一种压电驱动的被动柔顺微夹钳的制作方法

本发明涉及一种微夹钳，具体涉及一种压电驱动的被动柔顺微夹钳。

背景技术：

微夹钳作为微操作、微装配系统的执行机构，是沟通宏观世界和微观世界的基本工具，被广泛应用于生物医学，mems装配，航空航天等领域。在微装配领域，经常需要使用微夹钳对微米级的微小零件进行操作，因此微夹钳应该具有大行程和高分辨率并且保持较小的结构尺寸，此外，为了避免损伤微小零件并进行高精度装配，要求微夹钳钳口运动过程中始终保持平行关系；同时需要对钳口的夹持力和位置进行在线监测，并进行反馈控制。

综上，现有的压电驱动的微夹钳行程范围小、定位精度低以及夹持物的受力状态不均造成损伤微小零件。

技术实现要素：

本发明为解决现有的压电驱动的微夹钳行程范围小、定位精度低以及夹持物的受力状态不均造成损伤微小零件的问题，进而提供一种压电驱动的被动柔顺微夹钳。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳压电驱动的被动柔顺微夹钳包括基座1、桥式放大机构2、压电陶瓷3、两个杠杆支臂4、两个连接铰链5、两个夹持臂6、两个测力应变片7和两个钳口8，桥式放大机构2为四框体结构，桥式放大机构2的上下端为桥式放大机构2的位移输入端，桥式放大机构2的两侧中部为桥式放大机构2的位移输出端，桥式放大机构2每侧的位移输出部为双层结构，压电陶瓷3竖直设置在桥式放大机构2内部且压电陶瓷3的两端与桥式放大机构2的上下端相接触，桥式放大机构2的位移输出端两侧竖直设置有两个杠杆支臂4，桥式放大机构2的位移输出端分别通过一个连接铰链5与同侧的杠杆支臂4的下部连接，两个夹持臂6并列设置且位于桥式放大机构2的正上方，每个杠杆支臂4的上部与相邻的一个夹持臂6连接，每个夹持臂6的上端设置有一个钳口8，两个钳口8相对设置，每个夹持臂6上设置有一个测力应变片7。

在一个实施方案中，夹持臂6为平行四边形结构，每个夹持臂6的平行四边形结构内侧壁上设置有测力应变片7。

在一个实施方案中，连接铰链5为片状连接铰链。

在一个实施方案中，桥式放大机构2的下部通过两个内六角螺栓安装在基座1上。

在一个实施方案中，每个连接铰链5的一端通过两个内六角螺栓与对应的杠杆支臂4连接，每个连接铰链5的另一端通过两个内六角螺栓与桥式放大机构2相应的输出端连接。

在一个实施方案中，基座1的两侧对称加工有两个安装通孔1-1。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳采用桥式机构和杠杆支臂对位移进行二级放大，实现50倍量级的放大倍数，由此保证压电陶瓷行程在20μm的情况下，夹持位移可达1mm；增加了微夹钳的行程范围，同时有利于减小结构尺寸；

本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳将夹持臂设计成平行四边形机构，保证钳口在拾起、夹持和释放全过程保持平行夹持，保证了夹持物的受力状态均匀；

本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳引入被动柔顺的设计思想，对平行四边形夹持臂进行刚度设计，可以使得微夹钳系统的位置控制不需要依赖位置传感器，只需要开环控制即可，从而简化系统结构。

附图说明

图1是本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳的整体结构主视图；

图2是本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳的整体结构立体图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1和图2所示，本实施方式的压电驱动的被动柔顺微夹钳包括基座1、桥式放大机构2、压电陶瓷3、两个杠杆支臂4、两个连接铰链5、两个夹持臂6、两个测力应变片7和两个钳口8，桥式放大机构2为四框体结构，桥式放大机构2的上下端为桥式放大机构2的位移输入端，桥式放大机构2的两侧中部为桥式放大机构2的位移输出端，桥式放大机构2每侧的位移输出部为双层结构，压电陶瓷3竖直设置在桥式放大机构2内部且压电陶瓷3的两端与桥式放大机构2的上下端相接触，桥式放大机构2的位移输出端两侧竖直设置有两个杠杆支臂4，桥式放大机构2的位移输出端分别通过一个连接铰链5与同侧的杠杆支臂4的下部连接，两个夹持臂6并列设置且位于桥式放大机构2的正上方，每个杠杆支臂4的上部与相邻的一个夹持臂6连接，每个夹持臂6的上端设置有一个钳口8，两个钳口8相对设置，每个夹持臂6上设置有一个测力应变片7。

具体实施方式二：如图1和图2所示，本实施方式夹持臂6为平行四边形结构，每个夹持臂6的平行四边形结构内侧壁上设置有测力应变片7。如此设计，本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳引入被动柔顺的设计思想，对平行四边形夹持臂进行刚度设计，可以使得微夹钳系统的位置控制不需要依赖位置传感器，只需要开环控制即可，从而简化系统结构。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

夹持臂6刚度设计原则：

夹持臂6刚度小于等于开环位置控制的最大误差与被加持物最大承受力的比值，公式如下：

其中k为夹持臂刚度，e为开环位置控制误差，f为被加持物不被破坏情况下所能承受的最大力。

本发明申请中“被动柔顺”是指夹持臂6设计成平行四边形结构，同时对平行四边形夹持臂进行刚度设计，可以使得微夹钳系统的位置控制不需要依赖位置传感器，只需要开环控制即可，从而简化系统结构，实现“被动柔顺”。

具体实施方式三：如图1和图2所示，本实施方式连接铰链5为片状连接铰链。如此设计，通过片状铰链5可以对杠杆支臂4进行二次放大，实现50倍量级的放大倍数，保证杠杆支臂4放大倍数的稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1和图2所示，本实施方式桥式放大机构2的下部通过两个内六角螺栓安装在基座1上。如此设计，方便将桥式放大机构2固定在基座1上。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图1和图2所示，本实施方式每个连接铰链5的一端通过两个内六角螺栓与对应的杠杆支臂4连接，每个连接铰链5的另一端通过两个内六角螺栓与桥式放大机构2相应的输出端连接。如此设计，桥式放大机构2的移输出端可以通过连接铰链5将杠杆支臂4的位移进行放大，由此保证压电陶瓷行程在20μm的情况下，夹持位移可达1mm。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1和图2所示，本实施方式基座1的两侧对称加工有两个安装通孔1-1。如此设计，便于基座1安装。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落在本发明的保护范围。

工作原理：

本发明的压电驱动的被动柔顺微夹钳的压电陶瓷3输出位移通过桥式放大机构2将位移进行放大，桥式放大机构2两侧的位移输出端通过连接铰链5将桥式放大机构2的位移输出传递到相应的杠杆支臂4上，杠杆支臂4将放大位移传递给相应的夹持臂6上，从而将放大位移传递给两个钳口8，实现50倍量级的放大倍数。