[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

摘要

本发明公开了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，优点是通过本方法来获得钳指的输出位移与输出力，可省掉传统微装配与微操作系统中用来检测钳指输出位移与输出力的外部微位移与微力传感器，大大减小了基于四自由度压电微夹钳的微装配与微操作系统的重量与体积、促进系统的集成化与微型化，降低了系统的成本。

主权项

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，其特征在于：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)、所述的左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路、所述的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、所述的右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路、所述的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均相同，所述的自感知电路包括高阻抗运算放大器、精密积分电容、精密可变电阻、平衡电容、平衡电阻、开关和限流电阻，所述的平衡电容与所述的平衡电阻并联后与所述的高阻抗运算放大器的同相输入端电连接，所述的高阻抗运算放大器的反相输入端与并联后的第一左上电极与第三左下电极或所述的第四左下电极或并联后的第一右上电极与第三右下电极或所述的第四右下电极电连接，所述的限流电阻与所述的开关串联后与所述的精密积分电容、所述的精密可变电阻同时并联，且三者并联后一端与所述的高阻抗运算放大器的反相输入端电连接，另一端与所述的高阻抗运算放大器的输出端电连接；(4)、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：δly=-a12a22ClyUolyFly=-a12a12a21-a11a22Cly(Uoly-Uoly′)]]>δlz=-b12b22ClzUolzFlz=-b12b12b21-b11b22Clz(Uolz-Uolz′)]]>δry=-c12c22CryUoryFry=-c12c12c21-c11c22Cry(Uory-Uory′)]]>δrz=-d12d22CrzUorzFrz=-d12d12d21-d11d22Crz(Uorz-Uorz′)]]>得到左钳指在夹持方向上的输出位移δly与输出力Fly、左钳指在垂直于夹持方向上的输出位移δlz与输出力Flz、右钳指在夹持方向上的输出位移δry与输出力Fry、右钳指在垂直于夹持方向上的输出位移δrz与输出力Frz，其中：a11、a12、a21、a22表示左钳指中由产生夹持方向位移的钳指部分的机电参数与几何参数所确定的常数，Cly表示左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路中的精密积分电容，Uoly表示左钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路中的输出电压，U′oly表示左钳指夹持方向发生初始间隙所对应的位移时自感知电路中的输出电压，b11、b12、b21、b22表示左钳指中由产生垂直于夹持方向位移的钳指部分的机电参数与几何参数所确定的常数，Clz表示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中的精密积分电容，Uolz表示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中的输出电压，U′olz表示垂直于左钳指夹持方向发生初始间隙所对应的位移时自感知电路中的输出电压，c11、c12、c21、c22表示右钳指中由产生夹持方向位移的钳指部分的机电参数与几何参数所确定的常数，Cry表示右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路中的精密积分电容，Uory表示右钳指夹持方向的输出位移与输出力的自感知电路中的输出电压，U′ory表示右钳指夹持方向发生初始间隙所对应的位移时自感知电路中的输出电压，d11、d12、d21、d22表示右钳指中由产生垂直于夹持方向位移的钳指部分的机电参数与几何参数所确定的常数，Crz表示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中的精密积分电容，Uorz表示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中的输出电压，U′orz表示垂直于右钳指夹持方向发生初始间隙所对应的位移时自感知电路中的输出电压。