[发明专利]恒力可调的多自由度柔性微夹持器

说明书

本发明提供一种恒力可调的多自由度柔性微夹持器，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。本发明实现微夹持单元的恒力输出和恒力可调，同时使得夹子具有多个自由度。本发明的结构重量轻、操作方便，适用于微操作机器人系统和微机电系统。

技术领域

本发明涉及微夹持器。

背景技术

作为连接宏观系统与微观系统的关键部件，微夹持器在微操作与微装配技术领域中起着至关重要的作用，微夹持器被用来实现夹持、保持和释放等微操作任务，例如细胞的移动与排列、微小零件组装以及光纤对接等。

与形状记忆合金驱动、真空驱动、静电梳齿驱动、热驱动和电磁驱动等相比，压电驱动因具有分辨率高、驱动力大、响应速度快和动态特性好等优点，而广泛应用在各种高精度微夹持器中。另一方面，对于许多微操作任务和微装配任务，被操作物体往往在外形上不规则，在尺寸上横跨微米级到毫米级。在使用微夹持器对这类不规则、易碎且跨尺度的被操作物体进行操作时，被操作物体和夹头均易受到沿需微夹持器中轴方向的分力而产生相对滑移，影响微操作过程的精度和效率，也更容易损坏被操作对象因此，微夹持器需要具有纯平动输出、恒力输出、且恒力可调。此外，为了更好地解决微操作和微装配问题，也需要对微夹持器的夹持力进行在线监测，并进行反馈控制。同时，微夹持器末端也往往是转动输出或者经过单边平行四边形机构进行近似平动输出，平动效果也有限。而对微夹持器末端夹持力的检测也是采用粘贴单个应变片在末端柔性夹持臂根部的方式，检测时也会进一步加剧对被操作物体的偏转。另外，现在微夹持器通常不能恒力输出，更不能改变恒力，以另一个恒力输出；现有微夹持器通常有一个或两个自由度，在夹持被操作物体时，操作不够灵活。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其既能实现微夹器的恒力输出，又能使恒力可调，以不同大小的恒力输出，还具有能够产生纯平动输出，对夹持力进行检测以及具有三个自由度的特性。

为此，本发明采用以下技术方案：

恒力可调的多自由度柔性微夹持器，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。

进一步地，自由度调节部件包括机架底杆，机架底杆的中部安装桥式机构，桥式机构包括纵向设置的一对的支撑臂和横向设置的至少两组导向放大杆组件；支撑臂之间设置压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器在横向伸缩形变。

进一步地，导向放大杆组件分别位于桥式机构的上下两侧，并分别由各自的左侧杆、中间杆和右侧杆组成；左侧杆和右侧杆分别一端与中间杆铰接；另一端与支撑臂铰接；中间杆远离压电叠堆驱动器使左侧杆和右侧杆倾斜，中间杆与压电叠堆驱动器平行；下面的一组导向放大杆组件的中间杆与机架固定，上面的一组导向放大杆组件的中间杆连接竖柱。

进一步地，恒力调节机构包括连接在桥式机构上的竖柱，竖柱的两侧对称地设有由内而外斜向上布置的柔性臂，柔性臂的外端连接在机架侧柱上，竖柱的上端固定连接口型延伸段，口型延伸段的上端通过第一铰链活动连接横杆，横杆与连接块的一个面固定连接，横杆的两端对称地设有口形孔，口形孔内设有相互平行的第一叶型柔性铰链，第一叶型柔性铰链上设有夹持力检测应变片。

进一步地，口部延伸段包括相对布置的上下两个U形支架，这两个U形支架之间通过第二铰链活动连接，其中上面的U形支架的背部通过第一铰链与横杆活动连接，下面的U形支架的两侧通过分别通过第二叶型柔性铰链与机架侧柱连接。