一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳

1.本发明涉及微夹持器技术领域，具体涉及一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳。


背景技术：

2.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，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。
3.现有技术中同时具有夹持和搓动操作的两自由度微夹钳一般采用非对称结构，即一侧钳臂沿水平方向运动实现夹持操作，另一侧钳臂则沿竖直方向运动实现搓动操作，然而在实现上述夹持和搓动操作时，由于仅有一侧钳臂能够动作，降低了微夹钳夹持和搓动行程，此外，单侧搓动被夹持物体可能会造成物体滑动，改变了被夹持物体的夹持位置，还有可能引入应力集中，因而限制了微夹钳的适用范围，为此，本发明提出一种具有对搓操作的两自由度大行程微夹钳。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳能够通过两个压电陶瓷致动器分别驱动对夹机构和对搓机构，实现左右两个钳臂同时参与夹持和搓动操作，增加微夹钳的运动行程。
5.本发明提供了一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，包括：
6.对夹机构，包括第一桥式放大机构、纵向压电陶瓷致动器和两钳臂，所述第一桥式放大机构第一固定端、第一输入端和两第一输出端，所述纵向压电陶瓷致动器设于第一桥式放大机构内，所述纵向压电陶瓷致动器的两端分别与第一固定端和第一输入端相接触，所述第一输出端上均设有一第一柔性梁，所述第一柔性梁的两端分别与一第一输出端和一钳臂连接，所述第一柔性梁的长度方向与第一输出端的输出方向相同，所述钳臂沿第一输出端的输出方向设置；
7.对搓动机构，包括第二桥式放大机构和横向压电陶瓷致动器，所述横向压电陶瓷致动器与所述纵向压电陶瓷致动器垂直，所述第二桥式放大机构包括第二固定端、第二输入端和两第二输出端，所述横向压电陶瓷致动器设于所述第二桥式放大机构内，所述横向压电陶瓷致动器的两端分别与第二固定端和第二输入端相接触，所述第二输出端上均设有一第二柔性梁，所述第二柔性梁分别与一第二输出端和一钳臂连接，所述第二柔性梁的长度方向与第二输出端的输出方向相同。
8.较佳地，还包括双平行四边形解耦机构，所述双平行四边形解耦机构与钳臂一一对应，所述钳臂分别与对应的双平行四边形解耦机构连接。
9.较佳地，还包括两第一杠杆平行四边形位移放大机构，所述第一杠杆平行四边形位移放大机构均与纵向压电陶瓷致动器平行，所述第一杠杆平行四边形位移放大机构与钳臂一一对应，所述钳臂分别通过对应的第一杠杆平行四边形位移放大机构与第一柔性梁连接。
10.较佳地，还包括两第二杠杆平行四边形位移放大机构，所述第二杠杆平行四边形位移放大机构均与横向压电陶瓷致动器平行，所述第二杠杆平行四边形位移放大机构与钳臂一一对应，所述钳臂分别通过对应的第二杠杆平行四边形位移放大机构与第二柔性梁连接。
11.较佳地，所述纵向压电陶瓷致动器与横向压电陶瓷致动器之间呈倒“t”型设置。
12.与现有技术相比，本发明具有以下优点：
13.本发明的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳通过设置对夹机构和对搓动机构，在纵向压电陶瓷致动器通电后产生纵向的位移，通过第一桥式放大机构放大并改变到横向，并带动左右钳臂横向相向运动，完成夹持动作，横向压电陶瓷致动器通电后产生横向位移，通过第二桥式放大机构放大并改变到纵向，带动两侧钳臂沿纵向的相反方向运动，完成对被夹持物体的搓动动作，由于在进行各动作时两钳臂均朝向相反方向运动，从而大大增加了微夹钳的运动行程；通过设置双平行四边形解耦机构能够减小在进行对搓动作时产生的横向的寄生位移。
附图说明
14.图1为本发明的整体结构示意图。
15.附图标记说明：
16.1、第一桥式放大机构；11、第一柔性梁；2、纵向压电陶瓷致动器；3、钳臂；4、第二桥式放大机构；41、第二柔性梁；5、横向压电陶瓷致动器；6、双平行四边形解耦机构；7、第一杠杆平行四边形位移放大机构；8、第二杠杆平行四边形位移放大机构。
具体实施方式
17.下面结合附图1，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。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的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。
18.本发明提供的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，包括对夹机构和对搓动机构，对夹机构包括第一桥式放大机构1、纵向压电陶瓷致动器2和两钳臂3，第一桥式放大机构1包括第一固定端、第一输入端和两第一输出端，，纵向压电陶瓷致动器2设于第一桥式放大机构1内，纵向压电陶瓷致动器2沿纵向设置，纵向压电陶瓷致动器2的两端分别与第一固定端和第一输入端相接触，第一输出端上均设有一第一柔性梁11，第一柔性梁11的两端分别与一第一输出端和一钳臂3连接，第一柔性梁11的长度方向与第一输出端的输出方向相同，钳臂3沿第一输出端的输出方向设置，对搓动机构包括第二桥式放大机构4和横向压电陶瓷致动器5，横向压电陶瓷致动器5与纵向压电陶瓷致动器2垂直，第二桥式放大机构4包括第二固定端、第二输入端和两第二输出端，横向压电陶瓷致动器5设于第二桥式放大机构4内，横向压电陶瓷致动器5的两端分别与第二固定端和第二输入端相接触，第二输出
端上均设有一第二柔性梁41，第二柔性梁41分别与一第二输出端和一钳臂3连接，第二柔性梁41的长度方向与第二输出端的输出方向相同，第一固定端与第二固定端均通过螺钉预紧。
19.工作原理：
20.使纵向压电陶瓷致动器2通电，纵向压电陶瓷致动器5产生纵向的位移并传递给第一输入端，经第一桥式放大机构1放大并传递至第一输出端，使第一输出端向内侧横向相向运动，再通过第一柔性梁11带动两钳臂3同时向内侧横向相向运动，实现对夹操作。
21.使横向压电陶瓷致动器5通电，横向压电陶瓷致动器8产生横向位移并传递给第二输入端，经第二桥式放大机构4放大并传递至第二输出端，使第二输出端向内侧纵向相向运动，再通过第二柔性梁21带动两钳臂3同时向纵向的相反方向运动，能够实现对搓动操作。
22.采用上述技术方案，能使本发明在进行各动作时两钳臂均朝向相反方向运动，在实现了横向和纵向两自由度运动的情况下，大大增加了微夹钳的运动行程。
23.作为一种优选的方式，还包括双平行四边形解耦机构6，双平行四边形解耦机构6与钳臂3一一对应，钳臂3分别与对应的双平行四边形解耦机构6连接，双平行四边形解耦机构6均通过螺钉预紧，采用上述技术方案，能够减小在夹持状态下对搓操作产生的横向寄生位移，避免搓动时夹持不稳，甚至滑动，提高操作精度。
24.作为一种优选的方式，还包括两第一杠杆平行四边形位移放大机构7，第一杠杆平行四边形位移放大机构7均与纵向压电陶瓷致动器2平行，第一杠杆平行四边形位移放大机构7与钳臂3一一对应，钳臂3连接于对应的第一杠杆平行四边形位移放大机构7的一端，第一杠杆平行四边形位移放大机构7的另一端与第二柔性梁41连接，第一柔性梁11连接连接于对应的第一杠杆平行四边形位移放大机构7的中部，采用上述技术方案，能够进一步增大夹持动作的行程，进一步提高了本发明的实用性。
25.作为一种优选的方式，还包括两第二杠杆平行四边形位移放大机构8，第二杠杆平行四边形位移放大机构8均与横向压电陶瓷致动器5平行，第二杠杆平行四边形位移放大机构8与钳臂3一一对应，第二柔性梁41连接于对应的第二杠杆平行四边形位移放大机构8的中部，且第二杠杆平行四边形位移放大机构8的一端还分别与一第一杠杆平行四边形位移放大机构7远离钳臂3的另一端连接，另一端均通过螺钉预紧，采用上述技术方案，能够进一步增大搓动动作的行程，进一步提高了本发明的实用性。
26.作为一种优选的方式，纵向压电陶瓷致动器2与横向压电陶瓷致动器5之间呈倒“t”型设置，采用上述技术方案，能够提高空间利用率，提高了本发明的集成度，同时对称结构有利于减小加工和外界环境引入的误差，能够提高微夹钳的运动精度。
27.需要说明的是，图1中的圆形为光孔，通过螺钉将微夹钳固定在运动平台上，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
28.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。

技术特征：
1.一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，其特征在于，包括：对夹机构，包括第一桥式放大机构(1)、纵向压电陶瓷致动器(2)和两钳臂(3)，所述第一桥式放大机构(1)包括第一固定端、第一输入端和两第一输出端，所述纵向压电陶瓷致动器(2)设于第一桥式放大机构(1)内，所述纵向压电陶瓷致动器(2)的两端分别与第一固定端和第一输入端相接触，所述第一输出端上均设有一第一柔性梁(11)，所述第一柔性梁(11)的两端分别与一第一输出端和一钳臂(3)连接，所述第一柔性梁(11)的长度方向与第一输出端的输出方向相同，所述钳臂(3)沿第一输出端的输出方向设置；对搓动机构，包括第二桥式放大机构(4)和横向压电陶瓷致动器(5)，所述横向压电陶瓷致动器(5)与所述纵向压电陶瓷致动器(2)垂直，所述第二桥式放大机构(4)包括第二固定端、第二输入端和两第二输出端，所述横向压电陶瓷致动器(5)设于所述第二桥式放大机构(4)内，所述横向压电陶瓷致动器(5)的两端分别与第二固定端和第二输入端相接触，所述第二输出端上均设有一第二柔性梁(41)，所述第二柔性梁(41)分别与一第二输出端和一钳臂(3)连接，所述第二柔性梁(41)的长度方向与第二输出端的输出方向相同。2.如权利要求1所述的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，其特征在于，还包括双平行四边形解耦机构(6)，所述双平行四边形解耦机构(6)与钳臂(3)一一对应，所述钳臂(3)分别与对应的双平行四边形解耦机构(6)连接。3.如权利要求1所述的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，其特征在于，还包括两第一杠杆平行四边形位移放大机构(7)，所述第一杠杆平行四边形位移放大机构(7)均与纵向压电陶瓷致动器(2)平行，所述第一杠杆平行四边形位移放大机构(7)与钳臂(3)一一对应，所述钳臂(3)分别通过对应的第一杠杆平行四边形位移放大机构(7)与第一柔性梁(11)连接。4.如权利要求1所述的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，其特征在于，还包括两第二杠杆平行四边形位移放大机构(8)，所述第二杠杆平行四边形位移放大机构(8)均与横向压电陶瓷致动器(5)平行，所述第二杠杆平行四边形位移放大机构(8)与钳臂(3)一一对应，所述钳臂(3)分别通过对应的第二杠杆平行四边形位移放大机构(8)与第二柔性梁(41)连接。5.如权利要求1所述的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，其特征在于，所述纵向压电陶瓷致动器(2)与横向压电陶瓷致动器(5)之间呈倒“t”型设置。

技术总结
本发明公开了一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳，属于微夹持器技术领域。该具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳包括对夹机构和对搓动机构，对夹机构包括第一桥式放大机构、纵向压电陶瓷致动器和两钳臂，第一桥式放大机构包括第一固定端、第一输入端和两第一输出端，对搓动机构包括第二桥式放大机构和横向压电陶瓷致动器，第二桥式放大机构包括第二固定端、第二输入端和两第二输出端，本发明的一种具有搓动操作的两自由度大行程微夹钳能使在进行各动作时两钳臂均朝向相反方向运动，在实现了横向和纵向两自由度运动的情况下，大大增加了微夹钳的运动行程。大增加了微夹钳的运动行程。大增加了微夹钳的运动行程。


技术研发人员：余宏涛 晏龙 娄舒研 耿子淯 胡智鹏 刘良涛 刘鹏程 祝志芳 卢全国 桂方志
受保护的技术使用者：南昌工程学院
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/7/13