基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器，包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器和夾持部件，夾持部件包括左右對(duì)稱布置的夾口板，每個(gè)夾口板包括一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)和二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)，一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)包括杠桿AB和支點(diǎn)，杠桿AB的一節(jié)點(diǎn)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)相連，夾口位置設(shè)置在二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)上，一級(jí)與二級(jí)放大機(jī)構(gòu)之間的連接及單平行四桿放大機(jī)構(gòu)中各桿之間的連接均采用圓弧形柔性鉸鏈；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入。將一、二級(jí)放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)合可以極大地提高整個(gè)微夾持機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)與總張和量，根據(jù)實(shí)際的工程需要可以用不同的參數(shù)進(jìn)行放大比例的調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)際的工程需要。
【專利說(shuō)明】基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本本發(fā)明涉及一種微型夾持器，尤其涉及一種壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器控制的微裝配夾持器。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域的快速發(fā)展，越來(lái)越多的微小零件被加工制造出來(lái)，這些微小零件的運(yùn)輸與裝配環(huán)節(jié)尤為重要，因而發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的方向——微裝配系統(tǒng)，在微裝配系統(tǒng)當(dāng)中，微夾持器的設(shè)計(jì)最為重要，許多微小零件具有輕、薄、脆等特性，因而對(duì)微夾持器提出了越來(lái)越高的要求。對(duì)于一個(gè)完整的微夾持器而言，主要分為兩個(gè)部分:驅(qū)動(dòng)部分與傳動(dòng)部分。驅(qū)動(dòng)部分主要用來(lái)為微夾持運(yùn)動(dòng)提供動(dòng)力，傳動(dòng)部分則用來(lái)將驅(qū)動(dòng)部分提供的能量以力或者位移的形式表現(xiàn)出來(lái)，并將其作用于被夾持的對(duì)象上。對(duì)于驅(qū)動(dòng)部分而言，主要有以下幾種驅(qū)動(dòng)方式:壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)式、靜電驅(qū)動(dòng)式、電磁驅(qū)動(dòng)式與氣壓驅(qū)動(dòng)式幾種。對(duì)于傳動(dòng)部分，則基本上采用以柔性鉸鏈作為基礎(chǔ)的傳動(dòng)裝置，柔性鉸鏈具有體積小、無(wú)摩擦、運(yùn)動(dòng)間隙小、無(wú)需潤(rùn)滑以及分辨率較高等特點(diǎn)，因而等到了比較廣泛的應(yīng)用。對(duì)于一個(gè)微夾持器來(lái)說(shuō)它最重要的參數(shù)就是放大倍數(shù)以及總張合量。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器，其中，第一級(jí)采用杠桿放大原理，第二級(jí)采用基于單平行四桿機(jī)構(gòu)的原理來(lái)提高微夾持器的放大倍數(shù)與總張合量，從而滿足工程上的需求。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器的技術(shù)方案是:該微夾持器包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器裝置和夾持部件，夾持部件包括左右對(duì)稱布置的夾口板，每個(gè)夾口板包括一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)和二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)，一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)包括杠桿AB和支點(diǎn)，杠桿AB的一節(jié)點(diǎn)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)相連，夾口位置設(shè)置在二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)上，一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)之間的連接及單平行四桿放大機(jī)構(gòu)中各桿之間的連接均采用圓弧形柔性鉸鏈；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入。
[0005]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0006]本發(fā)明中采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，使整個(gè)微夾持機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高等特點(diǎn)；本發(fā)明采用二級(jí)放大原理，其中，第一級(jí)采用杠桿機(jī)構(gòu)放大原理，第二級(jí)采用單平行四桿機(jī)構(gòu)放大原理，將兩者進(jìn)行結(jié)合可以極大地提高整個(gè)微夾持機(jī)構(gòu)的放大倍數(shù)與總張和量，根據(jù)實(shí)際的工程需要可以用不同的參數(shù)進(jìn)行放大比例的調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)際的工程需要。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1是本發(fā)明微夾持器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0008]圖2是圖1中左半部分的機(jī)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖；
[0009]圖3是本發(fā)明中采用的圓弧形柔性鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0011]本發(fā)明基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1和夾持部件，夾持部件包括左右對(duì)稱布置的夾口板，每個(gè)夾口板包括一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)2和二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)3，一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)2包括杠桿AB和支點(diǎn)，杠桿AB的一節(jié)點(diǎn)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)3相連，夾口位置設(shè)置在二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)3上，一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)2與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)3之間的連接及單平行四桿放大機(jī)構(gòu)中各桿之間的連接均采用圓弧形柔性鉸鏈；壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1用于驅(qū)動(dòng)一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入。
[0012]本發(fā)明微夾持器采用壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1作為驅(qū)動(dòng)裝置，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1以逆壓電效應(yīng)作為基礎(chǔ)，具有體積小、剛度高、無(wú)磨損、無(wú)需潤(rùn)滑、位移分辨率高等特點(diǎn)。本發(fā)明的夾持部件的設(shè)計(jì)采用二級(jí)放大原理，相對(duì)于一級(jí)放大原理，二級(jí)放大系統(tǒng)可以將第一級(jí)的位移先進(jìn)行放大，然后將這個(gè)位移作為下一級(jí)放大機(jī)構(gòu)的輸入在進(jìn)行二次放大，從而可以將放大倍數(shù)做得很大，同時(shí)可以減小整體機(jī)構(gòu)的體積。
[0013]常用的放大機(jī)構(gòu)有以下幾種:杠桿放大機(jī)構(gòu)、橋式放大機(jī)構(gòu)、Scott-Russell機(jī)構(gòu)以及八橋?qū)ΨQ聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)等等。通過(guò)對(duì)以上幾種放大機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比，本發(fā)明采用杠桿放大機(jī)構(gòu)作為一級(jí)放大機(jī)構(gòu)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、線性度好、能夠提供較大放大倍數(shù)等特點(diǎn)。
[0014]本發(fā)明采用單平行四桿機(jī)構(gòu)作為二級(jí)放大機(jī)構(gòu)，單平行四桿機(jī)構(gòu)相對(duì)于其他平行四桿機(jī)構(gòu)最大的特點(diǎn)就是在相同驅(qū)動(dòng)力的作用下產(chǎn)生的目標(biāo)位移較大，因而最適于作為微夾持器的放大機(jī)構(gòu)。
[0015]另外，本發(fā)明中杠桿機(jī)構(gòu)和單平行四桿機(jī)構(gòu)以圓弧形柔性鉸鏈作為基礎(chǔ)，圓弧形柔性鉸鏈相對(duì)于其他類型的柔性鉸鏈而言，可以提供相對(duì)準(zhǔn)確的旋轉(zhuǎn)位移。
[0016]實(shí)施例:以圖2所示的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖作為本發(fā)明微夾持器左半部分的結(jié)構(gòu)。其中，L1與L2構(gòu)成一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)，L3、L4、L5、L6、L7、L8和L9構(gòu)成二級(jí)單平行四桿機(jī)構(gòu)的放大機(jī)構(gòu)。在實(shí)際的夾持工作中，假定給杠桿AB的點(diǎn)A —個(gè)向上的位移量，杠桿AB的點(diǎn)B向下運(yùn)動(dòng)，依次通過(guò)L3、L4、L5至L6，使節(jié)點(diǎn)D向右運(yùn)動(dòng)，L7、L8和L9為單平行四桿機(jī)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)D的向右運(yùn)動(dòng)推動(dòng)整個(gè)單平行四桿機(jī)構(gòu)向右運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)節(jié)點(diǎn)E(即本發(fā)明夾口板的夾口位置)產(chǎn)生向右運(yùn)動(dòng)，同理，右半部分對(duì)稱的夾口產(chǎn)生向左的運(yùn)動(dòng)，從而完成該微夾持器的夾持運(yùn)動(dòng)。其中，一級(jí)放大機(jī)構(gòu)的放大比例為:
AC L2
[0017]-=——(1)
AA LI
[0018]二級(jí)單平行四桿機(jī)構(gòu)的放大比例為:
AK L5xL9
[0019]-=--C2)
AC L3xLl
[0020]所以左半部分的整體放大比例為:
A AK L2xL5xL9
[0021]Au =-=--(3)
AA L\xL3xL7
[0022]所以整體微夾持器的總張和量為:
A , A ^ AK ^ L2xL5xL9
[0023]Ag = 2xAu = 2x-= 2 x--c 4.)
AA LlxL3xL7
[0024]由公式(4)可得，根據(jù)實(shí)際的工程需要，對(duì)式中的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)就可以滿足實(shí)際的工程需要。
[0025]本實(shí)施例微夾持器采用青銅板材，其夾持部分的整體結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中，各部分的尺寸為 LI = 2.5mm, L2 = 7.5mm, L3 = 6mm, L4 = 9mm, L5 = 30mm, L6 = 15mm, L7 =6mm, L8 = 24mm, L9 = 36mm。圓弧形柔性鉸鏈的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示,其加工尺寸為:R =1.5mm, t = 0.5mm, b = 5mm。整個(gè)微夾持器可以在一整塊青銅板材上采用電火花加工或者線切割加工。如圖1所示，可以用8個(gè)螺釘將整個(gè)微夾持器固定于一基體上。將壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器1安裝在夾持部件下方的左右對(duì)稱點(diǎn)位置處。具有上述各部分尺寸的微夾持器，根據(jù)公式(4)可以得到，整個(gè)微夾持器的放大比為180。若選用的壓電陶瓷的最大輸出位移為10um,則整個(gè)微夾持器的總張合量為1800um。
[0026]盡管上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以做出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于二級(jí)放大原理與單平行四桿機(jī)構(gòu)的微夾持器，其特征在于，包括壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(1)和夾持部件，所述夾持部件包括左右對(duì)稱布置的夾口板，每個(gè)夾口板包括一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)(2)和二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)(3),所述一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)(2)包括杠桿八8和支點(diǎn)，所述杠桿仙的一節(jié)點(diǎn)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)⑶相連，夾口位置設(shè)置在二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)(3)上，所述一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)(2)與二級(jí)單平行四桿放大機(jī)構(gòu)(3)之間的連接及單平行四桿放大機(jī)構(gòu)中各桿之間的連接均采用圓弧形柔性鉸鏈；所述壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器(1)用于驅(qū)動(dòng)一級(jí)杠桿放大機(jī)構(gòu)的輸入。
【文檔編號(hào)】B25B11/02GK104308781SQ201410452303
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】李曉辰, 田延嶺 申請(qǐng)人:天津大學(xué)