[发明专利]四自由度压电微夹钳钳指输出位移与输出力的自感知方法

说明书

技术领域

本发明涉及微/纳米定位技术领域，属于微零件装配、细胞微操作等微/纳米定位系统中的末端执行器，尤其涉及一种四自由度压电微夹钳钳指输出位移与输出力的自感知方法。

背景技术

微夹钳是能够产生微米或纳米级运动精度与运动分辨率的末端执行器，它可应用于MEMS、生物工程等前沿技术领域中。在MEMS中，微夹钳可对微轴、微齿轮等微零件以及微马达、微泵等微部件进行拾取、搬运等操作；在生物工程中，微夹钳用于捕捉和释放细胞，还可同微冲击探针相结合，实现向细胞内注入或从细胞中提取某一成分。

微夹钳在工作过程中，需要感知钳指的输出位移，以便于对其控制，避免造成同微对象之间的碰撞；同时，也需要感知并控制钳指的输出力，以使输出力大小合适，否则，输出力太小，微对象将会脱落，而输出力太大，则将会使微对象受到损害。目前，微夹钳通常采用微位移与微力传感器来检测钳指的输出位移与输出力，而微位移与微力传感器不便于微装配与微操作系统的集成化和微型化，且价格昂贵；另外，在某些微装配与微操作系统中，受空间限制，往往无法安装传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种无需采用外部微位移与微力传感器便可获得钳指输出位移与输出力的四自由度压电微夹钳钳指输出位移与输出力的自感知方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：四自由度压电微夹钳钳指输出位移与输出力的自感知方法，所述的四自由度压电微夹钳包括上下对齐的上压电陶瓷晶片和下压电陶瓷晶片，所述的上压电陶瓷晶片和所述的下压电陶瓷晶片通过绝缘胶上下粘结固定，所述的上压电陶瓷晶片包括上支撑部和一体连接在所述的上支撑部的左上钳指部和右上钳指部，所述的下压电陶瓷晶片包括下支撑部和一体连接在所述的下支撑部的左下钳指部和右下钳指部，所述的左上钳指部和所述的左下钳指部组成左钳指，所述的右上钳指部和所述的右下钳指部组成右钳指，所述的左上钳指部的非粘结面上固定有相互独立且并排设置的第一左上电极、第二左上电极和第三左上电极，所述的右上钳指部的非粘结面上固定有相互独立且并排设置的第一右上电极、第二右上电极和第三右上电极，所述的左下钳指部的非粘结面上固定有相互独立且并排设置的第一左下电极、第二左下电极和第三左下电极，所述的右下钳指部的非粘结面上固定有相互独立且并排设置的第一右下电极、第二右下电极和第三右下电极，所述的第一左上电极与所述的第一左下电极、所述的第二左上电极与所述的第二左下电极、所述的第三左上电极与所述的第三左下电极、所述的第一右上电极与所述的第一右下电极、所述的第二右上电极与所述的第二右下电极、所述的第三右上电极与所述的第三右下电极分别上下对齐，所述的左下钳指部的粘结面上固定有第四左下电极，所述的第四左下电极与所述的第二左上电极、所述的第二左下电极上下对齐，所述的右下钳指部的粘结面上固定有第四右下电极，所述的第四右下电极与所述的第二右上电极、所述的第二右下电极上下对齐；

上述四自由度压电微夹钳的左钳指和右钳指均可产生夹持方向以及垂直于夹持方向的动作，上述四自由度压电微夹钳的钳指输出位移与输出力的自感知方法，具体包括以下具体步骤：

(1)、将第一左上电极与第三左下电极电连接后与左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路电连接，第二左上电极与第二左下电极电连接后与产生垂直于左钳指夹持方向动作的驱动电压电连接，第三左上电极与第一左下电极电连接后与产生左钳指夹持方向动作的驱动电压电连接，第四左下电极与垂直于左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路电连接；

(2)、将第一右上电极与第三右下电极电连接后与右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路电连接，第二右上电极与第二右下电极电连接后与产生垂直于右钳指夹持方向动作的驱动电压电连接，第三右上电极与第一右下电极电连接后与产生右钳指夹持方向动作的驱动电压电连接，第四右下电极与垂直于右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路电连接；

(3)、通过左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路、垂直于左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路、右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路、垂直于右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路分别得到相应的输出电压，并由所得到的输出电压通过关系式：