CN207344575U - 一种静电驱动的柔性微夹钳 - Google Patents
一种静电驱动的柔性微夹钳 Download PDFInfo
- Publication number
- CN207344575U CN207344575U CN201721157115.7U CN201721157115U CN207344575U CN 207344575 U CN207344575 U CN 207344575U CN 201721157115 U CN201721157115 U CN 201721157115U CN 207344575 U CN207344575 U CN 207344575U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- clamp
- flexible
- micro
- clamp arm
- turning joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000007514 turning Methods 0.000 claims description 29
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 239000013566 allergen Substances 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Micromachines (AREA)
Abstract
本实用新型公开一种静电驱动的柔性微夹钳，其包括微夹钳本体、控制器、静电驱动器、电容式力传感器，其中，微夹钳本体包括一对夹臂、柔性传动机构和柔性导向部件，一对夹臂通过柔性传动机构分别与静电驱动器和电容式力传感器相连接，柔性导向部件设置在静电驱动器和电容式力传感器上。本实用新型实现了在两个互相垂直方向上的对夹持力和环境接触力的测量，提高了夹持的精度，并且整体结构紧凑，有效降低制造成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及微型自动机械技术领域，具体是一种静电驱动的柔性微夹钳。
背景技术
基于柔性机构的微夹钳具有无摩擦、无磨损、无需润滑、运动精度高、结构简易等优点。作为一种典型的微执行器，微夹钳在微操作技术、微装配系统、生物工程等领域中有着广泛应用。微夹钳具有多种驱动方式，如电热驱动、静电驱动、压电驱动、电磁驱动等。其中，电热驱动的微夹钳具有驱动力大、驱动电压低等特点，但是其工作温度高，不适用于对温度敏感物体进行夹持；压电驱动的微夹钳具有响应快、带宽大等优点，但是压电驱动的方式具有迟滞、蠕变等非线性特性，控制过程较为复杂；电磁力驱动的微夹钳能够做到无线驱动，但是其电磁线圈结构复杂，难以采用MEMS工艺加工；静电驱动的微夹钳具有响应快、无迟滞非线性等优点，而且兼容于MEMS工艺，所以被广泛采用于微夹钳领域。
在现有技术中，很多静电驱动的微夹钳，例如中国专利：CN1188340C，CN1840297A等中记载的微夹钳只具有夹持功能。为了避免对被夹持物体造成损坏，中国专利CN101407060B，CN2352945Y，CN101327592B等介绍了对夹持力进行传感的技术。
为了避免微夹钳与环境接触时造成微夹钳本身的损坏，应该对环境的接触力进行感测和传感，但是很多具有力传感功能的微夹钳大多只能对夹持力进行测量，很少能够实现对环境的接触力的测量。美国专利US8317245B2通过采用两个传感器实现了对夹持力和接触力的测量，但是其微夹钳的结构复杂、难于加工制造、尺寸大、成本高等。目前，现有的静电驱动柔性微夹钳只能实现一维的力传感，需要两个传感器才能实现二维的力传感，这就造成了微夹钳结构复杂、制造成本高。
实用新型内容
针对现有技术中出现的问题，克服现有微夹钳的缺点，本实用新型提供一种静电驱动的柔性微夹钳，其能够对夹持和接触两个方向上的力进行传感。
具体地，本实用新型提供一种静电驱动的柔性微夹钳，其包括微夹钳本体、控制器、静电驱动器、电容式力传感器，其中，微夹钳本体包括一对夹臂、柔性传动机构和柔性导向部件，一对夹臂通过柔性传动机构分别与静电驱动器和电容式力传感器相连接，柔性导向部件设置在静电驱动器和电容式力传感器上。
作为优选，一对夹臂中的第一夹臂依此通过柔性传动机构中的第一转动铰链和第一连接铰链与静电驱动器相连接，第二夹臂依此通过柔性传动机构中的第二转动铰链和第二连接铰链与电容式力传感器相连接。
作为优选，柔性导向部件包括驱动器柔性导向梁和传感器导向梁，其中，驱动器柔性导向梁与静电驱动器相连接，传感器柔性导向梁与电容式力传感器相连接。
作为优选，控制器包括高压运放芯片和电容-电压转换芯片，高压运放芯片采用PA69或者OPA454芯片，电容-电压转换芯片采用AD7746或MS3110芯片。
作为优选，电容式力传感器由竖向梳齿对组成，静电驱动器由横向梳齿对组成。
作为优选，第二夹臂、第二转动铰链和第二连接铰链的刚度相应地大于第一夹臂、第二转动铰链和第二连接铰链的刚度。
作为优选，第一转动铰链和第二转动铰链采用复合式柔性旋转铰链形式，第一连接铰链采用折叠式柔性铰链形式，第二连接铰链采用单一柔性梁形式。
作为优选，第一转动铰链的转动半径与第二转动铰链的转动半径不相等。
作为优选，还包括基座，其中，静电驱动器和电容式力传感器置于基座中。
本实用新型涉及的柔性微夹钳，通过单个力传感器结合传动机构实现了在两个互相垂直方向上的对夹持力和环境接触力的测量，并且通过柔性铰链提高了夹持的精度。此外，本实用新型通过集成静电驱动器与电容式力传感器，使得整体结构紧凑，兼容于IC制造工艺，可在硅晶圆上进行批量加工，降低了制造成本。
附图说明
图1是本实用新型涉及的静电驱动的柔性微夹钳的结构示意图。
附图标记：
1-第一夹臂；2-第二夹臂；3-第一转动铰链；4-第二转动铰链；5-第一连接铰链；6-第二连接铰链；7-静电驱动器；8-电容式力传感器；9-静电驱动器7的活动端；10-电容式力传感器8的活动端；11-驱动器柔性导向梁；12-传感器柔性导向梁；13-基座。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施事例对本实用新型作进一步详细描述，但不作为对本实用新型的限定。
本实施例涉及一种静电驱动的柔性微夹钳，如图1所示，其包括微夹钳本体、控制器(图中未示出)、静电驱动器7、电容式力传感器8。其中，微夹钳本体具体包括第一夹臂1、第二夹臂2、柔性传动机构和基座13，第一夹臂1和第二夹臂2用于夹持物体；柔性传动机构由柔性铰链组成，这样能够避免传统链接件的摩擦、间隙等缺点，保证了夹持的精度。静电驱动器7与电容式力传感器8采用集成式安装，结构紧凑，兼容于IC制造工艺，例如可以在硅晶圆上进行批量加工。控制器用于向静电驱动器7施加电压和进行信号转换，其中，控制器包括高压运放芯片和电容-电压转换芯片，具体地，高压运放芯片用于产生电压并施加给静电驱动器7，高压运放芯片优选地可采用PA69、OPA454等芯片，产生的电压一般为0至150伏特，电容-电压转换芯片用于将电容式力传感器8的电容变化信号转换为输出电压信号，可采用AD7746、MS3110等芯片。静电驱动器7和电容式力传感器8置于基座13中，其中，电容式力传感器8优选地由竖向梳齿对组成；静电驱动器7由控制器所施加的电压驱动夹臂进行操作，作为一种优选，静电驱动器7由横向梳齿对组成。
进一步地，在本实用新型涉及的柔性微夹钳中，第一夹臂1和第二夹臂2通过柔性传动机构分别与静电驱动器7和电容式力传感器8相连接，具体地，第一夹臂1依此通过第一转动铰链3和第一连接铰链5与静电驱动器7的活动端9相连接，第二夹臂2依此通过第二转动铰链4和第二连接铰链6与电容式力传感器8的活动端10相连接。其中，第一夹臂1和第二夹臂2的端部分别与第一转动铰链3和第二转动铰链5刚性连接，当夹持物体时需要扭转时，第一转动铰链3和第二转动铰链4可以做相应转动，并且第一转动铰链3和第二转动铰链4的转动半径可以不同。此外，第二转动铰链4主要用于将第二夹臂2所受的夹持力和接触力传递给电容式力传感器8的活动端10，实现对两个方向力的测量，其半径大小可以根据对两个方向传感的灵敏度要求，即两个方向上的刚度大小来选择。
更进一步地，为了对夹持力和环境接触力进行更加准确的测量，柔性微夹钳还包括若干根驱动器柔性导向梁11，其与静电驱动器7的活动端9相连接，通过施加驱动电压，以输出纯横向位移，在本实施例中，优选采用四根柔性导向梁11；此外，柔性微夹钳还包括若干根传感器柔性导向梁12，其与电容式力传感器8的活动端10相连接，以产生纯竖向运动，这种竖向运动会引起电容式力传感器8的差分电容变化，在本实施例中，优选采用四根柔性导向梁12。通过这种设置能够实现对第二夹臂2沿X轴方向所受夹持力以及沿Y轴方向的环境接触力的准确测量，从而通过单个传感器实现了对两个方向上的力的测量。
在通过第一夹臂1和第二夹臂2夹持物体时，第二夹臂2及其相连接的第二转动铰链4和第二连接铰链6的刚度大于第一夹臂1及其相连接的第一转动铰链3和第一连接铰链5刚度，这样在夹持物体的过程中，使得第二夹臂2能够产生比较小的弹性变形。
由于在夹持物体时，主要依靠第一夹臂1进行位移进行夹持操作，考虑到第一夹臂1和与其相连接部分产生的弹性变形较大，作为一种优选，第一连接铰链5可采用折叠式柔性铰链形式，以减小材料所受的应力，同时考虑到第二夹臂2和与其相连接部分产生的弹性变形较小，作为一种优选，第二连接铰链6可采用单一柔性梁形式。
此外，本实用新型涉及的柔性微夹钳可以采用绝缘体上的硅晶圆，利用蚀刻工艺加工生产，以能够实现最大程度的批量生产，降低制造成本。
在使用本实施例中的柔性微夹钳夹取物体时，首先可将柔性微夹钳移动至物体附近，使物体处于第一夹臂1和第二夹臂2之间，然后由控制器施加驱动电压，通过驱动第一连接铰链5和第一转动铰链3从而驱动第一夹臂1移动并夹持物体，使得物体被第一夹臂1和第二夹臂2夹住。此时，沿X轴方向的夹持力被传递至第二夹臂2处，并经由第二转动铰链4和第二连接铰链6传递至电容式力传感器8的活动端10，从而实现对沿X轴方向夹持力的传感，同时第二夹臂2沿Y轴方向所受环境接触力也被传递给电容式力传感器8的活动端10，从而使得使用单个电容式力传感器8能够实现在两个垂直方向上实现对力的测量和传感。
当然，以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种静电驱动的柔性微夹钳，其包括微夹钳本体、控制器、静电驱动器(7)、电容式力传感器(8)，其特征在于，所述微夹钳本体包括一对夹臂、柔性传动机构和柔性导向部件，一对所述夹臂通过所述柔性传动机构分别与所述静电驱动器(7)和所述电容式力传感器(8)相连接，所述柔性导向部件设置在所述静电驱动器(7)和所述电容式力传感器(8)上。
2.根据权利要求1所述的柔性微夹钳，其特征在于，一对所述夹臂中的第一夹臂(1)依此通过所述柔性传动机构中的第一转动铰链(3)和第一连接铰链(5)与所述静电驱动器(7)相连接，第二夹臂(2)依此通过所述柔性传动机构中的第二转动铰链(4)和第二连接铰链(6)与所述电容式力传感器(8)相连接。
3.根据权利要求2所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述柔性导向部件包括驱动器柔性导向梁(11)和传感器导向梁(12)，其中，所述驱动器柔性导向梁(11)与所述静电驱动器(7)相连接，所述传感器柔性导向梁(12)与所述电容式力传感器(8)相连接。
4.根据权利要求3所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述控制器包括高压运放芯片和电容-电压转换芯片，所述高压运放芯片采用PA69或者OPA454芯片，所述电容-电压转换芯片采用AD7746或MS3110芯片。
5.根据权利要求4所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述电容式力传感器(8)由竖向梳齿对组成，所述静电驱动器(7)由横向梳齿对组成。
6.根据权利要求2-5中任一项所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述第二夹臂(2)、第二转动铰链(4)和第二连接铰链(6)的刚度相应地大于第一夹臂(1)、第一转动铰链(3)和第一连接铰链(5)的刚度。
7.根据权利要求6所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述第一转动铰链(3)和所述第二转动铰链(4)采用复合式柔性旋转铰链形式，所述第一连接铰链(5)采用折叠式柔性铰链形式，所述第二连接铰链(6)采用单一柔性梁形式。
8.根据权利要求7所述的柔性微夹钳，其特征在于，所述第一转动铰链(3)的转动半径与所述第二转动铰链(4)的转动半径不相等。
9.根据权利要求8所述的柔性微夹钳，其特征在于，还包括基座(13)，其中，所述静电驱动器(7)和所述电容式力传感器(8)置于所述基座(13)中。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721157115.7U CN207344575U (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种静电驱动的柔性微夹钳 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201721157115.7U CN207344575U (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种静电驱动的柔性微夹钳 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN207344575U true CN207344575U (zh) | 2018-05-11 |
Family
ID=62409712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201721157115.7U Active CN207344575U (zh) | 2017-09-11 | 2017-09-11 | 一种静电驱动的柔性微夹钳 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN207344575U (zh) |
-
2017
- 2017-09-11 CN CN201721157115.7U patent/CN207344575U/zh active Active
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tian et al. | A novel XYZ micro/nano positioner with an amplifier based on L-shape levers and half-bridge structure | |
| CN107498575A (zh) | 一种具有力传感器的柔性微夹钳 | |
| Liang et al. | A novel monolithic piezoelectric actuated flexure-mechanism based wire clamp for microelectronic device packaging | |
| CN101407060B (zh) | 基于mems工艺的微夹钳及控制系统 | |
| CN102328311B (zh) | 一种二指柔性微动夹持器 | |
| CN104568740A (zh) | 一种微摩擦测量装置 | |
| CN104110561B (zh) | 一种基于柔顺机构的大行程平面三自由度精密定位平台 | |
| CN102152314A (zh) | 触感装置中的夹持力反馈系统 | |
| CN106195556A (zh) | 一种XYθ平面三自由度精密定位平台 | |
| CN106965133B (zh) | 一种可变刚度的三自由度定位平台 | |
| CN106153241A (zh) | 一种mems电容式压力传感器 | |
| CN103549997B (zh) | 一种载有力传感装置的手术机器人从手夹持手 | |
| CN207344575U (zh) | 一种静电驱动的柔性微夹钳 | |
| CN109702720A (zh) | 水平多关节机器人 | |
| CN108436451A (zh) | 一种压电微夹钳的制造方法 | |
| EP2764341B1 (en) | Sub-millinewton capacitive mems force sensor for mechanical testing on a microscope | |
| CN107314852A (zh) | 一种手腕传感器 | |
| CN204374047U (zh) | 一种微摩擦测量装置 | |
| CN103698070A (zh) | 一种静电卡盘静电吸附力及脱附时间的测量装置 | |
| CN110455656A (zh) | 精密作动/感知双模式一体化的微机械梳齿结构及检测方法 | |
| CN109596254A (zh) | 一种水封摩擦力矩检测机 | |
| KR20110075728A (ko) | 토크 센서를 갖는 로봇 손 | |
| CN101975631A (zh) | 集成式五维微力/力矩传感器 | |
| CN105300577B (zh) | 回转主轴装置及集成该装置的二维微力测量系统 | |
| Liang et al. | Micromanipulator with integrated force sensor based on compliant parallel mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |