专利名称：基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器的制作方法
基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器所属领域本发明涉及一种基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，用于微操作系统、微小机器人、微装配、微焊接以及微小物体的搬迁操作，属于微机电系统领域。
背景技术：
微机电系统(MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。微夹持器是微机电系统的关键组成部分，是连接宏观与微观世界的基本工具。在精密仪器、生物医学、航空航天及军事领域都有着广泛的应用前景。微夹持器按照驱动方式划分可分为压电驱动、 热驱动、静电驱动等类型。静电驱动微夹持器具有制作工艺与IC工艺兼容、易实现小型化和和集成化、响应速度快、控制方便、结构简单等优点，因此在微机电系统领域得到广泛应用。参见图2，在公开号为CN1410346A的专利文献“一种静电致动微夹持器”中，提出了一种采用直线形静电梳齿驱动的微夹持器，在微夹持器直线形的活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压， 活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作。这种采用直线形静电梳齿驱动的微夹持器因要获得足够的静电驱动力，活动梳齿与固定梳齿之间的间距就较小，因而在产生较大开合角度和位移时，活动梳齿与固定梳齿就会发生侧向吸合，导致微夹持器失效。因此采用直线形静电梳齿驱动的微夹持器存在开合角度小和位移小等缺点。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术中直线形静电梳齿驱动的微夹持器存在开合角度小和位移小的缺点，本发明提出了一种基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，在微夹持器的弧形活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作。采用弧形静电梳齿驱动的微夹持器可以实现较大的开合角度和位移。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是参见图1，一种基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，包括左夹持臂部件1和右夹持臂部件21 ；左夹持臂部件1包括张开驱动弧形固定梳齿组件I 2、闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件I 2包括一组固定在梁I 5上的弧形固定梳齿I 6，梁I 5两端固定在锚点I 4上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3包括一组固定在梁II 14上的弧形固定梳齿II 12，梁II 14两端固定在锚点II 13上；两组弧形活动梳齿I 7分别与弧形固定梳齿I 6和弧形固定梳齿II 12构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿I 7位于夹持臂I 9上，夹持臂I 9 一端固定在锚点III 8上，另一端连接夹持臂端I 10;右夹持臂部件21和左夹持臂部件1为对称结构，右夹持臂部件21包括张开驱动弧形固定梳齿组件II 22、闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件II 22包括一组固定在梁III 25上的弧形固定梳齿III 26，梁III 25两端固定在锚点IV M上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23包括一组固定在梁IV 34上的弧形固定梳齿组件IV 32，梁IV 34两端固定在锚点V 33上；两组弧形活动梳齿II 27分别与弧形固定梳齿III沈和弧形固定梳齿IV 32构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II 27位于夹持臂II四上，夹持臂II四一端固定在锚点VI观上，另一端连接夹持臂端II 30 ；左夹持臂部件1上的夹持臂端I 10和右夹持臂部件21的夹持臂端II 30构成一个可以开合的夹持臂。为了增大微夹持器与微小物体之间的接触面积，夹持臂端II 30和夹持臂端I 10 的相向内侧均为锯齿形。本发明的有益效果是在工作过程中，微夹持器产生较大开合角度和位移时，弧形活动梳齿与固定梳齿之间产生圆周相对运动，梳齿间距几乎不发生改变，因此就不易发生侧向吸合。所以，采用弧形静电梳齿驱动的微夹持器可以实现较大的开合角度和位移。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
(附图在文字中的引用说明)图1用本发明提出的基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器结构示意图；图2是现有技术中的静电致动微夹持器结构示意图；图中，1-左夹持臂部件，2-张开驱动弧形固定梳齿组件I，3-闭合驱动弧形固定梳齿组件I，4锚点I，5-梁I，6弧形固定梳齿I，7-弧形活动梳齿I，8-锚点III，9-夹持臂， 10"夹持臂端I，12-弧形固定梳齿II，13-锚点II ； 14-梁II，21-右夹持臂部件，22-张开驱动弧形固定梳齿组件II 22，23-闭合驱动弧形固定梳齿组件II，24-锚点IV ;25_梁III， 26-弧形固定梳齿III，27-弧形活动梳齿II，28-锚点VI，29-夹持臂II，30-夹持臂端11， 32弧形固定梳齿组件IV，33-锚点V，34-梁IV。
具体实施例方式参阅图1，本实施例中的基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，包括左夹持臂部件1和右夹持臂部件21 ；左夹持臂部件1包括张开驱动弧形固定梳齿组件I 2、闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件I 2包括一组固定在梁I 5上的弧形固定梳齿I 6，梁I 5两端固定在锚点I 4上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I 3包括一组固定在梁II 14上的弧形固定梳齿II 12，梁II 14两端固定在锚点 II 13上；两组弧形活动梳齿I 7分别与弧形固定梳齿I 6和弧形固定梳齿II 12构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿I 7位于夹持臂I 9上，夹持臂I 9 一端固定在锚点III 8上，另一端连接夹持臂端I 10 ；右夹持臂部件21和左夹持臂部件1为对称结构，右夹持臂部件21包括张开驱动弧形固定梳齿组件II 22、闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件II 22包括一组固定在梁III 25上的弧形固定梳齿III 26，梁III 25 两端固定在锚点IV M上所述闭合驱动弧形固定梳齿组件II 23包括一组固定在梁IV 34上的弧形固定梳齿组件IV 32，梁IV 34两端固定在锚点V 33上；两组弧形活动梳齿II 27分别与弧形固定梳齿III沈和弧形固定梳齿IV 32构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II 27位于夹持臂II四上，夹持臂II四一端固定在锚点VI观上，另
4一端连接夹持臂端II 30 ；左夹持臂部件1上的夹持臂端I 10和右夹持臂部件21的夹持臂端II 30构成一个可以开合的夹持臂。为了增大微夹持器与微小物体之间的接触面积，夹持臂端II 30和夹持臂端I 10 的相向内侧均为锯齿形。当该基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器工作时，按照夹持臂部件的张开和闭合运动形式，可分为(1)左夹持臂部件1闭合，右夹持臂部件21闭合；(2)左夹持臂部件 1张开，右夹持臂部件21张开；(3)左夹持臂部件1张开，右夹持臂部件21闭合；(4)左夹持臂部件1闭合，右夹持臂部件21张开。(1)左夹持臂部件1闭合，右夹持臂部件21闭合将锚点I 4和锚点III 8接地， 锚点1113施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿I 7和弧形活动梳齿II 12的静电驱动力作用下，左夹持臂部件1向内闭合；将锚点IV M和锚点VI观接地，锚点V 33施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿II 27和弧形活动梳齿IV 32的静电驱动力作用下，右夹持臂部件21向内闭合。(2)左夹持臂部件1张开，右夹持臂部件21张开将锚点II 13和锚点III 8接地，锚点I 4施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿I 7和弧形固定梳齿I 6的静电驱动力作用下，左夹持臂部件1向外张开；将锚点V 33和锚点VI观接地，锚点IV M施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿II 27和弧形固定梳齿III沈的静电驱动力作用下， 右夹持臂部件21向外张开。(3)左夹持臂部件1张开，右夹持臂部件21闭合将锚点II 13和锚点III 8接地，锚点I 4施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿I 7和弧形固定梳齿I 6的静电驱动力作用下，左夹持臂部件1向外张开；将锚点IV M和锚点VI观接地，锚点V 33施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿II 27和弧形活动梳齿IV 32的静电驱动力作用下，右夹持臂部件21向内闭合。(4)左夹持臂部件1闭合，右夹持臂部件21张开将锚点I 4和锚点III 8接地， 锚点1113施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿I 7和弧形活动梳齿II 12的静电驱动力作用下，左夹持臂部件1向内闭合；将锚点V 33和锚点VI观接地，锚点IV M施加电压，活动夹持臂组件在弧形活动梳齿II 27和弧形固定梳齿III沈的静电驱动力作用下， 右夹持臂部件21向外张开。此外还可以单独控制其中一个夹持臂部件的张开或闭合运动，另一个夹持臂部件保持不动。在工作过程中，微夹持器产生较大开合角度和位移时，弧形活动梳齿与固定梳齿之间产生圆周相对运动，梳齿间距几乎不发生改变，因此不易发生侧向吸合。所以，采用弧形静电梳齿驱动的微夹持器可以实现较大的开合角度和位移。
权利要求
1.一种基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，其特征在于包括左夹持臂部件 (1)和右夹持臂部件；左夹持臂部件(1)包括张开驱动弧形固定梳齿组件I O)、闭合驱动弧形固定梳齿组件I C3)和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件1( 包括一组固定在梁I ( 上的弧形固定梳齿I (6)，梁I ( 两端固定在锚点I (4)上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件I C3)包括一组固定在梁II (14)上的弧形固定梳齿II (12)，梁II (14)两端固定在锚点II (13)上；两组弧形活动梳齿I (7)分别与弧形固定梳齿I (6)和弧形固定梳齿11(12)构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿1(7)位于夹持臂1(9)上， 夹持臂1(9) 一端固定在锚点111(8)上，另一端连接夹持臂端1(10)；右夹持臂部件和左夹持臂部件(1)为对称结构，右夹持臂部件包括张开驱动弧形固定梳齿组件II (22)、闭合驱动弧形固定梳齿组件II (23)和活动夹持臂组件；所述驱动弧形固定梳齿组件11 包括一组固定在梁111 上的弧形固定梳齿11106)，梁 111(25)两端固定在锚点IW24)上；所述闭合驱动弧形固定梳齿组件11 包括一组固定在梁IV(34)上的弧形固定梳齿组件IV(3 ，梁IV(34)两端固定在锚点V(3 上；两组弧形活动梳齿II (27)分别与弧形固定梳齿III (26)和弧形固定梳齿IV(3 构成两组弧形梳齿驱动器；所述的两组弧形活动梳齿II 07)位于夹持臂II 09)上，夹持臂II 09) —端固定在锚点VI 08)上，另一端连接夹持臂端II (30)；左夹持臂部件(1)上的夹持臂端1(10)和右夹持臂部件的夹持臂端11(30)构成一个可以开合的夹持臂。
2.一种如权利要求1所述的基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，其特征在于 所述夹持臂端11(30)和夹持臂端1(10)的相向内侧均为锯齿形。
全文摘要
本发明公开了一种基于弧形梳齿的大位移静电驱动微夹持器，用于微操作系统、微小机器人、微装配、微焊接以及微小物体的搬迁操作，属于微机电系统领域。本发明在微夹持器的弧形活动梳齿、固定梳齿分别施加不同的驱动电压，活动梳齿在静电力驱动下带动微夹持臂摆动实现微夹持器的开合动作。在工作过程中，微夹持器产生较大开合角度和位移时，弧形活动梳齿与固定梳齿之间产生圆周相对运动，梳齿间距几乎不发生改变，因此就不易发生侧向吸合，所以，采用弧形静电梳齿驱动的微夹持器可以实现较大的开合角度和位移。
文档编号B25J7/00GK102179803SQ20111008137
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月31日 优先权日2011年3月31日
发明者丁继亮, 何洋, 常洪龙, 张峰, 苑伟政, 谢建兵 申请人:西北工业大学