[发明专利]一种多种操作对象的SU-8柔顺电热驱动微夹钳

说明书

本发明公开了一种多种操作对象的SU‑8柔顺电热驱动微夹钳，属于微操作过程中的夹持机构。微夹钳由钳体和驱动部分组成，左右完全对称。整个结构采用SU‑8胶一体化加工，其中驱动部分为V型电热驱动，几对V型梁排列组成，并且在V型梁上镀上一层铜层用于导电发热，使SU‑8胶产生热膨胀，产生位移和力，推动位移杆垂直向上运动，从而驱动钳体部分工作，实现对操作对象的夹持与释放。微夹钳钳体部分，以摇杆滑块机构为原理模型，将转动副替换为直梁型柔性铰链，加上钳口杆，将滑块机构与驱动位移输出杆结合，作为柔顺微夹钳的输入，实现理想动作。本发明结构简单，一体化加工，无需装配，没有摩擦，间隙，操作简单，可靠性强，是微操作夹持器的很好选择。

技术领域

本发明涉及一种可应用于不同操作对象的柔顺微夹钳，可以用于微型装配，生物细胞试验操作等，属于机械夹具设计技术领域。

背景技术

在微机电系统中，微操作技术是核心技术，微操作过程中的微夹钳起着关键作用，用于夹持操作对象，从而完成对操作对象的操作。研究开发合适的新型微夹钳，能够合理准确的夹持操作对象，是将微操作由理论实验转向应用的关键，也是近几年微操作领域的研究热点。

微夹钳结构主要分为刚性结构和柔顺结构两种，其中刚性结构在微操作系统中很少应用，因为其需要应用传统运动副(转动副，移动副等)并且需要先对其进行装配，装配精度要求很高，难以微型化处理，并且容易破坏操作对象，比如细胞等。而柔顺微夹钳是采用柔性铰链，利用柔性铰链的变形来传递运动，可以一体化加工，易于微型化处理。运动过程中没有刚性运动副的摩擦，间隙等，精度可得到很大提高，加工材料选用SU-8胶，加工成型的微夹钳具有一定的刚性和柔性，操作对象可以多元化。

在操作过程中，操作对象决定着微夹钳的结构。对于刚性操作对象，微夹钳结构可以刚性稍大，不会破坏操作对象；对于细胞等具有柔性的操作对象，需要微夹钳也具有柔性，防止对操作对象的破坏。目前，大多数微夹钳都是具有针对性的设计，导致应用领域很窄。N Chronis，LPLee在国际学术期刊《JournalofMicroelectromechanical Systems》的2005年第14期857-863页发表论文“Electrothermally activatedSU-8microgripperforsinglecellmanipulationinsolution”提出了一种新型电热驱动微夹钳。但与本发明相比，钳口位移放大太小，并且操作对象只能是细胞。本发明设计采用电热驱动可采用微加工工艺制造，易于微型化加工，钳口位移也可经放大达到上百微米，钳口可以夹持刚度较大操作对象，比如微型钢珠，齿轮等，也可以夹持细胞等柔性操作对象，防止操作对象被破坏。

发明内容

本发明要解决的技术难题是针对现有技术的不足，提供一种结构简单、新颖，能完成多种操作对象操作的SU-8电热驱动柔顺夹持器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种SU-8加工的电热驱动柔顺微夹钳，该微夹钳由夹持器和驱动器两部分组成；该微夹钳为左右对称结构。驱动器采用V型驱动梁，V型驱动梁能够产生位移。V型驱动梁包括第一V型梁1、第二V型梁1’、驱动位移杆2、第一固定平台3和第二固定平台3’；第一V型梁1和第二V型梁1’对称布置在驱动位移杆2的两侧，第一V型梁1和第一固定平台3连接，第二V型梁1’和第二固定平台3’连接。第一V型梁1和第二V型梁1’均为阵列布置。

在夹持器部分，位移输入杆与驱动器位移输出杆2为同一杆件，用来传递运动。柔顺微夹钳左右对称结构各由三个直梁型柔性铰链以及三个刚性连杆构成。