專利名稱：用于精密裝配的壓電驅(qū)動微夾持鉗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及精密裝配和微機電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于精密裝配的壓電驅(qū)動微夾持甜。
背景技術(shù)：
隨著微細加工技術(shù)、微電子技術(shù)、微機電系統(tǒng)等的發(fā)展，迫切需要將多個微尺度零件裝配成復雜系統(tǒng)。微夾持鉗作為微裝配系統(tǒng)中直接與夾持對象接觸的末端執(zhí)行器，對微裝配任務的完成起著決定性作用。常規(guī)夾持器存在如下三個缺點1)無法達到微米級別的定位精度；2)不能實現(xiàn)跨尺度零件平行夾持；3)不具備夾持力的感知能力。因此，傳統(tǒng)夾持器無法在精密裝配中應用。
壓電驅(qū)動微夾持鉗具備響應快、分辨率高、控制精度高、夾持力大等優(yōu)點，因此在眾多領(lǐng)域得到廣泛的應用。研究具有夾持力感應的壓電驅(qū)動微夾持鉗是精密裝配中的一個研究熱點。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種用于精密裝配的具有微力感知功能的通用壓電驅(qū)動微夾持鉗，克服傳統(tǒng)夾持鉗的不足，實現(xiàn)對異形微尺度零件的無損夾持。為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提出一種用于精密裝配的壓電驅(qū)動微夾持鉗，其特征在于，該微夾持鉗包括可拆裝夾持頭I、可拆裝夾持頭18，壓電應變片2、壓電應變片17，柔順夾持機構(gòu)3，上固定蓋6，壓電陶瓷驅(qū)動器8，預緊塊10，頂頭14和微夾持鉗底座12 ；可拆裝夾持頭I、可拆裝夾持頭18套裝在柔順夾持機構(gòu)3的夾持部位；柔順夾持機構(gòu)3通過螺釘4、螺釘5、螺釘15和螺釘16與微夾持鉗底座12連接；微夾持鉗底座12固定在電動或手動平臺上，以使微夾持鉗自動化或者半自動化運動；壓電應變片2、壓電應變片17粘貼在柔順夾持機構(gòu)3變形量最大的柔性鉸鏈處；所述壓電陶瓷驅(qū)動器8外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座12上的圓孔，另一端和頂頭14相接觸；上固定蓋6壓在壓電陶瓷驅(qū)動器8上，并通過螺釘7和螺釘13和微夾持鉗底座12相連；上固定蓋6和壓電陶瓷驅(qū)動器8接觸部位設(shè)計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅(qū)動器8只可沿軸向方向推動頂頭14運動；頂頭14放置在微夾持鉗底座12上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構(gòu)3相接觸，另一端和壓電陶瓷驅(qū)動器8接觸；預緊塊10通過螺釘9和螺釘11與微夾持鉗底座12連接，為壓電陶瓷驅(qū)動器8提供預緊力。本實用新型提出的所述微夾持鉗體積小、重量輕、適應精細作業(yè)顯微鏡下有限的作業(yè)空間。與其它微夾持器相比，本實用新型具有更大的通用性和適用性，具有很高的實用價值。

[0010]圖I為本實用新型微夾持鉗的俯視圖。圖2為柔順夾持機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。圖3為柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)圖。圖4為柔順夾持機構(gòu)放大原理圖。圖5為被夾持零件在底座平臺上放置的示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本實用新型進一步詳細說明。 本實用新型可用于零件的精確夾持、移動和裝配。圖I為本實用新型微夾持鉗的俯視圖，如圖I所示，本實用新型微夾持鉗主要包括可拆裝夾持頭I、18，壓電應變片2、17，柔順夾持機構(gòu)3，上固定蓋6，壓電陶瓷驅(qū)動器8，預緊塊10，頂頭14和微夾持鉗底座12?？刹鹧b夾持頭I、18套裝在柔順夾持機構(gòu)3的夾持部位；柔順夾持機構(gòu)3通過螺釘4、5、15和16與微夾持鉗底座12連接；微夾持鉗底座12固定在電動或手動平臺上，以實現(xiàn)微夾持鉗的自動化或者半自動化運動；壓電應變片2、17粘貼在柔順夾持機構(gòu)3變形量最大的柔性鉸鏈處，且壓電應變片中應變柵敏感方向與柔性鉸鏈的最大應變方向保持一致，以實現(xiàn)壓電應變片2、17對微夾持鉗夾持力的感知；壓電陶瓷驅(qū)動器8作為微夾持鉗的驅(qū)動源，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的運動分辨率；所述壓電陶瓷驅(qū)動器8外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座12上的圓孔，另一端和頂頭14相接觸；同時使用上固定蓋6壓在壓電陶瓷驅(qū)動器8上，并通過螺釘7和13和微夾持鉗底座12相連；上固定蓋6和壓電陶瓷驅(qū)動器8接觸部位設(shè)計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅(qū)動器8只可沿軸向方向推動頂頭14運動；頂頭14放置在微夾持鉗底座12上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構(gòu)3相接觸，另一端和壓電陶瓷驅(qū)動器8接觸，通過預緊塊10將頂頭14卡在柔順夾持機構(gòu)3和壓電陶瓷驅(qū)動器8中間，將壓電陶瓷驅(qū)動器8的輸出位移和輸出力傳遞給柔順夾持機構(gòu)3 ；預緊塊10通過螺釘9和11與微夾持鉗底座12連接，為壓電陶瓷驅(qū)動器8提供預緊力，所述預緊塊10 —方面用于保證夾持操作前壓電陶瓷驅(qū)動器8與柔順夾持機構(gòu)3緊密接觸，另一方面用于調(diào)節(jié)微夾持鉗口的初始距離(柔順夾持機構(gòu)3將預緊塊10的進給轉(zhuǎn)化為可拆裝夾持頭I和18之間的運動，由此調(diào)整微夾持鉗口的距離)，以實現(xiàn)不同尺度物體的
夾持；柔順夾持機構(gòu)3將壓電陶瓷驅(qū)動器8沿軸向方向的運動轉(zhuǎn)換為可拆裝夾持頭I和18之間的夾持運動。圖2為柔順夾持機構(gòu)3的結(jié)構(gòu)圖，所述柔順夾持機構(gòu)3采用二級柔性鉸鏈杠桿和平行四桿相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。二級柔性鉸鏈杠桿結(jié)構(gòu)將壓電陶瓷驅(qū)動器8的輸入二級放大，其中一級放大的輸入為壓電陶瓷驅(qū)動器8沿力F方向的輸入位移Aytl，輸出為鉸鏈H2處的位移；二級放大的輸入為鉸鏈H2處的位移，輸出為可拆裝夾持頭I和18的輸出位移Δ X，如圖2所示。Hl H7為直梁型柔性鉸鏈結(jié)構(gòu)，其中t為柔性鉸鏈最薄處的厚度，R為倒圓角半徑，I為直梁部分長度，b為鉸鏈的厚度，如圖3所示。所述柔順夾持機構(gòu)3上的平行四桿結(jié)構(gòu)用于限制二級柔性鉸鏈杠桿結(jié)構(gòu)繞某點旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)可拆裝夾持頭I和18的平行夾持零件的目的。柔順夾持機構(gòu)3的放大原理如圖4所示,設(shè)點A的坐標(xA, yA)為
權(quán)利要求1.一種用于精密裝配的壓電驅(qū)動微夾持鉗，其特征在于，該微夾持鉗包括可拆裝夾持頭(I)、可拆裝夾持頭(18)，壓電應變片(2)、壓電應變片(17)，柔順夾持機構(gòu)(3)，上固定蓋(6)，壓電陶瓷驅(qū)動器(8)，預緊塊(10)，頂頭(14)和微夾持鉗底座(12)； 可拆裝夾持頭(I)、可拆裝夾持頭(18)套裝在柔順夾持機構(gòu)(3)的夾持部位；柔順夾持機構(gòu)(3)通過螺釘(4)、螺釘(5)、螺釘(15)和螺釘(16)與微夾持鉗底座(12)連接；微夾持鉗底座(12)固定在電動或手動平臺上，以使微夾持鉗自動化或者半自動化運動；壓電應變片(2)、壓電應變片(17)粘貼在柔順夾持機構(gòu)(3)變形量最大的柔性鉸鏈處； 所述壓電陶瓷驅(qū)動器(8)外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座(12)上的圓孔，另一端和頂頭(14)相接觸；上固定蓋(6)壓在壓電陶瓷驅(qū)動器(8)上，并通過螺釘(7)和螺釘(13)和微夾持鉗底座(12)相連；上固定蓋(6)和壓電陶瓷驅(qū)動器(8)接觸部位設(shè)計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅(qū)動器(8)只可沿軸向方向推動頂頭(14)運動；頂頭(14)放置在微夾持鉗底座(12)上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構(gòu)(3)相接觸，另一端和壓電陶瓷驅(qū)動器⑶接觸； 預緊塊(10)通過螺釘(9)和螺釘(11)與微夾持鉗底座(12)連接，為壓電陶瓷驅(qū)動器(8)提供預緊力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述壓電應變片中應變柵敏感方向與柔性鉸鏈的最大應變方向保持一致，以對微夾持鉗夾持力進行感知。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷驅(qū)動器(8)作為微夾持鉗的驅(qū)動源，能夠?qū)崿F(xiàn)納米級的運動分辨率。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，預緊塊(10)將頂頭(14)卡在柔順夾持機構(gòu)(3)和壓電陶瓷驅(qū)動器(8)中間，將壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的輸出位移和輸出力傳遞給柔順夾持機構(gòu)(3)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述預緊塊(10)用于保證夾持操作前壓電陶瓷驅(qū)動器(8)與柔順夾持機構(gòu)(3)緊密接觸，還用于調(diào)節(jié)微夾持鉗口的初始距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述柔順夾持機構(gòu)(3)將壓電陶瓷驅(qū)動器(8)沿軸向方向的運動轉(zhuǎn)換為可拆裝夾持頭(I)和可拆裝夾持頭(18)之間的夾持運動。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述柔順夾持機構(gòu)(3)采用二級柔性鉸鏈杠桿和平行四桿相結(jié)合的結(jié)構(gòu)，二級柔性鉸鏈杠桿結(jié)構(gòu)將壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的輸入二級放大。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，當夾持頭(I)和夾持頭(18)與被夾持零件(19)接觸時，根據(jù)采集的形變信號調(diào)整壓電陶瓷驅(qū)動器(8)的輸入電壓，構(gòu)成閉環(huán)PID控制，以對零件無損夾持。
專利摘要本實用新型公開了一種用于精密裝配的具備夾持力感知功能的壓電驅(qū)動微夾持鉗。本實用新型通過控制壓電陶瓷驅(qū)動電壓實現(xiàn)微夾持鉗精確運動控制，實現(xiàn)跨尺度(0.1μm～6mm)異形零件的無損夾持。夾持過程中顯微視覺攝像頭安裝在微夾持鉗上方，根據(jù)被夾持零件尺寸選擇合適的夾持頭，當夾持鉗和零件未接觸時依據(jù)顯微視覺圖像控制夾持鉗頭靠近零件；當夾持鉗和零件接觸后通過微力傳感器感知夾持力，根據(jù)反饋力信號控制微夾持鉗運動。本實用新型能夠提高微夾持鉗的準確性和可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)零件的無損夾持，以滿足精密裝配的需求。
文檔編號B25J13/08GK202622796SQ20122026198
公開日2012年12月26日 申請日期2012年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月4日
發(fā)明者張大朋, 張正濤, 高群, 徐德 申請人:中國科學院自動化研究所