一种基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳的制作方法

本发明涉及一种夹持钳，特别涉及一种基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳，属于微纳加工技术领域。

背景技术：

作为微机电系统的关键组成部分,微夹钳是沟通宏观与微观世界的基本工具,微夹钳可以实现拾起、夹持和释放等操作,因而广泛应用于微装配、生物医学、航空航天和军事等领域。

与静电梳齿驱动、电热驱动和形状记忆合金驱动等相比,压电叠堆驱动具有分辨率高、驱动力大、频响范围宽、响应速度快和动态特性好等优点,因而特别适合用于驱动微夹钳。

在微装配技术领域,经常需要对所夹持物体进行转动微调，因此，微夹钳应用在完成夹持的同时应具有搓动功能，一方面能利用搓动功能对所夹持物体实现微转动，另一方面，可以利用微搓动功能增加对物体的夹持力，防止脱落。

在微装配技术领域,经常需要使用微夹钳对微纳米级别到毫米级别的不规则而又易碎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。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有大行程和高分辨率，且基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳，包括u形状的机架，所述机架上端内壁通过柔性铰链分别活动连接有第一夹持臂和第二夹持臂，所述第二夹持臂端头固定连接有夹持头，所述第一夹持臂和第二夹持臂下端通过柔性铰链活动连接有置于机架内部的跷板，所述跷板端面开设有圆柱面约束孔，且以圆柱面约束孔为轴做弧形运动，所述跷板与机架内部底端之间固定安装有压电陶瓷预紧弹簧和压电陶瓷驱动器。

作为本发明的一种优选技术方案，所述机架内部底端开设有两个安装槽，所述压电陶瓷预紧弹簧和压电陶瓷驱动器分别安装在两个所述安装槽内。

作为本发明的一种优选技术方案，所述机架端面开设有固定螺栓孔。

作为本发明的一种优选技术方案，所述机架内侧壁开设有弧形槽，所述弧形槽置于夹持头下方，且所述压电陶瓷驱动器输出端头置于压电陶瓷预紧弹簧和弧形槽之间。

作为本发明的一种优选技术方案，所述第一夹持臂上端固定连接有与夹持头相适配的夹持座。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过两个夹持臂的相对运动控制，实现夹持端头在相互靠近的同时，具有相对运动，即可实现微搓动功能,通过柔性铰链可大幅提高微搓动夹持行程，增加工作空间，满足多种夹持要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1、第一夹持臂；2、柔性铰链；3、跷板；4、压电陶瓷预紧弹簧；5、夹持头；6、第二夹持臂；7、圆柱面约束孔；8、压电陶瓷驱动器；9、固定螺栓孔；10、机架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳，包括u形状的机架10，机架10上端内壁通过柔性铰链2分别活动连接有第一夹持臂1和第二夹持臂6，第二夹持臂6端头固定连接有夹持头5，第一夹持臂1和第二夹持臂6下端通过柔性铰链2活动连接有置于机架10内部的跷板3，跷板3端面开设有圆柱面约束孔7，且以圆柱面约束孔7为轴做弧形运动，圆柱面约束孔7内设有螺栓，以达到转动目的，跷板3与机架10内部底端之间固定安装有压电陶瓷预紧弹簧4和压电陶瓷驱动器8，机架10内部底端开设有两个安装槽，压电陶瓷预紧弹簧4和压电陶瓷驱动器8分别安装在两个安装槽内，机架10端面开设有固定螺栓孔9，用于固定，机架10内侧壁开设有弧形槽，弧形槽置于夹持头5下方，且压电陶瓷驱动器8输出端头置于压电陶瓷预紧弹簧4和弧形槽之间，第一夹持臂1上端固定连接有与夹持头5相适配的夹持座（即夹持头）。

下面将具体阐述本发明的工作原理：调节压电陶瓷预紧弹簧4的预紧力，然后将装配好的微搓夹钳固定在微操作机构末端，在使用时,先使宏动平台和微动平台移动到微夹持对象的初始位置,再对压电陶瓷驱动器8施加通过功率放大器放大后的电压,压电陶瓷驱动器8伸长,压电陶瓷驱动器8通过平行板柔性铰链将跷板3一端向外推,圆柱面约束孔7通过螺栓进行限位，螺栓为支点，跷板3以圆柱面约束孔7为中点做圆弧运动,使跷板3的另一端向内摆动，在夹持臂与机架10之间的柔性铰链2的作用下,第二夹持臂6上端也向内运动,第一夹持臂1上端向外运动，同时，在压电陶瓷预紧弹簧4的预紧力作用下，两个夹持臂下端向内变形，从而使夹持头5向内运动，第一夹持臂1上端的夹持座向外运动，从而形成搓动夹持。

本发明通过柔性铰链2将压电陶瓷驱动器8的形变转换为夹持头和夹持座的相对运动，机架10通过四个螺栓和固定螺栓孔9固定在微操作器末端，圆柱面约束孔7内的螺栓为圆柱面约束，只有切向自由度，通过此圆柱面约束将压电陶瓷驱动器8的变形转换为跷板3的摆动，第一夹持臂1和第二夹持臂6通过柔性铰链2与机架10及跷板3相连，从而通过柔性铰链2将跷板3的摆动转化为夹持头5和夹持座的相对运动，同时压电陶瓷预紧弹簧4对第一夹持臂1产生推力，从而形成夹持头5和第一夹持臂1上端夹持座的搓动，压电陶瓷预紧弹簧4通过装配后的自身弹力，推动跷板3的一端向前产生微位移，从而使压电陶瓷预紧弹簧4上端产生预紧。

综上所述，本发明一种基于柔性铰链放大的压电微搓动夹持钳用于要求有微转动的场合，如光纤束的夹持与搓动，细胞的夹持与搓动，通过两个夹持臂的相对运动控制，实现夹持端头在相互靠近的同时，具有相对运动，即可实现微搓动功能,通过柔性铰链2可大幅提高微搓动夹持行程，增加工作空间，满足多种夹持要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。