CN113829248A - 一种薄板结构的压电柔顺微夹钳 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种薄板结构的压电柔顺微夹钳，包括夹爪、放大与导向机构、中间连接部、执行器安装基座组件和压电执行器。所述夹爪包括左右两部分，分别通过放大与导向机构或中间连接部固定在执行器安装基座组件上；所述压电执行器一端与放大与导向机构相连，另一端固定安装在执行器安装基座组件上；其中，放大与导向机构由碳纤维薄板通过激光切割成形并采用插销方式连接构成。当驱动电信号作用在压电执行器上时，压电执行器产生变形并通过放大与导向机构带动夹爪平行移动，实现对微型零件的夹持。本发明具有结构紧凑、重量轻、加工成本低、易于加工制造实现、驱动功率小等优点，为实现微装配和微操作系统的轻量化、微型化创造了条件。

Description

一种薄板结构的压电柔顺微夹钳
技术领域
本发明涉及微装配和微操作技术领域，具体涉及一种薄板结构的压电柔顺微夹钳。
背景技术
微夹钳是微装配、微操作技术中最为常用的一种精密微操作设备。微夹钳通过位移放大和运动传递机构将精密微位移执行器输出的微位移放大，并传递到末端夹爪，能够驱动末端夹爪产生微米甚至纳米分辨率和精度，以及微米甚至毫米范围的运动，实现对微型零部件的精密夹持，在生物医学工程、微光机电系统制造、航空航天和国防军工等诸多领域有着广泛的应用前景。
目前，微夹钳中的精密微位移执行器主要有静电驱动执行器、电磁执行器、电热驱动执行器、形状记忆合金执行器和压电执行器等形式。其中，压电执行器具有位移分辨率高、输出驱动力大、频率响应范围宽和响应速度快等优点，是微夹钳中最常见的精密微位移执行器。由于压电执行器的输出位移小，需要通过位移放大结构将其输出位移放大。现有的微夹钳位移放大结构主要通过对金属材料线切割加工出柔顺机构构成，具有运动精度高、无空回、无摩擦、无需润滑等优点。但是，同时存在加工制造难度大、成本高、刚度高，以及对精密微位移执行器驱动功率要求高等缺点。因此，现有的压电微夹钳主要采用压电陶瓷叠堆执行器驱动，难以进一步实现微夹钳的轻量化和微型化，且价格昂贵。
随着微装配和微操作技术的不断发展及其应用的日渐广泛，多微夹钳协同装配和操作的需求也会越来越多，需要降低微夹钳的制造难度和成本，也对微夹钳的轻量化和微型化提出了更高的要求，以更好的适应行业和市场的需要。
发明内容
本发明的目的是通过将新材料与新型平面加工工艺相结合，提出一种结构紧凑、重量轻、加工成本低、易于加工制造实现、驱动功率小的薄板结构的压电柔顺微夹钳。解决现有微夹钳存在的加工制造难度大、成本高、对精密微位移执行器驱动功率要求高的缺点，为实现微装配和微操作系统的轻量化、微型化创造条件。
本发明的技术方案如下：
本发明所述的一种薄板结构的压电柔顺微夹钳，包括夹爪、放大与导向机构、中间连接部、执行器安装基座组件和压电执行器。
所述夹爪包括左右对称的两部分，该两部分分别通过中间连接部固定在安装基座组件上。并且至少一个夹爪与中间连接部之间连接有放大与导向机构。所述压电执行器一端与放大与导向机构相连，另一端固定安装在安装基座组件上。
所述放大与导向机构是由柔性铰和采用插销结构连接的薄板构成的平行四边形机构。其中两块左右平行的薄板与两块前后平行的薄板相互采用插销结构连接，并在左右平行的两块薄板的前后位置设置有两组柔性铰，铰轴方向为薄板宽度方向。各薄板是采用碳纤维薄板。
当驱动电信号作用在压电执行器上时，压电执行器产生变形并通过放大与导向机构带动夹爪平行移动，实现对微型零件的夹持。
进一步地，所述放大与导向机构的左右平行薄板的内侧薄板上通过插销结构固定有垂直薄板作为输入部，与压电执行器的输出端相连，所述连接部设置在薄板的前后两组柔性铰之间的位置。
进一步地，所述柔性铰是通过在薄板上沿宽度方向切割出长条形通孔，得到至少两条较薄的连接部而构成，即该部分为在薄板上形成的弱化结构。
进一步地，所述插销结构是由在一块薄板上切割出的长方形通孔和在另一块薄板边缘切割出的锥形凸出部相插接配合构成，使得两块薄板以相互垂直关系相连。
本发明具有以下优点：
1. 本发明所述薄板结构的压电柔顺微夹钳通过在碳纤维薄板材料上激光切割出微夹钳各部分结构，通过插销结构形式相连得到，具有结构简单紧凑、重量轻、加工成本低、易于实现、驱动功率小等优点。
2. 本发明所述薄板结构的压电柔顺微夹钳采用平行四边形柔性铰链放大机构，实现压电执行器输出的微小位移放大，能够保证夹爪的平行移动和具有较高的位移分辨率。
3. 本发明所述薄板结构的压电柔顺微夹钳主要用薄板结构构成，易于在薄板上粘贴应变片和执行器，实现分布式传感和执行，并构成具有反馈控制的闭环系统，进一步提高操作的精确度。
附图说明
图1为本发明中实施例一的结构示意图；
图2为本发明中实施例一的爆炸视图；
图3为本发明中实施例二的结构示意图；
图4为本发明中实施例二的爆炸视图；
图5为本发明中实施例三的结构示意图；
图6为本发明中实施例四的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
实施例一：
如图1和图2所示，薄板结构的压电柔顺微夹钳包括夹爪1、放大与导向机构2、中间连接部4、安装基座组件5和压电执行器8。
其中夹爪1包括左右两部分，一部分依次通过放大与导向机构2和中间连接部4固定在执行器安装基座组件5上，另一部分直接通过中间连接部4固定在执行器安装基座组件5上。
其中压电执行器8为长条形压电陶瓷单晶执行器，其一端与放大与导向机构2上的输入部连接，另一端通过两个内六角螺栓连接方式固定安装在U形盒状结构的执行器安装基座组件5的中间位置。
本压电柔顺微夹钳除压电执行器8外，其余各部分如夹爪1、放大与导向机构2、中间连接部4、安装基座组件5等均由碳纤维薄板结构件通过由长方形通孔6和锥形凸出部7相配合构成的插销结构连接实现。
本实施例中，所述放大与导向机构2由两端固连的具有柔性铰3的左右两块平行薄板构成平行四边形机构。薄板9垂直连于两个平行薄板之间起到结构增强的作用。柔性铰3是通过在每块平行薄板上沿宽度方向切割出两条长条形通孔后，得到的三条较薄的连接部而构成，其铰轴方向为薄板宽度方向。该柔性铰3有两组，分别位于左右平行的两块薄板的前后位置。每组柔性铰3有两个铰，分别设置在两块薄板左右相对的位置上。
在本实施例中，所述放大与导向机构2的左右平行薄板的内侧薄板上通过插销结构固定有垂直薄板作为输入部11，与压电执行器8的末端相连，所述输入部11设置在薄板的前后两个柔性铰3之间的位置。
在本实施例中，中间连接部4是由六块薄板采用插销结构连接构成的盒状结构。
在本实施例中，安装基座组件5为U形结构，U形的两端分别通过插销结构连接中间连接部4，U形结构的中间连接压电执行器8。
在本实施例中，各薄板都是通过激光切割碳纤维薄板得到。
工作时，通过在压电执行器8施加电压，驱动其末端弯曲变形，并推动放大与导向机构2绕靠近安装基座组件5一侧柔性铰3转动，在平行四边形机构的作用下带动夹爪1末端产生平行运动，呈现出夹爪张开的状态。
实施例二：
如图3和图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：薄板结构的压电柔顺微夹钳左右结构对称，即在左右均设置了压电执行器8，采用两个压电执行器8分别驱动左右夹爪1，使得整个微夹持器结构更加紧凑、输出位移大、分辨率高、运动灵活。
实施例三：
如图5所示，本实施例与实施例二的区别在于：通过改变前端夹爪1的安装位置，薄板结构的压电柔顺微夹钳的两个夹爪1初始状态并不闭合，具有一定的间距，能够适用于存在一定尺寸微型零件的夹持。例如设置两个夹爪初始间距1 mm时，适用于夹持尺寸为1 mm的微型零件。此时夹爪的位移量约为0.2 mm，能够在此范围内准确的调整夹持的位移量，以及相应产生的夹持力。
实施例四：
如图6所示，本实施例与实施例一、二、三的区别在于：薄板结构的压电柔顺微夹钳的执行器安装基座组件5采用3D打印的块状结构，相比前三种实施例，其重量有所增加，但是制作和安装更加简单。薄板结构部分可以通过粘贴或是螺钉锁紧的方式安装在执行器安装基座组件5上。
此外，可以将压电陶瓷单晶执行器更换为压电陶瓷双晶执行器，或是换成三角形压电陶瓷单晶执行器，甚至替换为压电陶瓷叠堆执行器。
同时，可以调整柔性铰3的结构形式，如椭圆式，即柔性铰的两侧弧线为椭圆一部分；直圆式，即柔性铰的两侧弧线为圆一部分，直梁式，即柔性铰的两侧弧线为直线等。
还可以根据输出位移需求，在放大与导向机构2基础上设计结构相对复杂的二级杠杆放大机构以得到不同实施例形式。
在上述说明书中，已经通过实施例描述了本发明的主要内容。然而，在不脱离如权利要求书所阐述的本发明的主要内容的情况下，可以进行各种修改和改变。本说明书中的附图是说明性而不是限制性的。因此，本发明的范围应当由权利要求及其符合法律规定的等效形式或实体确定，而非仅由所描述的实施例确定。

Claims (10)

1.一种薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：包括夹爪（1）、放大与导向机构（2）、中间连接部（4）、安装基座组件（5）和压电执行器（8）；所述夹爪（1）包括左右对称的两部分，分别通过中间连接部（4）固定在安装基座组件（5）上，并且至少一个夹爪（1）与中间连接部（4）之间连接放大与导向机构（2）；所述压电执行器（8）一端与放大与导向机构（2）相连，另一端固定安装在安装基座组件（5）上；
所述放大与导向机构（2）是由柔性铰（3）和采用插销结构连接的薄板（10）构成的平行四边形机构；其中两块左右平行的薄板与两块前后平行的薄板相互采用插销结构连接，并在左右平行的两块薄板的前后位置设置有两组柔性铰（3），铰轴方向为薄板宽度方向；
各薄板是碳纤维薄板。
2.根据权利要求1所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述放大与导向机构（2）的左右平行薄板的内侧薄板上通过插销结构固定有垂直薄板作为输入部（11），与压电执行器（8）相连，所述输入部（11）设置在薄板的前后两组柔性铰（3）之间的位置。
3.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述柔性铰（3）是通过在薄板上沿宽度方向切割出长条形通孔，得到至少两条较薄的连接部而构成。
4.根据权利要求3所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述长条形通孔是沿宽度方向切割出两个，得到的连接部为三条。
5.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述插销结构是由在一块薄板上切割出的长方形通孔（6）和在另一块薄板边缘切割出的锥形凸出部（7）相插接配合构成，使得两块薄板以相互垂直关系相连。
6.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述中间连接部（4）是由多块薄板采用插销结构连接构成的盒状结构。
7.根据权利要求1、2或3所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述安装基座组件（5）为U形结构，U形的两端分别连接中间连接部（4），中间连接压电执行器（8）。
8.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：各薄板是通过激光切割碳纤维薄板得到。
9.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述压电执行器（8）为长条形压电单晶执行器。
10.根据权利要求1或2所述的薄板结构的压电柔顺微夹钳，其特征在于：所述左右两个夹爪（1）在初始状态为闭合或不闭合状态。
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Citations (8)

* 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
US20090199651A1 (en) * 2008-02-11 2009-08-13 Korea Electronics Technology Institute Gripper and driving method using the same
CN103331748A (zh) * 2013-06-09 2013-10-02 北京航空航天大学 基于压电陶瓷驱动的小型化柔性微夹钳
CN109483515A (zh) * 2018-11-22 2019-03-19 天津大学 一种基于柔顺放大机构的内嵌驱动式恒力微夹持器
US10440870B1 (en) * 2018-11-13 2019-10-08 Te Connectivity Corporation Locking gripper head
CN111546312A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 天津大学 一种具有三级放大机构的二自由度折展立体微机械手
CN111571621A (zh) * 2020-05-11 2020-08-25 宁波大学 一种结构一体化钳指平动式柔顺机构压电微夹钳
EP3822042A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-19 Ningbo University Three-degree-of-freedom flexible hinge mechanism-type piezoelectric micro-gripper

Patent Citations (8)

* 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
US20090199651A1 (en) * 2008-02-11 2009-08-13 Korea Electronics Technology Institute Gripper and driving method using the same
CN103331748A (zh) * 2013-06-09 2013-10-02 北京航空航天大学 基于压电陶瓷驱动的小型化柔性微夹钳
US10440870B1 (en) * 2018-11-13 2019-10-08 Te Connectivity Corporation Locking gripper head
CN109483515A (zh) * 2018-11-22 2019-03-19 天津大学 一种基于柔顺放大机构的内嵌驱动式恒力微夹持器
EP3822042A1 (en) * 2019-11-13 2021-05-19 Ningbo University Three-degree-of-freedom flexible hinge mechanism-type piezoelectric micro-gripper
CN111546312A (zh) * 2020-04-24 2020-08-18 天津大学 一种具有三级放大机构的二自由度折展立体微机械手
CN111571621A (zh) * 2020-05-11 2020-08-25 宁波大学 一种结构一体化钳指平动式柔顺机构压电微夹钳

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王代华;杨群;: "一种压电致动微夹钳及其开环位移特性", 纳米技术与精密工程, no. 01 *

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