用于精密裝配的壓電驅動微夾持鉗制造技術

本實用新型專利技術公開了一種用于精密裝配的具備夾持力感知功能的壓電驅動微夾持鉗。本實用新型專利技術通過控制壓電陶瓷驅動電壓實現微夾持鉗精確運動控制，實現跨尺度(0.1μm～6mm)異形零件的無損夾持。夾持過程中顯微視覺攝像頭安裝在微夾持鉗上方，根據被夾持零件尺寸選擇合適的夾持頭，當夾持鉗和零件未接觸時依據顯微視覺圖像控制夾持鉗頭靠近零件；當夾持鉗和零件接觸后通過微力傳感器感知夾持力，根據反饋力信號控制微夾持鉗運動。本實用新型專利技術能夠提高微夾持鉗的準確性和可靠性，能夠實現零件的無損夾持，以滿足精密裝配的需求。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及精密裝配和微機電
，具體涉及一種用于精密裝配的壓電驅動微夾持甜。
技術介紹
隨著微細加工技術、微電子技術、微機電系統等的發展，迫切需要將多個微尺度零件裝配成復雜系統。微夾持鉗作為微裝配系統中直接與夾持對象接觸的末端執行器，對微裝配任務的完成起著決定性作用。常規夾持器存在如下三個缺點1)無法達到微米級別的定位精度；2)不能實現跨尺度零件平行夾持；3)不具備夾持力的感知能力。因此，傳統夾持器無法在精密裝配中應用。壓電驅動微夾持鉗具備響應快、分辨率高、控制精度高、夾持力大等優點，因此在眾多領域得到廣泛的應用。研究具有夾持力感應的壓電驅動微夾持鉗是精密裝配中的一個研究熱點。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種用于精密裝配的具有微力感知功能的通用壓電驅動微夾持鉗，克服傳統夾持鉗的不足，實現對異形微尺度零件的無損夾持。為實現上述目的，本技術提出一種用于精密裝配的壓電驅動微夾持鉗，其特征在于，該微夾持鉗包括可拆裝夾持頭I、可拆裝夾持頭18，壓電應變片2、壓電應變片17，柔順夾持機構3，上固定蓋6，壓電陶瓷驅動器8，預緊塊10，頂頭14和微夾持鉗底座12 ；可拆裝夾持頭I、可拆裝夾持頭18套裝在柔順夾持機構3的夾持部位；柔順夾持機構3通過螺釘4、螺釘5、螺釘15和螺釘16與微夾持鉗底座12連接；微夾持鉗底座12固定在電動或手動平臺上，以使微夾持鉗自動化或者半自動化運動；壓電應變片2、壓電應變片17粘貼在柔順夾持機構3變形量最大的柔性鉸鏈處；所述壓電陶瓷驅動器8外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座12上的圓孔，另一端和頂頭14相接觸；上固定蓋6壓在壓電陶瓷驅動器8上，并通過螺釘7和螺釘13和微夾持鉗底座12相連；上固定蓋6和壓電陶瓷驅動器8接觸部位設計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅動器8只可沿軸向方向推動頂頭14運動；頂頭14放置在微夾持鉗底座12上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構3相接觸，另一端和壓電陶瓷驅動器8接觸；預緊塊10通過螺釘9和螺釘11與微夾持鉗底座12連接，為壓電陶瓷驅動器8提供預緊力。本技術提出的所述微夾持鉗體積小、重量輕、適應精細作業顯微鏡下有限的作業空間。與其它微夾持器相比，本技術具有更大的通用性和適用性，具有很高的實用價值。附圖說明圖I為本技術微夾持鉗的俯視圖。圖2為柔順夾持機構結構圖。圖3為柔性鉸鏈結構圖。圖4為柔順夾持機構放大原理圖。圖5為被夾持零件在底座平臺上放置的示意圖。具體實施方式為使本技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本技術進一步詳細說明。 本技術可用于零件的精確夾持、移動和裝配。圖I為本技術微夾持鉗的俯視圖，如圖I所示，本技術微夾持鉗主要包括可拆裝夾持頭I、18，壓電應變片2、17，柔順夾持機構3，上固定蓋6，壓電陶瓷驅動器8，預緊塊10，頂頭14和微夾持鉗底座12。可拆裝夾持頭I、18套裝在柔順夾持機構3的夾持部位；柔順夾持機構3通過螺釘4、5、15和16與微夾持鉗底座12連接；微夾持鉗底座12固定在電動或手動平臺上，以實現微夾持鉗的自動化或者半自動化運動；壓電應變片2、17粘貼在柔順夾持機構3變形量最大的柔性鉸鏈處，且壓電應變片中應變柵敏感方向與柔性鉸鏈的最大應變方向保持一致，以實現壓電應變片2、17對微夾持鉗夾持力的感知；壓電陶瓷驅動器8作為微夾持鉗的驅動源，能夠實現納米級的運動分辨率；所述壓電陶瓷驅動器8外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座12上的圓孔，另一端和頂頭14相接觸；同時使用上固定蓋6壓在壓電陶瓷驅動器8上，并通過螺釘7和13和微夾持鉗底座12相連；上固定蓋6和壓電陶瓷驅動器8接觸部位設計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅動器8只可沿軸向方向推動頂頭14運動；頂頭14放置在微夾持鉗底座12上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構3相接觸，另一端和壓電陶瓷驅動器8接觸，通過預緊塊10將頂頭14卡在柔順夾持機構3和壓電陶瓷驅動器8中間，將壓電陶瓷驅動器8的輸出位移和輸出力傳遞給柔順夾持機構3 ；預緊塊10通過螺釘9和11與微夾持鉗底座12連接，為壓電陶瓷驅動器8提供預緊力，所述預緊塊10 —方面用于保證夾持操作前壓電陶瓷驅動器8與柔順夾持機構3緊密接觸，另一方面用于調節微夾持鉗口的初始距離(柔順夾持機構3將預緊塊10的進給轉化為可拆裝夾持頭I和18之間的運動，由此調整微夾持鉗口的距離)，以實現不同尺度物體的夾持；柔順夾持機構3將壓電陶瓷驅動器8沿軸向方向的運動轉換為可拆裝夾持頭I和18之間的夾持運動。圖2為柔順夾持機構3的結構圖，所述柔順夾持機構3采用二級柔性鉸鏈杠桿和平行四桿相結合的結構。二級柔性鉸鏈杠桿結構將壓電陶瓷驅動器8的輸入二級放大，其中一級放大的輸入為壓電陶瓷驅動器8沿力F方向的輸入位移Aytl，輸出為鉸鏈H2處的位移；二級放大的輸入為鉸鏈H2處的位移，輸出為可拆裝夾持頭I和18的輸出位移Δ X，如圖2所示。Hl H7為直梁型柔性鉸鏈結構，其中t為柔性鉸鏈最薄處的厚度，R為倒圓角半徑，I為直梁部分長度，b為鉸鏈的厚度，如圖3所示。所述柔順夾持機構3上的平行四桿結構用于限制二級柔性鉸鏈杠桿結構繞某點旋轉，實現可拆裝夾持頭I和18的平行夾持零件的目的。柔順夾持機構3的放大原理如圖4所示,設點A的坐標(xA, yA)為 權利要求1.一種用于精密裝配的壓電驅動微夾持鉗，其特征在于，該微夾持鉗包括可拆裝夾持頭(I)、可拆裝夾持頭(18)，壓電應變片(2)、壓電應變片(17)，柔順夾持機構(3)，上固定蓋(6)，壓電陶瓷驅動器(8)，預緊塊(10)，頂頭(14)和微夾持鉗底座(12)； 可拆裝夾持頭(I)、可拆裝夾持頭(18)套裝在柔順夾持機構(3)的夾持部位；柔順夾持機構(3)通過螺釘(4)、螺釘(5)、螺釘(15)和螺釘(16)與微夾持鉗底座(12)連接；微夾持鉗底座(12)固定在電動或手動平臺上，以使微夾持鉗自動化或者半自動化運動；壓電應變片(2)、壓電應變片(17)粘貼在柔順夾持機構(3)變形量最大的柔性鉸鏈處； 所述壓電陶瓷驅動器(8)外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座(12)上的圓孔，另一端和頂頭(14)相接觸；上固定蓋(6)壓在壓電陶瓷驅動器(8)上，并通過螺釘(7)和螺釘(13)和微夾持鉗底座(12)相連；上固定蓋(6)和壓電陶瓷驅動器(8)接觸部位設計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅動器(8)只可沿軸向方向推動頂頭(14)運動；頂頭(14)放置在微夾持鉗底座(12)上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構(3)相接觸，另一端和壓電陶瓷驅動器⑶接觸； 預緊塊(10)通過螺釘(9)和螺釘(11)與微夾持鉗底座(12)連接，為壓電陶瓷驅動器(8)提供預緊力。2.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，所述壓電應變片中應變柵敏感方向與柔性鉸鏈的最大應變方向保持一致，以對微夾持鉗夾持力進行感知。3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述壓電陶瓷驅動器(8)作為微夾持鉗的驅動源，能夠實現納米級的運動分辨率。4.根據權利要求I所述的裝置，其特征在于，預緊塊(10)將頂頭(14)卡在柔順夾持機構(3)和壓電陶瓷驅動器(8)中間，將壓電陶瓷驅動器(8)的輸出位移和輸出力傳遞給柔順夾持機構本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于精密裝配的壓電驅動微夾持鉗，其特征在于，該微夾持鉗包括：可拆裝夾持頭(1)、可拆裝夾持頭(18)，壓電應變片(2)、壓電應變片(17)，柔順夾持機構(3)，上固定蓋(6)，壓電陶瓷驅動器(8)，預緊塊(10)，頂頭(14)和微夾持鉗底座(12)；可拆裝夾持頭(1)、可拆裝夾持頭(18)套裝在柔順夾持機構(3)的夾持部位；柔順夾持機構(3)通過螺釘(4)、螺釘(5)、螺釘(15)和螺釘(16)與微夾持鉗底座(12)連接；微夾持鉗底座(12)固定在電動或手動平臺上，以使微夾持鉗自動化或者半自動化運動；壓電應變片(2)、壓電應變片(17)粘貼在柔順夾持機構(3)變形量最大的柔性鉸鏈處；所述壓電陶瓷驅動器(8)外形為圓柱，一端插入微夾持鉗底座(12)上的圓孔，另一端和頂頭(14)相接觸；上固定蓋(6)壓在壓電陶瓷驅動器(8)上，并通過螺釘(7)和螺釘(13)和微夾持鉗底座(12)相連；上固定蓋(6)和壓電陶瓷驅動器(8)接觸部位設計成圓弧狀，使得壓電陶瓷驅動器(8)只可沿軸向方向推動頂頭(14)運動；頂頭(14)放置在微夾持鉗底座(12)上的半圓形槽中，一端和柔順夾持機構(3)相接觸，另一端和壓電陶瓷驅動器(8)接觸；預緊塊(10)通過螺釘(9)和螺釘(11)與微夾持鉗底座(12)連接，為壓電陶瓷驅動器(8)提供預緊力。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張大朋，張正濤，高群，徐德，
申請(專利權)人：中國科學院自動化研究所，
類型：實用新型
國別省市：