專利名稱：基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器的制作方法
基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器所屬領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，用于微操作系統(tǒng)、微小機器人、微裝配、微焊接以及微小物體的搬遷操作，屬于微機電系統(tǒng)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
微機電系統(tǒng)(MEMS)是指可批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。微夾持器是微機電系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，是連接宏觀與微觀世界的基本工具。在精密儀器、生物醫(yī)學、航空航天及軍事領(lǐng)域都有著廣泛的應用前景。微夾持器按照驅(qū)動方式劃分可分為壓電驅(qū)動、 熱驅(qū)動、靜電驅(qū)動等類型。靜電驅(qū)動微夾持器具有制作工藝與IC工藝兼容、易實現(xiàn)小型化和和集成化、響應速度快、控制方便、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，因此在微機電系統(tǒng)領(lǐng)域得到廣泛應用。參見圖2，在公開號為CN1410346A的專利文獻“一種靜電致動微夾持器”中，提出了一種采用直線形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器，在微夾持器直線形的活動梳齒、固定梳齒分別施加不同的驅(qū)動電壓， 活動梳齒在靜電力驅(qū)動下帶動微夾持臂擺動實現(xiàn)微夾持器的開合動作。這種采用直線形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器因要獲得足夠的靜電驅(qū)動力，活動梳齒與固定梳齒之間的間距就較小，因而在產(chǎn)生較大開合角度和位移時，活動梳齒與固定梳齒就會發(fā)生側(cè)向吸合，導致微夾持器失效。因此采用直線形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器存在開合角度小和位移小等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)中直線形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器存在開合角度小和位移小的缺點，本發(fā)明提出了一種基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，在微夾持器的弧形活動梳齒、固定梳齒分別施加不同的驅(qū)動電壓，活動梳齒在靜電力驅(qū)動下帶動微夾持臂擺動實現(xiàn)微夾持器的開合動作。采用弧形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器可以實現(xiàn)較大的開合角度和位移。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是參見圖1，一種基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，包括左夾持臂部件1和右夾持臂部件21 ；左夾持臂部件1包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 2、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 3和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 2包括一組固定在梁I 5上的弧形固定梳齒I 6，梁I 5兩端固定在錨點I 4上；所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 3包括一組固定在梁II 14上的弧形固定梳齒II 12，梁II 14兩端固定在錨點II 13上；兩組弧形活動梳齒I 7分別與弧形固定梳齒I 6和弧形固定梳齒II 12構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒I 7位于夾持臂I 9上，夾持臂I 9 一端固定在錨點III 8上，另一端連接夾持臂端I 10;右夾持臂部件21和左夾持臂部件1為對稱結(jié)構(gòu)，右夾持臂部件21包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 22、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 23和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 22包括一組固定在梁III 25上的弧形固定梳齒III 26，梁III 25兩端固定在錨點IV M上；所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 23包括一組固定在梁IV 34上的弧形固定梳齒組件IV 32，梁IV 34兩端固定在錨點V 33上；兩組弧形活動梳齒II 27分別與弧形固定梳齒III沈和弧形固定梳齒IV 32構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒II 27位于夾持臂II四上，夾持臂II四一端固定在錨點VI觀上，另一端連接夾持臂端II 30 ；左夾持臂部件1上的夾持臂端I 10和右夾持臂部件21的夾持臂端II 30構(gòu)成一個可以開合的夾持臂。為了增大微夾持器與微小物體之間的接觸面積，夾持臂端II 30和夾持臂端I 10 的相向內(nèi)側(cè)均為鋸齒形。本發(fā)明的有益效果是在工作過程中，微夾持器產(chǎn)生較大開合角度和位移時，弧形活動梳齒與固定梳齒之間產(chǎn)生圓周相對運動，梳齒間距幾乎不發(fā)生改變，因此就不易發(fā)生側(cè)向吸合。所以，采用弧形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器可以實現(xiàn)較大的開合角度和位移。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。


(附圖在文字中的引用說明)圖1用本發(fā)明提出的基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的靜電致動微夾持器結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1-左夾持臂部件，2-張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件I，3-閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I，4錨點I，5-梁I，6弧形固定梳齒I，7-弧形活動梳齒I，8-錨點III，9-夾持臂， 10"夾持臂端I，12-弧形固定梳齒II，13-錨點II ； 14-梁II，21-右夾持臂部件，22-張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 22，23-閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II，24-錨點IV ;25_梁III， 26-弧形固定梳齒III，27-弧形活動梳齒II，28-錨點VI，29-夾持臂II，30-夾持臂端11， 32弧形固定梳齒組件IV，33-錨點V，34-梁IV。
具體實施例方式參閱圖1，本實施例中的基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，包括左夾持臂部件1和右夾持臂部件21 ；左夾持臂部件1包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 2、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 3和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 2包括一組固定在梁I 5上的弧形固定梳齒I 6，梁I 5兩端固定在錨點I 4上；所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I 3包括一組固定在梁II 14上的弧形固定梳齒II 12，梁II 14兩端固定在錨點 II 13上；兩組弧形活動梳齒I 7分別與弧形固定梳齒I 6和弧形固定梳齒II 12構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒I 7位于夾持臂I 9上，夾持臂I 9 一端固定在錨點III 8上，另一端連接夾持臂端I 10 ；右夾持臂部件21和左夾持臂部件1為對稱結(jié)構(gòu)，右夾持臂部件21包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 22、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 23和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 22包括一組固定在梁III 25上的弧形固定梳齒III 26，梁III 25 兩端固定在錨點IV M上所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II 23包括一組固定在梁IV 34上的弧形固定梳齒組件IV 32，梁IV 34兩端固定在錨點V 33上；兩組弧形活動梳齒II 27分別與弧形固定梳齒III沈和弧形固定梳齒IV 32構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒II 27位于夾持臂II四上，夾持臂II四一端固定在錨點VI觀上，另
4一端連接夾持臂端II 30 ；左夾持臂部件1上的夾持臂端I 10和右夾持臂部件21的夾持臂端II 30構(gòu)成一個可以開合的夾持臂。為了增大微夾持器與微小物體之間的接觸面積，夾持臂端II 30和夾持臂端I 10 的相向內(nèi)側(cè)均為鋸齒形。當該基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器工作時，按照夾持臂部件的張開和閉合運動形式，可分為(1)左夾持臂部件1閉合，右夾持臂部件21閉合；(2)左夾持臂部件 1張開，右夾持臂部件21張開；(3)左夾持臂部件1張開，右夾持臂部件21閉合；(4)左夾持臂部件1閉合，右夾持臂部件21張開。(1)左夾持臂部件1閉合，右夾持臂部件21閉合將錨點I 4和錨點III 8接地， 錨點1113施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒I 7和弧形活動梳齒II 12的靜電驅(qū)動力作用下，左夾持臂部件1向內(nèi)閉合；將錨點IV M和錨點VI觀接地，錨點V 33施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒II 27和弧形活動梳齒IV 32的靜電驅(qū)動力作用下，右夾持臂部件21向內(nèi)閉合。(2)左夾持臂部件1張開，右夾持臂部件21張開將錨點II 13和錨點III 8接地，錨點I 4施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒I 7和弧形固定梳齒I 6的靜電驅(qū)動力作用下，左夾持臂部件1向外張開；將錨點V 33和錨點VI觀接地，錨點IV M施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒II 27和弧形固定梳齒III沈的靜電驅(qū)動力作用下， 右夾持臂部件21向外張開。(3)左夾持臂部件1張開，右夾持臂部件21閉合將錨點II 13和錨點III 8接地，錨點I 4施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒I 7和弧形固定梳齒I 6的靜電驅(qū)動力作用下，左夾持臂部件1向外張開；將錨點IV M和錨點VI觀接地，錨點V 33施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒II 27和弧形活動梳齒IV 32的靜電驅(qū)動力作用下，右夾持臂部件21向內(nèi)閉合。(4)左夾持臂部件1閉合，右夾持臂部件21張開將錨點I 4和錨點III 8接地， 錨點1113施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒I 7和弧形活動梳齒II 12的靜電驅(qū)動力作用下，左夾持臂部件1向內(nèi)閉合；將錨點V 33和錨點VI觀接地，錨點IV M施加電壓，活動夾持臂組件在弧形活動梳齒II 27和弧形固定梳齒III沈的靜電驅(qū)動力作用下， 右夾持臂部件21向外張開。此外還可以單獨控制其中一個夾持臂部件的張開或閉合運動，另一個夾持臂部件保持不動。在工作過程中，微夾持器產(chǎn)生較大開合角度和位移時，弧形活動梳齒與固定梳齒之間產(chǎn)生圓周相對運動，梳齒間距幾乎不發(fā)生改變，因此不易發(fā)生側(cè)向吸合。所以，采用弧形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器可以實現(xiàn)較大的開合角度和位移。
權(quán)利要求
1.一種基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，其特征在于包括左夾持臂部件 (1)和右夾持臂部件；左夾持臂部件(1)包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件I O)、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I C3)和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件1( 包括一組固定在梁I ( 上的弧形固定梳齒I (6)，梁I ( 兩端固定在錨點I (4)上；所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件I C3)包括一組固定在梁II (14)上的弧形固定梳齒II (12)，梁II (14)兩端固定在錨點II (13)上；兩組弧形活動梳齒I (7)分別與弧形固定梳齒I (6)和弧形固定梳齒11(12)構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒1(7)位于夾持臂1(9)上， 夾持臂1(9) 一端固定在錨點111(8)上，另一端連接夾持臂端1(10)；右夾持臂部件和左夾持臂部件(1)為對稱結(jié)構(gòu)，右夾持臂部件包括張開驅(qū)動弧形固定梳齒組件II (22)、閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件II (23)和活動夾持臂組件；所述驅(qū)動弧形固定梳齒組件11 包括一組固定在梁111 上的弧形固定梳齒11106)，梁 111(25)兩端固定在錨點IW24)上；所述閉合驅(qū)動弧形固定梳齒組件11 包括一組固定在梁IV(34)上的弧形固定梳齒組件IV(3 ，梁IV(34)兩端固定在錨點V(3 上；兩組弧形活動梳齒II (27)分別與弧形固定梳齒III (26)和弧形固定梳齒IV(3 構(gòu)成兩組弧形梳齒驅(qū)動器；所述的兩組弧形活動梳齒II 07)位于夾持臂II 09)上，夾持臂II 09) —端固定在錨點VI 08)上，另一端連接夾持臂端II (30)；左夾持臂部件(1)上的夾持臂端1(10)和右夾持臂部件的夾持臂端11(30)構(gòu)成一個可以開合的夾持臂。
2.一種如權(quán)利要求1所述的基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，其特征在于 所述夾持臂端11(30)和夾持臂端1(10)的相向內(nèi)側(cè)均為鋸齒形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于弧形梳齒的大位移靜電驅(qū)動微夾持器，用于微操作系統(tǒng)、微小機器人、微裝配、微焊接以及微小物體的搬遷操作，屬于微機電系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明在微夾持器的弧形活動梳齒、固定梳齒分別施加不同的驅(qū)動電壓，活動梳齒在靜電力驅(qū)動下帶動微夾持臂擺動實現(xiàn)微夾持器的開合動作。在工作過程中，微夾持器產(chǎn)生較大開合角度和位移時，弧形活動梳齒與固定梳齒之間產(chǎn)生圓周相對運動，梳齒間距幾乎不發(fā)生改變，因此就不易發(fā)生側(cè)向吸合，所以，采用弧形靜電梳齒驅(qū)動的微夾持器可以實現(xiàn)較大的開合角度和位移。
文檔編號B25J7/00GK102179803SQ20111008137
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者丁繼亮, 何洋, 常洪龍, 張峰, 苑偉政, 謝建兵 申請人:西北工業(yè)大學