[发明专利]基于柔性铰链的压电驱动三爪仿生微尺寸夹持机构有效

专利信息
申请号: 201710733966.X 申请日: 2017-08-24
公开(公告)号: CN107328649B 公开(公告)日: 2023-05-12
发明(设计)人: 马志超;马筱溪;赵宏伟;任露泉;张志辉;杜希杰;徐博达;蒋东颖 申请(专利权)人: 吉林大学
主分类号: G01N3/04 分类号: G01N3/04;G01N3/18;G01L1/22;G05D15/01
代理公司: 吉林长春新纪元专利代理有限责任公司 22100 代理人: 王怡敏
地址: 130000 吉*** 国省代码: 吉林;22
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摘要:
搜索关键词: 基于 柔性 铰链 压电 驱动 仿生 尺寸 夹持 机构
【权利要求书】:

1.一种基于柔性铰链的压电驱动三爪仿生微尺寸夹持机构,其特征在于:包括压电式加载单元、柔性铰链传动单元、仿生夹持单元、夹持力检测单元、高温加载单元、可拆卸支撑单元,其中,柔性铰链传动单元中的柔性铰链转动副移动端(3)、柔性铰链球面副移动端(4)、柔性铰链基座(5)及爪趾夹持端实为一体,柔性铰链基座(5)中设有与多载荷封装式压电叠堆(1)宽度一致的沟槽,多载荷封装式压电叠堆(1)嵌入式安装于所述沟槽内,并通过压电叠堆预紧块(2)预紧;柔性铰链基座(5)通过M3螺栓(6)、M3螺母(10)与组合式基座(7)刚性连接,双轴基座(8)通过M2螺栓(9)与组合式基座(7)刚性连接;高温加载单元中的卤素加热灯(14)通过螺纹连接方式与组合式基座(7)刚性连接;

所述压电式加载单元包括三个多载荷压电驱动器、三个柔性铰链球面副移动端(4)、三个柔性铰链转动副移动端(3),每个多载荷压电驱动器由压电叠堆预紧块(2)、多载荷封装式压电叠堆(1)组成;三个多载荷压电驱动器呈120°内包络式环形分布,安装于柔性铰链基座(5)的卡槽内;未对多载荷封装式压电叠堆(1)施加电压时,其受厚度可调的压电叠堆预紧块(2)作用,处于压缩状态;施加电压时,其轴向伸长,且长方体形状的多载荷封装式压电叠堆(1)具有输出位移自检测功能;

所述柔性铰链传动单元是:多载荷封装式压电叠堆(1)的输出位移通过下层柔性铰链(17)转动副移动端的面内扩张及以内层柔性铰链(16)的柔性铰链球面副移动端(4)为支点的压杆弯曲传递至爪趾夹持端;三个柔性铰链转动副移动端(3)、三个柔性铰链球面副移动端(4)及三个爪趾夹持端呈120°环形对称分布,确保夹持轴线与材料轴线重合;

所述仿生夹持单元为三个爪趾夹持端,每个爪趾夹持端由生物非光滑表面(11)及土壤动物的爪趾构形(12)组成,多载荷封装式压电叠堆(1)的输出位移通过柔性铰链转动副移动端(3)及柔性铰链球面副移动端(4)传递至爪趾夹持端,使爪趾夹持端产生形变实现对试件的夹持;爪趾夹持端具有的生物非光滑表面(11)及爪趾构形(12)使爪趾夹持端与被夹持物间摩擦增大,从而实现对微小尺寸、难以夹持试件的夹持;

所述夹持力检测单元是:电阻应变片(15)直接黏附于爪趾夹持端的爪趾构形(12)处,当爪趾构形(12)与被夹持微试件(13)接触实现夹持时,爪趾构形(12)尖端处形变最大,此处即为力传感单元的位置,电阻应变片(15)的应变直接反应夹持力的大小;

所述可拆卸支撑单元由组合式基座(7)、双轴基座(8)及M2螺栓(9)组成,当组合式基座(7)单独与柔性铰链基座(5)通过M3螺栓(6)、M3螺母(10)刚性连接时,实现对材料的单轴力学测试功能;双轴基座(8)通过M2螺栓(9)与组合式基座(7)相连,通过M3螺栓(6)、M3螺母(10)与柔性铰链基座(5)相连,实现双轴力学测试功能;

所述高温加载单元包括组合式基座(7)及卤素加热灯(14),组合式基座(7)中心处具有环形凹槽结构,卤素加热灯(14)直接内嵌于组合式基座(7)中心,光源焦点即为被夹持微试件(13)中心处。

2.根据权利要求1所述的基于柔性铰链的压电驱动三爪仿生微尺寸夹持机构,其特征在于:所述的多载荷封装式压电叠堆(1)呈120°内包络式环形分布,在电压信号作用下其输出的位移通过下层柔性铰链(17)转动副移动端的面内扩张及以内层柔性铰链(16)的柔性铰链球面副移动端(4)为支点的压杆弯曲传递至爪趾夹持端,最终实现爪趾夹持端向轴线方向的转动及靠近柔性铰链基座(5)的回退运动;基于不同幅值的驱动电压,三个多载荷封装式压电叠堆(1)实现多样的轴向伸长运动的组合形式,对应于爪趾夹持端不同形式的位移;进而,实现对于不同直径的被测微试件的夹持。

3.根据权利要求1所述的基于柔性铰链的压电驱动三爪仿生微尺寸夹持机构,其特征在于:所述的爪趾夹持端具有生物非光滑表面(11),爪趾夹持端表面分布球冠状凸包,爪趾夹持端顶部运用土壤动物的爪趾构形(12),当多载荷封装式压电叠堆(1)的输出运动传递至爪趾夹持端时,其顶部的爪趾构形(12)增大夹持稳定性;且三个爪趾夹持端呈120°空间对称分布,当对多载荷封装式压电叠堆(1)输入相同电压信号时,其运动方式一致,确保夹持时试件的中心与装置几何中心重合,保证对中性。

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