基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器，包括压电陶瓷驱动器和夹持部件，夹持部件包括左右对称布置的夹口板，每个夹口板包括一级杠杆放大机构和二级单平行四杆放大机构，一级杠杆放大机构包括杠杆AB和支点，杠杆AB的一节点与二级单平行四杆放大机构相连，夹口位置设置在二级单平行四杆放大机构上，一级与二级放大机构之间的连接及单平行四杆放大机构中各杆之间的连接均采用圆弧形柔性铰链；压电陶瓷驱动器用于驱动一级杠杆放大机构的输入。将一、二级放大机构进行结合可以极大地提高整个微夹持机构的放大倍数与总张和量，根据实际的工程需要可以用不同的参数进行放大比例的调节，以满足实际的工程需要。
【专利说明】基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器
【技术领域】
[0001]本本发明涉及一种微型夹持器，尤其涉及一种压电陶瓷驱动器控制的微装配夹持器。
【背景技术】
[0002]随着微机电系统领域的快速发展，越来越多的微小零件被加工制造出来，这些微小零件的运输与装配环节尤为重要，因而发展成为一个独立的方向——微装配系统，在微装配系统当中，微夹持器的设计最为重要，许多微小零件具有轻、薄、脆等特性，因而对微夹持器提出了越来越高的要求。对于一个完整的微夹持器而言，主要分为两个部分:驱动部分与传动部分。驱动部分主要用来为微夹持运动提供动力，传动部分则用来将驱动部分提供的能量以力或者位移的形式表现出来，并将其作用于被夹持的对象上。对于驱动部分而言，主要有以下几种驱动方式:压电陶瓷驱动式、静电驱动式、电磁驱动式与气压驱动式几种。对于传动部分，则基本上采用以柔性铰链作为基础的传动装置，柔性铰链具有体积小、无摩擦、运动间隙小、无需润滑以及分辨率较高等特点，因而等到了比较广泛的应用。对于一个微夹持器来说它最重要的参数就是放大倍数以及总张合量。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器，其中，第一级采用杠杆放大原理，第二级采用基于单平行四杆机构的原理来提高微夹持器的放大倍数与总张合量，从而满足工程上的需求。
[0004]为了解决上述技术问题，本发明基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器的技术方案是:该微夹持器包括压电陶瓷驱动器装置和夹持部件，夹持部件包括左右对称布置的夹口板，每个夹口板包括一级杠杆放大机构和二级单平行四杆放大机构，一级杠杆放大机构包括杠杆AB和支点，杠杆AB的一节点与二级单平行四杆放大机构相连，夹口位置设置在二级单平行四杆放大机构上，一级杠杆放大机构与二级单平行四杆放大机构之间的连接及单平行四杆放大机构中各杆之间的连接均采用圆弧形柔性铰链；压电陶瓷驱动器用于驱动一级杠杆放大机构的输入。
[0005]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0006]本发明中采用压电陶瓷驱动器，使整个微夹持机构具有结构紧凑，刚度高等特点；本发明采用二级放大原理，其中，第一级采用杠杆机构放大原理，第二级采用单平行四杆机构放大原理，将两者进行结合可以极大地提高整个微夹持机构的放大倍数与总张和量，根据实际的工程需要可以用不同的参数进行放大比例的调节，以满足实际的工程需要。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明微夹持器的整体结构示意图；
[0008]图2是图1中左半部分的机构示意简图；
[0009]图3是本发明中采用的圆弧形柔性铰链的结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述。
[0011]本发明基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器包括压电陶瓷驱动器1和夹持部件，夹持部件包括左右对称布置的夹口板，每个夹口板包括一级杠杆放大机构2和二级单平行四杆放大机构3，一级杠杆放大机构2包括杠杆AB和支点，杠杆AB的一节点与二级单平行四杆放大机构3相连，夹口位置设置在二级单平行四杆放大机构3上，一级杠杆放大机构2与二级单平行四杆放大机构3之间的连接及单平行四杆放大机构中各杆之间的连接均采用圆弧形柔性铰链；压电陶瓷驱动器1用于驱动一级杠杆放大机构的输入。
[0012]本发明微夹持器采用压电陶瓷驱动器1作为驱动装置，压电陶瓷驱动器1以逆压电效应作为基础，具有体积小、刚度高、无磨损、无需润滑、位移分辨率高等特点。本发明的夹持部件的设计采用二级放大原理，相对于一级放大原理，二级放大系统可以将第一级的位移先进行放大，然后将这个位移作为下一级放大机构的输入在进行二次放大，从而可以将放大倍数做得很大，同时可以减小整体机构的体积。
[0013]常用的放大机构有以下几种:杠杆放大机构、桥式放大机构、Scott-Russell机构以及八桥对称联动机构等等。通过对以上几种放大机构进行对比，本发明采用杠杆放大机构作为一级放大机构，其具有结构紧凑、线性度好、能够提供较大放大倍数等特点。
[0014]本发明采用单平行四杆机构作为二级放大机构，单平行四杆机构相对于其他平行四杆机构最大的特点就是在相同驱动力的作用下产生的目标位移较大，因而最适于作为微夹持器的放大机构。
[0015]另外，本发明中杠杆机构和单平行四杆机构以圆弧形柔性铰链作为基础，圆弧形柔性铰链相对于其他类型的柔性铰链而言，可以提供相对准确的旋转位移。
[0016]实施例:以图2所示的机构简图作为本发明微夹持器左半部分的结构。其中，L1与L2构成一级杠杆放大机构，L3、L4、L5、L6、L7、L8和L9构成二级单平行四杆机构的放大机构。在实际的夹持工作中，假定给杠杆AB的点A —个向上的位移量，杠杆AB的点B向下运动，依次通过L3、L4、L5至L6，使节点D向右运动，L7、L8和L9为单平行四杆机构，节点D的向右运动推动整个单平行四杆机构向右运动，从而推动节点E(即本发明夹口板的夹口位置)产生向右运动，同理，右半部分对称的夹口产生向左的运动，从而完成该微夹持器的夹持运动。其中，一级放大机构的放大比例为:
AC L2
[0017]-=——(1)
AA LI
[0018]二级单平行四杆机构的放大比例为:
AK L5xL9
[0019]-=--C2)
AC L3xLl
[0020]所以左半部分的整体放大比例为:
A AK L2xL5xL9
[0021]Au =-=--(3)
AA L\xL3xL7
[0022]所以整体微夹持器的总张和量为:
A , A ^ AK ^ L2xL5xL9
[0023]Ag = 2xAu = 2x-= 2 x--c 4.)
AA LlxL3xL7
[0024]由公式(4)可得，根据实际的工程需要，对式中的参数进行调节就可以满足实际的工程需要。
[0025]本实施例微夹持器采用青铜板材，其夹持部分的整体结构如图2所示，其中，各部分的尺寸为 LI = 2.5mm, L2 = 7.5mm, L3 = 6mm, L4 = 9mm, L5 = 30mm, L6 = 15mm, L7 =6mm, L8 = 24mm, L9 = 36mm。圆弧形柔性铰链的整体结构如图3所示,其加工尺寸为:R =1.5mm, t = 0.5mm, b = 5mm。整个微夹持器可以在一整块青铜板材上采用电火花加工或者线切割加工。如图1所示，可以用8个螺钉将整个微夹持器固定于一基体上。将压电陶瓷驱动器1安装在夹持部件下方的左右对称点位置处。具有上述各部分尺寸的微夹持器，根据公式(4)可以得到，整个微夹持器的放大比为180。若选用的压电陶瓷的最大输出位移为10um,则整个微夹持器的总张合量为1800um。
[0026]尽管上面结合附图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种基于二级放大原理与单平行四杆机构的微夹持器，其特征在于，包括压电陶瓷驱动器(1)和夹持部件，所述夹持部件包括左右对称布置的夹口板，每个夹口板包括一级杠杆放大机构(2)和二级单平行四杆放大机构(3),所述一级杠杆放大机构(2)包括杠杆八8和支点，所述杠杆仙的一节点与二级单平行四杆放大机构⑶相连，夹口位置设置在二级单平行四杆放大机构(3)上，所述一级杠杆放大机构(2)与二级单平行四杆放大机构(3)之间的连接及单平行四杆放大机构中各杆之间的连接均采用圆弧形柔性铰链；所述压电陶瓷驱动器(1)用于驱动一级杠杆放大机构的输入。
【文档编号】B25B11/02GK104308781SQ201410452303
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】李晓辰, 田延岭 申请人:天津大学