专利名称：夹持器及其驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种可夹持各种尺寸的微小物体的夹持器及其驱动方法。
背景技术：
最近，随着电子部件的小型轻量化的趋势，人们使用半导体工程
开发出了微型结构体、微型传感器以及致动器(Actuator)等装置。
另外，随着人体研究的深入，生物电池(Biocell) 4支术也在开发 之中。
但是，目前缺乏对上述微小结构体或生物电池等物体进行移动、 固定、结合的装置。
为此，急需对上述微小结构物、致动器等微小电子部件以及用于 生物体的生物电池等物体进行固定、移动、结合等操作所需的、可进 行精密移动的微夹持器(Micro Gripper )。
现有的小型夹持器采用静电力和热膨胀的两种方式。
利用静电力的小型夹持器原理为，在其结构中形成可直接发生静 电力的电极以驱动夹持器的臂，并为了提高驱动力在电极之间施加高 电压，从而驱动夹持器。
这种利用静电力的小型夹持器为了获得足够的驱动力，需要缩小 电极间的距离并需要在电极间形成高电压，因此制造工艺比较复杂，
5导致制造成本上升，而且用很高的驱动电压进行操作时，有可能给细 胞及微生物等活体带来影响。
另外，利用热膨胀的小型夹持器需要发生几百度以上的焦耳热， 提升温度需要一定时间，因此动作速度较慢。
而且，利用热膨胀的小型夹持器在动作时需要很高的热量，当对 那些不经热的细胞或微生物等微小结构体进行操作时，有可能使微小 结构体变形或破坏。
发明内容
本发明旨在解决对各种尺寸的微小物体进行夹持的问题。
作为本发明理想实施例， 一种夹持器，包括 固定台；
分别固定在上述固定台 一侧的第 一臂和第二臂；
分别连接在上述第 一臂和第二臂上的第 一 夹臂和第二夹臂；
连接在上述第 一臂和第 一夹臂之间的第 一连接部；
连接在上述第二臂和第二夹臂之间的第二连接部；
位于上述第一、第二连接部之间，并通过施加的电压牵拉上述第 一、第二连接部的致动器。
作为本发明之另一理想实施例， 一种夹持器的驱动方法，其包括 如下步骤步骤一，准备夹持器，该夹持器由分别连接在第一夹臂和第二夹
臂上的第 一连接部和第二连接部；分别连接在第 一连接部和第二连接 部上的第一弯曲部和第二弯曲部；连^矣在上述第一弯曲部的一侧和上 述第二弯曲部一侧上的第 一移动部；连接在上述第 一弯曲部的另 一侧 和上述第二弯曲部的另一侧上的第二移动部；连接在上述第一移动部， 并连接在上述第二移动部上，通过电压的施加而向上述第一移动部和 上述第二移动部膨胀的压电驱动部所构成；
步骤二 ，向上述压电驱动部施加电压使上述压电驱动部向第 一移 动部和第二移动部膨胀，从而使上述第一移动部和上述第二移动部发
生位移；
步骤三，通过上述第一移动部所发生的位移使第一弯曲部向上述 压电驱动部方向收缩，而通过上述第二移动部所发生的位移使第二弯 曲部向上述压电驱动部方向收缩；
步骤四，通过上述第一、第二弯曲部的收缩，将连接在上述第一、 第二弯曲部上的第一、第二连接部拉向上述压电驱动部方向；
步骤五，使分别连接在上述第一、第二连接部上的第一、第二夹 臂之间的距离缩小，从而夹持目标物。
本发明通过驱动致动器来缩小夹具的间距，从而可夹持微小物体。
另外，本发明中的致动器采用了压电驱动部和弯曲部相结合的结 构，使夹具的位移发生在垂直于压电驱动部的位移方向的方向上，从 而使上述夹具的位移大于压电驱动部的位移量。而且，本发明在臂上形成支撑台，使臂和夹臂倾斜变形，缩小了 夹臂之间的间距，增大了位移量，从而可夹持各种尺寸的微小物体。
图1为本发明中的夹持器的俯视图2为用于说明本发明之夹持器的动作原理的概略示意图3为本发明之第一实施例中的夹持器的示意图4a和4b为本发明之夹持器的动作示意图5为本发明之第一实施例的夹持器动作示意图6为本发明之第二实施例中的夹持器的示意图7为本发明之第二实施例中的夹持器动作示意图8为本发明之第一、第二实施例中的致动器的动作示意图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明中的理想实施例进行详细说明。
图1为本发明中的夹持器(Gripper)的俯视图。如图所示，夹持 器由固定台100;分别固定在上述固定台lOO—侧的第一臂(Arm)lll 和第二臂112;分别连接在上述第一臂111和第二臂112上的第一夹臂 151和第二夹臂152;连接在上述第一臂111和第一夹臂152之间的第 一连接部131;连接在上述第二臂112和第二夹臂152之间的第二连接 部132;位于上述第一连接部131、第二连接部132之间，并通过施加 的电压牵拉上述第一连接部131、第二连接部132的致动器200构成。这样，本发明之夹持器中，当向上述致动器200施加电压时，牵 拉上述第一连接部131、第二连接部132，使连接在上述第一连接部131、 第二连接部132上的第一夹臂151、第二夹臂152之间的间距缩小，从 而可夹持目标物。
另外，如使用超精密加工技术制造本发明之夹持器，可夹持数微 米至数百微米之间的细胞等微小物体。
图2为用于说明本发明之夹持器的动作原理的概略示意图，随着 向致动器200施加电压，致动器收缩而牵拉第一连接部131和第二连 接部132，从而使第一夹臂151和第二夹臂152的间距缩小。
因此，向上述致动器200施加电压后的第一夹臂151和第二夹臂 152的间隔d2，小于向上述致动器200施加电压之前的第一夹臂51 和第二夹臂152的间距dl，通过上述第一夹臂151和第二夹臂152之 间的缩小的间距来夹持微小目标物。
这时，如中断向上述致动器200施加的电压，牵拉上述第一连接 部131、第二连接部132的力被解除，使上述第一连接部131、第二连 接部132恢复至原状态，并使上述第一夹臂151、第二夹臂152之间的 间隔变宽，从而使夹持的目标物脱离夹持器。
这样，本发明通过致动器的驱动来缩小夹臂间的间隔，以达到夹 持微小物体的目的。
图3为本发明之第一实施例中的夹持器的俯视图，第一实施例中 的夹持器可通过图1中夹持器的压电致动器来进行驱动。
9即，上述致动器由分别连接在第一连接部131和第二连接部132 上的第一弯曲部210和第二弯曲部220;连接在上述第一弯曲部210的 一侧和上述第二弯曲部220 —侧上的第一移动部230;连接在上述第一 弯曲部210的另一侧和上述第二弯曲部220的另一侧上的第二移动部 240;连4妄在上述第一移动部230，并连接在上述第二移动部240上， 通过电压的施加而向上述第一移动部230和上述第二移动部240膨胀 的压电驱动部250所构成。
当向上述压电驱动部250施加电压时，上述压电驱动部向上述第 一移动部230和上述第二移动部240膨力长，从而使上述第一移动部230 和上述第二移动部240发生位移。
上述第一移动部230和上述第二移动部240所发生的位移使上述 第一弯曲部210、第二弯曲部220向上述压电驱动部250方向收缩，从 而使连接在上述第一弯曲部210、第二弯曲部220上的第一连接部131、 第二连接部132祐L拉向上述压电驱动部250方向。
这样，随着上述第一连接部131、第二连接部132被拉向上述压电 驱动部250方向，第一夹臂51和第二夹臂152间的间距缩小，从而可 夹持目标物。
如图4a所示，当向压电驱动部施加电压时，上述压电驱动部发生 膨胀并推压连接在上述压电驱动部上的第一移动部230和第二移动部 240，而上述第一移动部230和第二移动部240 ^皮推出导致上述弯曲部 210a、 210b向下移动，使连接在第一连接部131上的第一连接点501 向A方向移动，并牵拉上述第一连接部131。而如图4b所示，当中断施加于压电驱动部的电压时，上述压电驱
动部发生收缩并牵拉连接在上述压电驱动部上的第一移动部230和第 二移动部240,而上述第一移动部230和第二移动部240净皮牵^立导致上 述弯曲部210a、 210b向上移动，使连接在第一连接部131上的第一连 接点501向B方向移动，并使上述第一连接部131恢复到原位置。
图4a、 4b中，连接在第一连接部131上的第一连接点501的位移 量，随着弯曲部210a、 210b所形成的角度6的变化，可增大第一连接 点501的位移量。
具体为，当连4妄在压电驱动部上的第一移动部230、第二移动部 240分别向左右方向收缩或膨胀10jum时，因角度6变化，使第一连 ^接点501发生上或下方向的50jum至100um的位移。
另外，上述固定台100、第一臂lll、第二臂112、第一夹臂l51、 第二夹臂152、第一连接部131、第二连接部132、第一弯曲部210、 第二弯曲部220、第一移动部230、第二移动部240的材料优选^f吏用Si、 Ni、 NiCr、聚合物中的一种。
其中，使用上述聚合物制造夹持器时，可适用于生化实验。
图5为本发明之第一实施例的夹持器动作示意图，当外部电压使 压电驱动部(未图示)发生位移时，牵拉第一连接部131、第二连接部 132。
图中，上述第一臂lll、第二臂112的左侧固定在固定台IOO上， 而上述第一臂lll、第二臂112的右侧连接在第一连接部131、第二连 接部132,因此，连接在上述第一连接部131、第二连接部132上的上 述第一臂lll、第二臂112发生变形。
ii即如图5所示，上述第一臂111的A、 B、 C区间发生S形的变形。
其中，C区间发生緩慢的变形，该C区间的緩慢变形被直接传递到第一夹臂151，因此上述第一夹臂151随着上述第一连^l妄部131的位移而进行移动。
这样，通过上述动作，本发明第一实施例的夹持器的第一夹臂151和第二夹臂152之间的间距被缩小，从而进行夹持动作。
图6为本发明之第二实施例中的夹持器的示意图，该实施例中的夹持器在图3之夹持器的第一臂111、第二臂112上还形成有支撑台161、 162。
形成在上述第一臂lll、第二臂112上的上述支撑台161、 162可防止图5中的上述第一臂111、第二臂112的S形变形，可增大第一夹臂151和第二夹臂152的位移量。
图7为本发明之第二实施例中的夹持器动作示意图，本发明之第二实施例中的夹持器上，其第一臂lll、第二臂112的部分区间各形成有第一支撑台161和第二支撑台162。
因此，当外部电压使压电驱动部(未图示)发生位移时，第一连接部131被牵拉，而牵拉上述第一连接部131的力在上述支撑台161得到緩冲，上述第一臂111不会发生S形的变形，单方向的弯曲就可使图7之E区间和F区间发生倾斜变形。
另外，第一臂151所在的F区间也以E区间及F区间相同的倾斜角发生变形。
12这样，本发明之第二实施例中的夹持器的第 一夹臂和第二夹臂发生倾斜变形，因此第二实施例中的第 一 夹臂和第二夹臂的间距小于第一实施例中的第 一 夹臂和第二夹臂的间距，即夹持器的位移量增大了 。
通过在臂上形成支撑台，使臂和夹臂发生倾斜变形，可缩小夹臂间距，增大位移量，从而可适应于更大尺寸范围内的微小物体，对其进行夹持。
另外，优选为，上述第一支撑台161和第二支撑台162的一端分别位于上述第一臂lll、第二臂112长度L的1/2地点上，而上述第一支撑台161和第二支撑台162的另一端分别越过上述第一连接部131、第二连接部132和第一支撑台161、第二支撑台162的相交点，并位于第一臂151、第二臂152的部分区域上。
图8为本发明之第一、第二实施例中的致动器的动作示意图，如图所示，致动器由分别连接在第一连接部131和第二连接部132上的第一弯曲部210和第二弯曲部220;连接在上述第一弯曲部210的一侧和上述第二弯曲部220 —侧上的第一移动部230;连接在上述第一弯曲部210的另一侧和上述第二弯曲部220的另一侧上的第二移动部240;连接在上述第一移动部230,并连接在上述第二移动部240上，通过电压的施加而向上述第一移动部230和上述第二移动部240膨胀的压电驱动部250所构成。
当向上述压电驱动部250施加电压时，上述压电驱动部膨胀，并向图8的a和b方向推压上述第一移动部230和上述第二移动部240。
上述第一移动部230和上述第二移动部240被推压使上述第一弯曲部210和第二弯曲部220向图8之c、 d方向移动，而使连接在上述第一弯曲部210和第二弯曲部220上的第一连接部131和第二连接部132也被牵拉。
上述第一连接部131和第二连接部132被牵拉使夹持器的第一夹臂和第二夹臂间的间距缩小，从而可执行夹持动作。
本发明的致动器由压电驱动部和弯曲部结合而成，生成垂直于压电驱动部位移方向的夹臂位移，可获得大于压电驱动部位移的、夹臂的经过增幅的位移。
另外，本发明之夹持器驱动方法，包括准备夹持器的步骤，该夹持器由分别连接在第 一 夹臂和第二夹臂上的第 一连接部和第二连接部，分别连接在第一连接部和第二连接部上的第一弯曲部和第二弯曲部，连接在上述第 一弯曲部的 一侧和上述第二弯曲部一侧上的第 一移动部，连接在上述第一弯曲部的另 一侧和上述第二弯曲部的另 一侧上的第二移动部，连接在上述第一移动部并连接在上述第二移动部上，通过电压的施加而向上述第一移动部和上述第二移动部膨胀的压电驱动部所构成；向上述压电驱动部施加电压使上述压电驱动部向第一移动部和第二移动部膨胀，从而使上述第一移动部和上述第二移动部发生位移的步骤；通过上述第一移动部所发生的位移4吏第一弯曲部向上述压电驱动部方向收缩，而通过上述第二移动部所发生的位移使第二弯曲部向上述压电驱动部方向收缩的步骤；通过上述第一弯曲部、第二弯曲部的收缩，将连接在上述第一弯曲部、第二弯曲部上的第一连接部、第二连接部拉向上述压电驱动部方向的步骤；使分别连接在上述第 一连接部、第二连接部上的第 一夹臂和第二夹臂之间的距离缩小，从而夹持目标物的步骤。说明书中对本发明的具体实施例进行了详细说明，但不限定于此。本领域的技术人员可在本发明的技术范围内进行各种变形或变更。
权利要求
1、一种夹持器，包括固定台；分别连接在上述固定台一侧的第一臂和第二臂；分别连接在上述第一臂和第二臂上的第一夹臂和第二夹臂；连接在上述第一臂和第一夹臂之间的第一连接部；连接在上述第二臂和第二夹臂之间的第二连接部；位于上述第一连接部和第二连接部之间，并通过施加的电压而牵拉上述第一连接部和第二连接部的致动器。
2、 如权利要求l所述夹持器，其特征在于，在上述第一臂和第二 臂的部分区间分别形成有第 一 支撑台和第二支撑台。
3、 如权利要求2所述夹持器，其特征在于，上述第一支撑台和第 二支撑台的一端分别位于上述第一臂、第二臂的长度L的1/2地点上， 而上述第一支撑台和第二支撑台的另 一端分别越过上述第 一连接部、 第二连接部和第一支撑台、第二支撑台的相交点，并位于第一臂、第 二臂的部分区域上。
4、 如权利要求1至3所述夹持器，其特征在于，上述致动器由如 下部分构成分别连接在第 一连接部和第二连接部上的第一弯曲部和第二弯曲连接在上述第一弯曲部的一侧和上述第二弯曲部一侧上的第一移动部；连接在上述第一弯曲部的另一侧和上述第二弯曲部的另一侧上的第二移动部；连接在上述第一移动部，并连接在上述第二移动部上，通过电压 的施加而向上述第一移动部和上述第二移动部膨胀的压电驱动部。
5、 如权利要求4所述夹持器，其特征在于，上述固定台、第一臂、第二臂、第一夹臂、第二夹臂、第一连接部、第二连接部、第一弯曲部、第二弯曲部、第一移动部、第二移动部由Si、 Ni、 NiCr、聚合物 中的一种制造。
6、 一种夹持器的驱动方法，包括如下步骤步骤一，准备夹持器，该夹持器由分别连接在第一夹臂和第二夹 臂上的第 一连接部和第二连接部；分别连接在第 一连接部和第二连接 部上的第一弯曲部和第二弯曲部；连接在上述第一弯曲部的一侧和上 述第二弯曲部一侧上的第一移动部；连接在上述第一弯曲部的另一侧 和上述第二弯曲部的另一侧上的第二移动部；连接在上述第一移动部， 并连接在上述第二移动部上，通过电压的施加而向上述第一移动部和 上述第二移动部膨胀的压电驱动部所构成；步骤二，向上述压电驱动部施加电压使上述压电驱动部向第一移 动部和第二移动部膨胀，从而使上述第一移动部和上述第二移动部发 生位移；步骤三，通过上述第一移动部所发生的位移使第一弯曲部向上述 压电驱动部方向收缩，而通过上述第二移动部所发生的位移使第二弯曲部向上述压电驱动部方向收缩；步骤四，通过上述第一弯曲部、第二弯曲部的收缩，将连接在上 述第一弯曲部、第二弯曲部上的第一连接部和第二连接部拉向上述压 电驱动部方向；步骤五，使分别连接在上述第一连接部和第二连接部上的第一夹 臂和第二夹臂之间的距离缩小，从而夹持目标物。
全文摘要
本发明涉及一种夹持器及其驱动方法，通过致动器的驱动缩小夹具的间距，从而可夹持微小物体。本发明中的致动器采用了压电驱动部和弯曲部相结合的结构，使夹具的位移发生在垂直于压电驱动部的位移方向的方向上，从而使上述夹具的位移大于压电驱动部的位移量。而且，本发明在臂上形成支撑台，使臂和夹臂倾斜变形，缩小了夹臂之间的间距，增大了位移量，从而可夹持各种尺寸的微小物体。
文档编号B25J7/00GK101508108SQ200810088050
公开日2009年8月19日 申请日期2008年3月27日 优先权日2008年2月11日
发明者朴光范, 朴孝德, 朴浚植 申请人:电子部品研究院