一种基于柔顺机构的空间微夹持器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于精密工程领域，尤其涉及应用柔顺机构所设计的微小物体夹持器件，所设计的微夹持器可用于生物工程、微机电系统、微/纳米制造与装配工程及光学工程等领域。
【背景技术】
[0002]随着生物工程技术、微机电系统技术、微/纳技术及光学工程等领域的研究对象正朝着微细化方向发展，微夹持器作为对微小物体进行操作过程的末端执行器，在微机械零件的加工、装配、生物工程和光学等领域均有较好的应用前景。在微机电系统领域，微夹持器可用于将微轴、微齿轮等微零件装配成微部件;在生物工程领域，微夹持器可用来抓取细胞，与微探针相结合，还可向细胞注入或从细胞中提取某种成分。在光学工程领域，夹持器可用于光学元件的微操作和调节。但是，由于这些领域所操作的微小物体具有不同大小的尺寸，而且形状不规则，目前所设计的微夹持器还不能很好地满足工程应用要求。因此，要求所设计的微夹持器具有大的张合量，且能稳定夹持形状不规则的微小物体。
[0003]目前大多数的微夹持器为平面结构，只能实现2维平面夹持操作，夹持物体时为两点接触，难以稳定地夹持不规则形状微小物体。为了实现夹持不规则形状微小物体，需要当夹持物体时为多点接触，所以3维空间的微夹持器能满足这一要求。同时，柔顺机构是采用柔性构件的弹性变形传递和转换运动、力或能量的一种新型机构，柔顺机构具有免摩擦、免润滑、整体化制造、运动灵敏度高等优点，柔顺机构这些优点使得其可适合于微夹持器的结构设计，能实现对微小物体的夹持与操作，并且可以实现空间多维的微夹持操作。但柔顺机构的驱动器的输出行程较小，为了实现夹持器大的张合量，需要设计具有放大功能的柔顺机构。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种用于能夹持不同大小和形状不规则的微小物体的空间微夹持器，基于柔顺机构设计一种新型的空间微夹持器，所设计的微夹持器具有结构紧凑、张合量大且可调、能适应形状不规则的物体等优点。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明的空间微夹持器包括2个具有对称结构的夹持支链和4个微探针组成。
[0007]所述第I个夹持支链如图1所示，第I个夹持支链为一平面柔顺机构，采用5对对称的正圆形柔性铰链形成二级杠杆放大机构，实现对驱动端13的输入位移两级放大，其中第三柔性铰链3、第四柔性铰4和第五柔性铰链5形成第一级杠杆结构，第五柔性铰链5作为第一级杠杆的输入，第四柔性铰4作为其支点，第三柔性铰链3作为其输出；第一柔性铰链I和第二柔性铰链2构成第二级杠杆，第二柔性铰链2作为第二级放大的输入，第一柔性铰链I作为其支点，驱动端13为第二级杠杆的输出端。其中，螺纹孔6用于连接微探针，下凹槽12用于与夹持支链2进行装配。
[0008]所述第2个夹持支链如图2所示，第2个夹持支链为一平面柔顺机构，第2个夹持支链实现输入位移放大的结构与第I个夹持支链相同，不同之处在于，第2个夹持支链的卡槽15用于与第I个夹持支链进行装配，将第I个夹持支链通过卡槽15嵌入于第2个夹持支链，形成十字架形式的相互垂直装配方式，构成一个方形夹持口；第2个夹持支链的上凹槽14与第I个夹持支链的下凹槽12相互嵌套在一起，实现了第I个夹持支链和第2个夹持支链共用一个驱动端13，则可以使用一个驱动器同时驱动2个夹持支链。
[0009]所述的微探针如图3所示，微探针的连接端16通过螺纹连接与夹持支链的螺纹孔6进行装配，通过旋转微探针可以调节微探针的伸出量，以改变方形夹持口的大小，则可根据所夹持物体的大小调节夹持口的大小；其中，微探针操作端17用于对微小物体进行夹持操作。
[0010]所述的空间微夹持器如图4所示，第一夹持支链26通过卡槽15与第二夹持支链27以十字架形式进行垂直装配，且第二夹持支链27的上凹槽14与第一夹持支链26的下凹槽12相互嵌套在一起;第一探针18、第二探针19、第三探针22、第四探针23分别与第一夹持臂20、第二夹持臂21、第三夹持臂24、第四夹持臂25以螺纹形式进行连接，4个微探针形成了空间微夹持器的夹持口，该夹持口为4个微探针的操作端17构成，当夹持物体时为4点接触，则可稳定地夹持形状不规则的物体。
[0011]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0012](I)本发明的空间微夹持器，采用对称结构的平面夹持支链组成，具有结构紧凑的特点；
[0013](2)本发明的空间微夹持器，采用杠杆原理实现2级放大输入位移，具有张合量大的特点；
[0014](3)本发明的空间微夹持器，夹持端采用4个可调节伸长量的微探针组成，具有夹持口大小可调节的特点，能夹持尺寸不同的微小物体；
[0015](4)本发明的空间微夹持器，采用4个微探针构成空间方形夹持口，具有4点接触夹持物体的特点，能夹持形状不规则的微小物体；
[0016](5)本发明的空间微夹持器，2个夹持支链以十字架形式垂直装配，共享一个驱动端，只需一个驱动器实现空间夹持，具有欠驱动3维空间夹持的特点。
【附图说明】
[0017]图1是本发明实施例提供的第I个夹持支链的结构示意图；
[0018]图2是本发明实施例提供的第2个夹持支链的结构示意图；
[0019]图3是本发明实施例提供的微探针的结构示意图；
[0020]图4是本发明实施例提供的空间微夹持器的整体结构示意图；
[0021 ]图1中，1、第一柔性铰链;2、第二柔性铰链;3、第三柔性铰链;4、第四柔性铰链;5、第五柔性铰链;6、螺纹孔;7、第六柔性铰链;8、第七柔性铰链;9、第八柔性铰链；10、第九柔性铰链;11、第十柔性铰链;12、下凹槽;13、驱动端；
[0022]图2中，14、上凹槽;15、卡槽；
[0023 ]图3中，16、螺纹连接端；17、操作端；
[0024]图4中，18、第一探针；19、第二探针；20、第一夹持臂；21、第二夹持臂；22、第三探针;23、第四探针;24、第三夹持臂;25、第四夹持臂;26、第一夹持支链;27、第二夹持支链。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0026]为了更好地理解本发明，下面结合附图对本发明作进一步地描述。
[0027]如图1-图4所示，本发明实施例的基于柔顺机构的空间微夹持器主要由:第一柔性铰链1、第二柔性铰链2、第三柔性铰链3、第四柔性铰链4、第五柔性铰链5、螺纹孔6、第六柔性铰链7、第七柔性铰链8、第八柔性铰链