结构，顶端中部开口，用于连接微夹钳(8)；所述的微夹钳(8)水平固定在框架(9)内，微夹钳(8)的底端固定在框架(9)的底端，微夹钳(8)的尖端穿过框架(9)顶端的开口，微夹钳(8)的上部与框架(9)顶端的开口固定连接；所述的桥式放大机构(5)水平固定在框架(9)的底部，微夹钳(8)位于桥式放大机构(5)的中轴线上；所述的第二级杠杆放大机构(6)和第三级杠杆放大机构(7)共两组，对称布置在微夹钳(8)的两侧，微夹钳(8)的两侧分别与两个第三级杠杆放大机构(7)通过柔性铰链连接；每组中，第三级杠杆放大机构(7)与第二级杠杆放大机构(6)通过柔性铰链连接，用于将第二级输出的水平位移进一步放大，并带动微夹钳(8)旋转；每组中，第二级杠杆放大机构(6)与桥式放大机构(5)通过柔性铰链连接，用于将桥式放大机构(5)输出的竖直位移转化为水平位移并放大；

所述的压电陶瓷驱动器(2)安装在桥式放大机构(5)内，压电陶瓷驱动器(2)的输出端与桥式放大机构(5)的输入端连接，用于将压电陶瓷驱动器(2)的水平位移转化为竖直位移并放大；

所述的调节机构(3)包括顶板、两个C形框架结构和把手，所述的C形框架结构沿顶板中轴线对称布置在顶板下表面，通过直梁型柔性铰链与顶板连接，以实现角度旋转；顶板的两侧与外壳(4)配合安装，且可上下移动，C形框架结构的内侧与两组第二级杠杆放大机构(6)和第三级杠杆放大机构(7)的外侧形成面接触配合，从而将调节机构(3)配合安装在柔顺放大机构(1)上；把手固定在顶板的上表面，并从外壳(4)上设置的通孔伸出，通过下压把手，将第二级杠杆放大机构(6)和第三级杠杆放大机构(7)固定为一个整体部分进行运动，进一步带动微夹钳(8)旋转，完成调节功能。

2.根据权利要求1所述的一种可调节式三级位移放大微夹持器，其特征在于，桥式放大机构(5)所用的柔性铰链为直梁型柔性铰链；第二级杠杆放大机构(6)和第三级杠杆放大机构(7)所用柔性铰链为圆弧形柔性铰链。

3.根据权利要求1或2所述的一种可调节式三级位移放大微夹持器，其特征在于，所述的柔顺放大机构(1)是通过板材线切割一体成型得到；柔顺放大机构(1)和调节机构(3)通过轴孔配合连接安装在外壳(4)内。

4.根据权利要求1或2所述的一种可调节式三级位移放大微夹持器，其特征在于，所述的调节机构(3)与外壳(4)通过卡扣进行连接，同时保证调节机构(3)在行程的两端能够锁住并正常工作。

5.根据权利要求3所述的一种可调节式三级位移放大微夹持器，其特征在于，所述的调节机构(3)与外壳(4)通过卡扣进行连接，同时保证调节机构(3)在行程的两端能够锁住并正常工作。

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