專利名稱：組合式微夾持器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微操作作業(yè)工具，具體涉及一種用于夾持微小物體的夾持器。
背景技術(shù)：
隨著納米技術(shù)的發(fā)展，在機(jī)械、電子、醫(yī)療、生物等領(lǐng)域，迫切需要微細(xì)作業(yè)裝備，盡管微細(xì)作業(yè)的對象不同，但在微操作過程中，對微小物體的攝取、操作和搬運(yùn)都離不開微夾持技術(shù)，微夾持器是一種重要的微操作作業(yè)工具，具有重要的研究和實用價值，目前，國內(nèi)研制出一些微夾持器，它們在動作原理、驅(qū)動方式、機(jī)構(gòu)等方面各有特色，但也存在一些問題，表現(xiàn)在夾持范圍小(幾百微米以下)；如果夾持范圍較大，夾持精度和夾持器的開合分辨率就較低，存在夾持范圍與夾持精度、分辨率的矛盾；因此，夾持器的通用性和適用性較差。
發(fā)明目的為了克服現(xiàn)有的夾持器通用性和適用性較差的缺陷，提供一種具有廣泛的通用性和適用性的夾持器。本發(fā)明通過下述方案予以實現(xiàn)一種組合式微夾持器，采用了宏微結(jié)合的結(jié)構(gòu)，它由導(dǎo)槽體4、電機(jī)3、螺母5、前支撐梁6、后支撐梁8、軸承10、彈簧7和兩根壓電懸梁2組成，前支撐梁6的下半部鑲在導(dǎo)槽體4上表面上所開的導(dǎo)槽4-1中，電機(jī)3設(shè)置在導(dǎo)槽體4的左端上，電機(jī)3的表面上開有精密螺紋的電機(jī)軸3-1穿入導(dǎo)槽體4中，電機(jī)軸3-1的自由端通過軸承10連接在導(dǎo)槽體4上，螺母5旋合在電機(jī)軸3-1上并且與前支撐梁6的下端固定連接，后支撐梁8固定在導(dǎo)槽體4的右端上，前支撐梁6與后支撐梁8之間設(shè)置有彈簧7，兩根壓電懸梁2分別設(shè)置在前支撐梁6和后支撐梁8的上端上。本發(fā)明的夾持器在使用時，通過電機(jī)軸3-1的旋轉(zhuǎn)來帶動與螺母5固連的前支撐梁6移動，從而完成兩根壓電懸梁2之間距離的宏動調(diào)整，通過給壓電懸梁2通電使之彎曲來完成夾持物體的工作。本發(fā)明基于宏微結(jié)合的設(shè)計思想，提出組合式微夾持器的方案，它既能夠?qū)崿F(xiàn)宏動調(diào)整，又能夠?qū)崿F(xiàn)微動夾持，解決夾持范圍與開合分辨率之間的矛盾，實現(xiàn)較大夾持范圍下，較高的張合分辨率，夾持可控，結(jié)構(gòu)緊湊、可適應(yīng)不同尺寸的微小物體，免去經(jīng)常更換工具的麻煩，同時體積小、重量輕，適應(yīng)微細(xì)作業(yè)顯微鏡下有限的作業(yè)空間。與其他微夾持器相比，本發(fā)明具有更大的通用性和適用性，具有很高的實用價值。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的俯視圖，圖3是壓電懸梁2的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式它由導(dǎo)槽體4、電機(jī)3、螺母5、前支撐梁6、后支撐梁8、軸承10、彈簧7和兩根壓電懸梁2組成，前支撐梁6的下半部鑲在導(dǎo)槽體4上表面上所開的導(dǎo)槽4-1中，電機(jī)3設(shè)置在導(dǎo)槽體4的左端上，電機(jī)3的表面上開有精密螺紋的電機(jī)軸3-1穿入導(dǎo)槽體4中，電機(jī)軸3-1的自由端通過軸承10連接在導(dǎo)槽體4上，螺母5旋合在電機(jī)軸3-1上并且與前支撐梁6的下端固定連接，后支撐梁8固定在導(dǎo)槽體4的右端上，前支撐梁6與后支撐梁8之間設(shè)置有彈簧7，兩根壓電懸梁2分別設(shè)置在前支撐梁6和后支撐梁8的上端上。彈簧7作用于前后支撐梁之間，消除機(jī)構(gòu)間隙。提高定位精度，對于宏動部分，為了減小體積，盡量簡化機(jī)構(gòu)，減小傳動環(huán)節(jié)，電機(jī)3選用APH59001型高精度直線電機(jī)實現(xiàn)大范圍夾持調(diào)整運(yùn)動。對于微動部分，由于壓電陶瓷器件具有高分辨率(可達(dá)納米級)、高頻響(可達(dá)幾十kHz)、不發(fā)熱、體積小等優(yōu)點，為了減小體積，簡化機(jī)構(gòu)，采用雙晶片壓電懸梁為驅(qū)動元件，壓電懸梁2由壓電晶片2-1、中間金屬骨架2-2、壓電晶片2-3、應(yīng)變傳感器2-4和應(yīng)變傳感器2-5組成，中間金屬骨架2-2固定在壓電晶片2-1和壓電晶片2-3的中間，應(yīng)變傳感器2-4集成在壓電晶片2-1的表面上，應(yīng)變傳感器2-5集成在壓電晶片2-3的表面上，應(yīng)變傳感器2-4和應(yīng)變傳感器2-5組成惠斯通電橋。本發(fā)明在工作時，中間金屬骨架2-2接地，壓電晶片2-3接負(fù)電壓，壓電晶片2-1接正電壓，壓電懸梁2就發(fā)生向內(nèi)的彎曲變形，從而夾住物體。調(diào)節(jié)加在壓電晶體上的電場大小，就可以調(diào)節(jié)微夾持量，通過應(yīng)變傳感器能進(jìn)行微張合量的檢測。本發(fā)明采用雙晶片壓電懸梁為驅(qū)動元件，同時它還作為機(jī)構(gòu)的骨架，表面集成應(yīng)變傳感器進(jìn)行微位移檢測，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、驅(qū)動、檢測的集成化。本發(fā)明的微夾持器達(dá)到的性能指標(biāo)宏動張合量0～3000μm，微動張合量±130μm，張合重復(fù)定位精度0.5μm，分辨率35nm。夾持力0.119N，整體尺寸40mm×28mm×50mm(長×寬×高)。該微夾持器結(jié)構(gòu)將微直線電機(jī)與壓電懸梁結(jié)合，實現(xiàn)了宏微夾持定位，通過彈簧消除了機(jī)構(gòu)間隙，通過壓電懸梁達(dá)到較高的控制精度，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、驅(qū)動、檢測的集成化。具有結(jié)構(gòu)緊湊，操作空間大、精度高、分辨率高、結(jié)構(gòu)緊湊的特點、可實現(xiàn)多種尺寸微小物體的夾持。
權(quán)利要求
1.一種組合式微夾持器，其特征是采用宏微結(jié)合的結(jié)構(gòu)，它由導(dǎo)槽體(4)、電機(jī)(3)、螺母(5)、前支撐梁(6)、后支撐梁(8)、軸承(10)、彈簧(7)和兩根壓電懸梁(2)組成，前支撐梁(6)的下半部鑲在導(dǎo)槽體(4)上表面上所開的導(dǎo)槽(4-1)中，電機(jī)(3)設(shè)置在導(dǎo)槽體(4)的左端上，電機(jī)(3)的表面上開有精密螺紋的電機(jī)軸(3-1)穿入導(dǎo)槽體(4)中，電機(jī)軸(3-1)的自由端通過軸承(10)連接在導(dǎo)槽體(4)上，螺母(5)旋合在電機(jī)軸(3-1)上并且與前支撐梁(6)的下端固定連接，后支撐梁(8)固定在導(dǎo)槽體(4)的右端上，前支撐梁(6)與后支撐梁(8)之間設(shè)置有彈簧(7)，兩根壓電懸梁(2)分別設(shè)置在前支撐梁(6)和后支撐梁(8)的上端上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式微夾持器，其特征在于壓電懸梁(2)由壓電晶片(2-1)、中間金屬骨架(2-2)、壓電晶片(2-3)、應(yīng)變傳感器(2-4)和應(yīng)變傳感器(2-5)組成，中間金屬骨架(2-2)固定在壓電晶片(2-1)和壓電晶片(2-3)的中間，應(yīng)變傳感器(2-4)集成在壓電晶片(2-1)的表面上，應(yīng)變傳感器(2-5)集成在壓電晶片(2-3)的表面上，應(yīng)變傳感器(2-4)和應(yīng)變傳感器(2-5)組成惠斯通電橋，實現(xiàn)了機(jī)構(gòu)、驅(qū)動、檢測的集成化設(shè)計。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于夾持微小物體的夾持器——組合式微夾持器。它由導(dǎo)槽體(4)、電機(jī)(3)、螺母(5)、前支撐梁(6)、后支撐梁(8)、軸承(10)、彈簧(7)和兩根壓電懸梁(2)組成，前支撐梁(6)的下半部鑲在導(dǎo)槽體(4)上表面上所開的導(dǎo)槽(4－1)中，電機(jī)設(shè)置在導(dǎo)槽體(4)的左端上，電機(jī)(3)的表面上開有精密螺紋的電機(jī)軸(3－1)穿入導(dǎo)槽體(4)中，電機(jī)軸(3－1)的自由端通過軸承(10)連接在導(dǎo)槽體(4)上，螺母(5)旋合在電機(jī)軸(3－1)上并且與前支撐梁(6)的下端固定連接，后支撐梁(8)固定在導(dǎo)槽體(4)的右端上，前支撐梁(6)與后支撐梁(8)之間設(shè)置有彈簧(7)，兩根壓電懸梁(2)分別設(shè)置在前支撐梁(6)和后支撐梁(8)的上端上。與其他微夾持器相比，本發(fā)明具有更大的通用性和適用性，具有很高的實用價值。
文檔編號B25J7/00GK1544207SQ20031010769
公開日2004年11月10日 申請日期2003年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月12日
發(fā)明者榮偉彬, 孫立寧, 曲東升 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)