TWI630978B - 可撓性微型夾持裝置 - Google Patents

Abstract

一種可撓性微型夾持裝置包括一夾持部以及一可撓性連桿裝置。可撓性連桿裝置具有單自由度且連接夾持部。可撓性連桿裝置包括相互對稱之二個第一四連桿機構，每個第一四連桿機構包括四個連桿、三個可撓性結構及一個線性滑動接頭。可撓性連桿裝置用以驅動夾持部開閉以夾取一微小元件。

Description

可撓性微型夾持裝置

本發明是有關於一種夾持裝置，且特別是有關於一種可撓性微型夾持裝置。

隨著現今科技的日益發達，產品微小化已成為現今科技發展的主流技術，在微奈米生醫、資訊、和半導體測試等各個領域中，其工作對象越來越小，迫使人們開發一些對微小元件的微細作業方法與手段。然而由於現今的微小元件因尺寸極小，在加工、組裝、移動和定位上都是需被解決的問題。

目前習知技術是將一般尺寸之夾持裝置，例如夾爪機構，縮小至微尺寸。但一些轉動接頭的製作將會變的非常困難、精度差且壽命短。或是利用微機電技術製造出單一桿件的微夾爪搭配微致動器進行夾取，其製作成本太高且受限材料而導致使用壽命較短。

故，有需要提供一種可撓性微型夾持裝置，以解決習知技術存在的問題。

本發明之主要目的在於提供一種可撓性微型夾持裝置，其結構簡單且容易製造。

為達上述之目的，本發明提供一種可撓性微型夾持裝置，其包含一夾持部以及一可撓性連桿裝置。可撓性連桿裝置具有單自由度且連接夾持部，其中可撓性連桿裝置包括相互對稱之二個第一四連桿機構，每個第一四連桿機構包括四個連桿、三個可撓性結構及一個線性滑動接頭。可撓性連桿裝置用以驅動夾持部開閉以夾取一微小元件。

在本發明之一實施例中，四個連桿分別為一第一連桿、一第二連桿、一第三連桿以及一第四連桿。第一連桿藉由線性滑動接頭連接第二連桿，第一連桿藉由可撓性結構連接第四連桿，以及第三連桿藉由可撓性結構分別連接第二連桿及第四連桿。

在本發明之一實施例中，第一連桿為一固定桿，第二連桿、第三連桿以及第四連桿分別為一運動桿。

在本發明之一實施例中，可撓性連桿裝置還包括相互對稱之二個第二四連桿機構，用以與二個第一四連桿機構合成相互對稱之二個六連桿機構，每個六連桿機構包括六個連桿、六個可撓性結構以及一個線性滑動接頭。

在本發明之一實施例中，六個連桿分別為一第一連桿、一第二連桿、一第三連桿、一第四連桿、一第五連桿以及一第六連桿。第一連桿藉由線性滑動接頭連接第二連桿，第一連桿藉由可撓性結構分別連接第四連桿及第六連桿，第三連桿藉由可撓性結構分別連接第二連桿及第四連桿，以及第五連桿藉由可撓 性結構分別連接第四連桿及第六連桿。

在本發明之一實施例中，第一連桿為一固定桿，第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿以及第六連桿分別為一運動桿。

在本發明之一實施例中，每個第二四連桿機構包括四個連桿及四個可撓性結構。

在本發明之一實施例中，第二四連桿機構的四個連桿分別為一第七連桿、一第八連桿、一第九連桿以及一第十連桿，第七連桿藉由可撓性結構分別連第八連桿及第十連桿，第九連桿藉由可撓性結構分別連接第八連桿及第十連桿。

在本發明之一實施例中，第二四連桿機構的第七連桿及第十連桿之間連接的可撓性結構與第一四連桿機構的第一連桿及第四連桿之間連接的可撓性結構、連接第十連桿的第七連桿與第一連桿、以及第十連桿與第四連桿分別於合成六連桿機構後重疊。

在本發明之一實施例中，可撓性結構為一撓性軸承，且連桿及可撓性結構係一體成形的結構。

在本發明之一實施例中，可撓性結構的材料不同於連桿的材料，且連桿及可撓性結構係分別形成的結構。

在本發明之一實施例中，可撓性微型夾持裝置更包括一致動器用以驅動可撓性連桿裝置之線性滑動接頭，且致動器透過可撓性連桿裝置驅動夾持部。

在本發明之一實施例中，當致動器控制可撓性連桿裝置的位移方向為朝向夾持部移動時，夾持部係相互分開來位於開啟位置。

在本發明之一實施例中，當致動器控制可撓性連桿裝置的位移方向為遠離夾持部移動時，夾持部係相互接近來位於閉合位置。

在本發明之一實施例中，致動器為一壓電式致動器、一形狀記憶合金式致動器、一熱膨脹式致動器、一電磁式致動器、一靜電式致動器、一電歪式致動器、一液氣壓式致動器、一熱能式致動器、一磁歪式致動器、一磁流變體式致動器、一電流變體式致動器、一光能式致動器或一電化學效應致動器。

本發明實施例利用多連桿機構、多個可撓性結構及一線性滑動接頭來設計可撓性微型夾持裝置，因此可撓性微型夾持裝置的結構簡單、加工容易及製作成本可以進一步降低。

100‧‧‧可撓性微型夾持裝置

110‧‧‧夾持部

120‧‧‧可撓性連桿裝置

122‧‧‧第一四連桿機構

130‧‧‧致動器

200‧‧‧可撓性微型夾持裝置

210‧‧‧夾持部

220‧‧‧可撓性連桿裝置

222‧‧‧第一四連桿機構

224‧‧‧第二四連桿機構

226‧‧‧六連桿機構

230‧‧‧致動器

L11‧‧‧第一連桿

L12‧‧‧第二連桿

L13‧‧‧第三連桿

L14‧‧‧第四連桿

L21‧‧‧第一連桿

L22‧‧‧第二連桿

L23‧‧‧第三連桿

L24‧‧‧第四連桿

L25‧‧‧第五連桿

L26‧‧‧第六連桿

L31‧‧‧第七連桿

L32‧‧‧第八連桿

L33‧‧‧第九連桿

L34‧‧‧第十連桿

S1‧‧‧可撓性結構

S2‧‧‧可撓性結構

P1‧‧‧線性滑動接頭

P2‧‧‧線性滑動接頭

第1圖為本發明第一實施例之可撓性微型夾持裝置之使用示意圖。

第2圖為本發明第一實施例之第一四連桿機構之使用示意圖。

第3圖為本發明一實施例之連桿與可撓性結構連接之使用示意圖。

第4圖為本發明另一實施例之連桿與可撓性結構連接之使用示意圖。

第5圖為本發明第一實施例之可撓性微型夾持裝置位於開啟位置之 使用示意圖。

第6圖為本發明第一實施例之可撓性微型夾持裝置位於閉合位置之使用示意圖。

第7圖為本發明第二實施例之可撓性微型夾持裝置之使用示意圖。

第8A圖為本發明第二實施例之第二四連桿機構之使用示意圖。

第8B圖為本發明第二實施例之第一四連桿機構之使用示意圖。

第8C圖為本發明第二實施例之六連桿機構之使用示意圖。

第9圖為本發明第二實施例之可撓性微型夾持裝置位於開啟位置之使用示意圖。

第10圖為本發明第二實施例之可撓性微型夾持裝置位於閉合位置之使用示意圖。

為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。

請參照第1至2圖，本發明第一實施例之可撓性微型夾持裝置100包括一夾持部110以及一可撓性連桿裝置120。可撓性連桿裝置120具有單自由度且連接夾持部110，其中可撓性連桿裝置120包括相互對稱之二個第一四連桿機構122，每個第一四連桿機構122包括四個連桿L11、L12、L13、L14、三個可撓性結構S1與一個線性滑動接頭P1。在本發明一實施例中，可撓性微型夾持裝置100例 如為撓性夾爪機構。可撓性微型夾持裝置100主要應用於微小元件夾取，例如夾取微米細針之探針卡應用。

請參照第2圖，本發明第一實施例之每個第一四連桿機構122的四個連桿L11、L12、L13、L14分別為一第一連桿L11、一第二連桿L12、一第三連桿L13以及一第四連桿L14。第一連桿L11藉由線性滑動接頭P1連接第二連桿L12，第一連桿L11藉由可撓性結構S1連接第四連桿L14，第三連桿L13藉由可撓性結構S1分別連接第二連桿L12及第四連桿L14。在本發明之一實施例中，第一連桿L11為一固定桿，而第二連桿L12、第三連桿L13以及第四連桿L14分別為一運動桿。

請參照第3圖，在本發明之一實施例中，可撓性結構S1為一撓性軸承，且連桿L11、L12、L13、L14及可撓性結構S1係一體成形的結構。

請參照第4圖，在本發明之另一實施例中，可撓性結構S1的材料不同於連桿L11、L12、L13、L14的材料，且連桿L11、L12、L13、L14及可撓性結構S1係為分別形成的結構。

請參照第5至6圖，本發明第一實施例之可撓性微型夾持裝置100更包括一致動器130(actuator)用以驅動可撓性連桿裝置120之線性滑動接頭P1，且致動器130透過可撓性連桿裝置120驅動夾持部110。當致動器130控制可撓性連桿裝置120的位移方向為朝向夾持部110移動時，夾持部110係相互分開來位於開啟位置。當致動器130控制可撓性連桿裝置120的位移方向為遠離夾持部110移 動時，夾持部110係相互接近來位於閉合位置。藉此，可撓性微型夾持裝置100可進行微小元件的夾持與移動。在本發明之一實施例中，透過致動器130驅動夾持部110，並搭配外部定位系統，例如機械手臂，用以搬運及定位可撓性微型夾持裝置100，便可達到自動化，取代人工操作。

在本發明之一實施例中，致動器130為一壓電式致動器、一形狀記憶合金式致動器、一熱膨脹式致動器、一電磁式致動器、一靜電式致動器、一電歪式致動器、一液氣壓式致動器、一熱能式致動器、一磁歪式致動器、一磁流變體式致動器、一電流變體式致動器、一光能式致動器或一電化學效應致動器。

本發明第一實施例利用多連桿機構(相互對稱之二個第一四連桿機構122)、多個可撓性結構S1(三個可撓性結構S1)及一線性滑動接頭P1來設計可撓性微型夾持裝置100。因此，可撓性微型夾持裝置100的結構簡單、加工容易及製作成本可以進一步降低。

此外，本發明第一實施例的可撓性微型夾持裝置100除了微機電製作方式，因其結構簡單，還可以使用一般機械加工來製作，藉以降低成本，並提高壽命。利用撓性結構S1的彈性變形取代轉動接頭，獲得高精度的可撓性微型夾持裝置100。此外，可藉由控制致動器130位移量進而控制夾持部110的閉合量，並藉由閉合量推算夾取力量。因此，本發明第一實施例的可撓性微型夾持裝置100可有以下優點：方便夾取微小元件、可加速製程作業、可一體適用各種微小元件之外型、可控制夾取閉合量以及適用不同大小的微小元件。

請參照第7至8A-8C圖，本發明第二實施例之可撓性微型夾 持裝置200包括一夾持部210以及一可撓性連桿裝置220。可撓性連桿裝置220具有單自由度且連接夾持部210，其中可撓性連桿裝置220包括相互對稱之二個第一四連桿機構222。每個第一四連桿機構222包括四個連桿L21、L22、L23、L24、三個可撓性結構S2與一個線性滑動接頭P2。此外，可撓性連桿裝置220還包括相互對稱之二個第二四連桿機構224，用以與二個第一四連桿機構222合成相互對稱之二個六連桿機構226。每個六連桿機構226包括六個連桿L21、L22、L23、L24、L25、L26、六個可撓性結構S2與一個線性滑動接頭P2。在本發明一實施例中，可撓性微型夾持裝置200例如為撓性夾爪機構。可撓性微型夾持裝置200主要應用於微小元件夾取，例如夾取微米細針之探針卡應用。

請參照第8A圖，在本發明之一實施例中，每個第二四連桿機構224包括四個連桿L31(L21)、L32、L33、L34(L24)及四個可撓性結構S2。第二四連桿機構224的四個連桿L31(L21)、L32、L33、L34(L24)分別為一第七連桿L31(L21)、一第八連桿L32、L33、一第九連桿L33、以及一第十連桿L34(L24)，第七連桿L31(L21)藉由可撓性結構S2分別連第八連桿L32及第十連桿L34(L24)，第九連桿L33藉由可撓性結構S2分別連接第八連桿L32及第十連桿L34(L24)。

請參照第8B圖，在本發明之一實施例中，每個第一四連桿機構222的四個連桿L21、L22、L23、L24分別為一第一連桿L21、一第二連桿L22、一第三連桿L23以及一第四連桿L24。第一連桿 L21藉由線性滑動接頭P2連接第二連桿L22，第一連桿L21藉由可撓性結構S2連接第四連桿L24，第三連桿L23藉由可撓性結構S2分別連接第二連桿L22及第四連桿L24。

請參照8A-8C圖，第二四連桿機構224的第七連桿L31及第十連桿L34之間連接的可撓性結構S2與第一四連桿機構222的第一連桿L21及第四連桿L24之間連接的可撓性結構S2、連接第十連桿L34的第七連桿L31與第一連桿L21、以及第十連桿L34與第四連桿L24分別於合成六連桿機構226後重疊。

請參照第8C圖，在本發明之一實施例中，六個連桿L21、L22、L23、L24、L25、L26分別為一第一連桿L21、一第二連桿L22、一第三連桿L23、一第四連桿L24、一第五連桿L25以及一第六連桿L26。第一連桿L21藉由線性滑動接頭P2連接第二連桿L22，第一連桿L21藉由可撓性結構S2分別連接第四連桿L24及第六連桿L26，第三連桿L23藉由可撓性結構S2分別連接第二連桿L22及第四連桿L24，以及第五連桿L25藉由可撓性結構S2分別連接第四連桿L24及第六連桿L26。在本發明之一實施例中，第一連桿L21為一固定桿，第二連桿L22、第三連桿L23、第四連桿L24、第五連桿L25以及第六連桿L26分別為一運動桿。

在本發明之一實施例中，可撓性結構S2為一撓性軸承，且連桿L21、L22、L23、L24、L25、L26及可撓性結構S2係一體成形的結構。在本發明之另一實施例中，可撓性結構S2的材料不同於連桿L21、L22、L23、L24、L25、L26的材料，且連桿L21、 L22、L23、L24、L25、L26及可撓性結構S2係分別形成的結構。

請參照第9至10圖，本發明第二實施例之可撓性微型夾持裝置200更包括一致動器230用以驅動可撓性連桿裝置220之線性滑動接頭S2，且制動器230透過可撓性連桿裝置220驅動夾持部210。當致動器230控制可撓性連桿裝置220的位移方向為朝向夾持部210移動時，夾持部210係相互分開來位於開啟位置。當致動器230控制可撓性連桿裝置220的位移方向為遠離夾持部210移動時，夾持部210係相互接近來位於閉合位置。藉此，可撓性微型夾持裝置200可進行微小元件的夾持與移動。

在本發明之一實施例中，致動器2300為一壓電式致動器、一形狀記憶合金式致動器、一熱膨脹式致動器、一電磁式致動器、一靜電式致動器、一電歪式致動器、一液氣壓式致動器、一熱能式致動器、一磁歪式致動器、一磁流變體式致動器、一電流變體式致動器、一光能式致動器或一電化學效應致動器。

本發明第二實施例利用多連桿機構(相互對稱之二個六連桿機構226)、多個可撓性結構S2(六個可撓性結構S2)及一個線性滑動接頭P2來設計可撓性微型夾持裝置200，因此可撓性微型夾持裝置200的結構簡單、加工容易及製作成本可以進一步降低。

此外，本發明第二實施例的可撓性微型夾持裝置200除了微機電製作方式，因其結構簡單，還可以使用一般機械加工來製作，藉以降低成本，並提高壽命。利用撓性結構S2的彈性變形取代轉動接頭，獲得高精度的可撓性微型夾持裝置200。此外，可藉由控制致動器230位移量進而 控制夾持部210的閉合量，並藉由閉合量推算夾取力量。因此，本發明第二實施例的可撓性微型夾持裝置200可有以下優點：方便夾取微小元件、可加速製程作業、可一體適用各種微小元件之外型、可控制夾取閉合量以及適用不同大小的微小元件。

綜上所述，本發明實施例利用多連桿機構、多個可撓性結構及一個線性滑動接頭來設計可撓性微型夾持裝置，因此可撓性微型夾持裝置的結構簡單、加工容易及製作成本可以進一步降低。

雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (13)

1. 一種可撓性微型夾持裝置，包括：一夾持部；以及一可撓性連桿裝置，具有單自由度且連接該夾持部，其中該可撓性連桿裝置包括相互對稱之二個第一四連桿機構，每個第一四連桿機構包括四個連桿、三個可撓性結構及一個線性滑動接頭，該可撓性連桿裝置用以驅動該夾持部開閉以夾取一微小元件，其中該可撓性連桿裝置還包括相互對稱之二個第二四連桿機構，用以與該二個第一四連桿機構合成相互對稱之二個六連桿機構，每個六連桿機構包括六個連桿、六個可撓性結構以及一個線性滑動接頭，其中該六個連桿分別為一第一連桿、一第二連桿、一第三連桿、一第四連桿、一第五連桿以及一第六連桿，該第一連桿藉由該線性滑動接頭連接該第二連桿，該第一連桿藉由該可撓性結構分別連接該第四連桿及該第六連桿，該第三連桿藉由該可撓性結構分別連接該第二連桿及該第四連桿，該第五連桿藉由該可撓性結構分別連接該第四連桿及該第六連桿。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該第一四連桿機構的該四個連桿分別為該第一連桿、該第二連桿、該第三連桿以及該第四連桿，該第一連桿藉由該線性滑動接頭連接該第二連桿，該第一連桿藉由該可撓性結構連接該第四連 桿，該第三連桿藉由該可撓性結構分別連接該第二連桿及該第四連桿。
3. 如申請專利範圍第2項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該第一連桿為一固定桿，該第二連桿、該第三連桿以及該第四連桿分別為一運動桿。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該第一連桿為一固定桿，該第二連桿、該第三連桿、該第四連桿、該第五連桿以及該第六連桿分別為一運動桿。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，其中每個第二四連桿機構包括四個連桿及四個可撓性結構。
6. 如申請專利範圍第5項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該第二四連桿機構的該四個連桿分別為一第七連桿、一第八連桿、一第九連桿以及一第十連桿，該第七連桿藉由該可撓性結構分別連該第八連桿及該第十連桿，該第九連桿藉由該可撓性結構分別連接該第八連桿及該第十連桿。
7. 如申請專利範圍第6項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該第二四連桿機構的該第七連桿及該第十連桿之間連接的該可撓性結構與該第一四連桿機構的該第一連桿及該第四連桿之間連接的該可撓性結構、連接該第十連桿的該第七連桿與該第一連桿、以及該第十連桿與該第四連桿分別於合成該六連桿機構後重疊。
8. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該可撓性結構為一撓性軸承，且該至少一連桿及該可撓性結構係一體成形的結構。
9. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該可撓性結構的材料不同於該連桿的材料，且該至少一連桿及該可撓性結構係分別形成的結構。
10. 如申請專利範圍第1項所述之可撓性微型夾持裝置，更包括一致動器用以驅動該可撓性連桿裝置之該線性滑動接頭，且該致動器透過該可撓性連桿裝置驅動該夾持部。
11. 如申請專利範圍第10項所述之可撓性微型夾持裝置，其中當該致動器控制該可撓性連桿裝置的位移方向為朝向該夾持部移動時，該夾持部係相互分開來位於開啟位置。
12. 如申請專利範圍第10項所述之可撓性微型夾持裝置，其中當該致動器控制該可撓性連桿裝置的位移方向為遠離該夾持部移動時，該夾持部係相互接近來位於閉合位置。
13. 如申請專利範圍第10項所述之可撓性微型夾持裝置，其中該致動器為一壓電式致動器、一形狀記憶合金式致動器、一熱膨脹式致動器、一電磁式致動器、一靜電式致動器、一電歪式致動器、一液氣壓式致動器、一熱能式致動器、一磁歪式致動器、一磁流變體式致動器、一電流變體式致動器、一光能式致動器或一電化學效應致動器。