[发明专利]用于精密装配的压电驱动微夹持钳及夹持零件的方法

权利要求书

1.一种用于精密装配的压电驱动微夹持钳，其特征在于，该微夹持钳包括：可拆装夹持头(1)、可拆装夹持头(18)，压电应变片(2)、压电应变片(17)，柔顺夹持机构(3)，上固定盖(6)，压电陶瓷驱动器(8)，预紧块(10)，顶头(14)和微夹持钳底座(12)；

可拆装夹持头(1)、可拆装夹持头(18)套装在柔顺夹持机构(3)的夹持部位；柔顺夹持机构(3)通过螺钉(4)、螺钉(5)、螺钉(15)和螺钉(16)与微夹持钳底座(12)连接；微夹持钳底座(12)固定在电动或手动平台上，以使微夹持钳自动化或者半自动化运动；压电应变片(2)、压电应变片(17)粘贴在柔顺夹持机构(3)变形量最大的柔性铰链处；

所述压电陶瓷驱动器(8)外形为圆柱，一端插入微夹持钳底座(12)上的圆孔，另一端和顶头(14)相接触；上固定盖(6)压在压电陶瓷驱动器(8)上，并通过螺钉(7)和螺钉(13)和微夹持钳底座(12)相连；上固定盖(6)和压电陶瓷驱动器(8)接触部位设计成圆弧状，使得压电陶瓷驱动器(8)只可沿轴向方向推动顶头(14)运动；顶头(14)放置在微夹持钳底座(12)上的半圆形槽中，一端和柔顺夹持机构(3)相接触，另一端和压电陶瓷驱动器(8)接触；

预紧块(10)通过螺钉(9)和螺钉(11)与微夹持钳底座(12)连接，为压电陶瓷驱动器(8)提供预紧力。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电应变片中应变栅敏感方向与柔性铰链的最大应变方向保持一致，以对微夹持钳夹持力进行感知。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述压电陶瓷驱动器(8)作为微夹持钳的驱动源，能够实现纳米级的运动分辨率。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，预紧块(10)将顶头(14)卡在柔顺夹持机构(3)和压电陶瓷驱动器(8)中间，将压电陶瓷驱动器(8)的输出位移和输出力传递给柔顺夹持机构(3)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述预紧块(10)用于保证夹持操作前压电陶瓷驱动器(8)与柔顺夹持机构(3)紧密接触，还用于调节微夹持钳口的初始距离。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述柔顺夹持机构(3)将压电陶瓷驱动器(8)沿轴向方向的运动转换为可拆装夹持头(1)和可拆装夹持头(18)之间的夹持运动。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述柔顺夹持机构(3)采用二级柔性铰链杠杆和平行四杆相结合的结构，二级柔性铰链杠杆结构将压电陶瓷驱动器(8)的输入二级放大。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当夹持头(1)和夹持头(18)与被夹持零件(19)接触时，根据采集的形变信号调整压电陶瓷驱动器(8)的输入电压，构成闭环PID控制，以对零件无损夹持。

9.一种使用权利要求1所述的微夹持钳夹持零件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1，将待夹持零件放置在电控移动平台上，并根据待装配零件的几何尺寸选择合适的夹持头；

步骤2，在微夹持钳上方安装显微视觉摄像头，将摄像头对准微夹持钳的夹持头，以采集待装配零件的在装配空间的位置坐标和姿态角度；

步骤3，根据所述摄像头采集到的待夹持零件的位置坐标和姿态角度，控制与微夹持钳底座固连的电控移动平台运动，使得待夹持零件进入夹持头的工作范围；

步骤4，当待夹持零件进入夹持头工作范围后，首先通过采集的显微视觉图像确定夹持头和待夹持零件之间的距离；然后接通压电陶瓷驱动器的控制电源，压电陶瓷驱动器输出运动位移，并将此输出位移传递给柔顺夹持机构，柔顺夹持机构将压电陶瓷驱动器的轴线运动转化为夹持头的夹持动作；最后通过控制压电陶瓷驱动器的输出位移使夹持头接触待夹持零件；

步骤5，当夹持头与待夹持零件接触后，将压电陶瓷驱动器的输入电压作为输入，压电应变片检测到的柔顺夹持机构的柔性铰链处的变形量为输出，采用PID方法对所述变形量进行闭环控制；

步骤6，当夹持力满足夹持零件的要求时，切断压电陶瓷驱动器的电源，完成对待夹持零件的无损夹持。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述夹持零件的要求为对应的柔性铰链处的变形量到达某一预定值。