[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

说明书

技术领域

本发明涉及精密装配和微机电技术领域，具体涉及一种用于精密装配的压电驱动微夹持钳及夹持零件的方法。

背景技术

随着微细加工技术、微电子技术、微机电系统等的发展，迫切需要将多个微尺度零件装配成复杂系统。微夹持钳作为微装配系统中直接与夹持对象接触的末端执行器，对微装配任务的完成起着决定性作用。常规夹持器存在如下三个缺点：1)无法达到微米级别的定位精度；2)不能实现跨尺度零件平行夹持；3)不具备夹持力的感知能力。因此，传统夹持器无法在精密装配中应用。

压电驱动微夹持钳具备响应快、分辨率高、控制精度高、夹持力大等优点，因此在众多领域得到广泛的应用。研究具有夹持力感应的压电驱动微夹持钳是精密装配中的一个研究热点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于精密装配的具有微力感知功能的通用压电驱动微夹持钳及夹持零件的方法，克服传统夹持钳的不足，实现对异形微尺度零件的无损夹持。

为实现上述目的，根据本发明的一方面，提出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。

根据本发明的另一方面，还提出一种使用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和姿态，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。本发明提出的压电驱动微夹持钳具有如下优点：1)柔顺夹持机构采用杠杆和平行四杆结构相结合的构型方式，实现对夹持零件的平行夹持；2)解决夹持范围和运动分辨率之间的矛盾，实现跨尺度夹持范围下较高的夹持分辨率；3)通过压电应变片检测夹持形变，由此感知夹持力大小，实现零件的无损夹持。本发明提出的所述微夹持钳体积小、重量轻、适应精细作业显微镜下有限的作业空间。与其它微夹持器相比，本发明具有更大的通用性和适用性，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为本发明微夹持钳的俯视图。

图2为柔顺夹持机构结构图。

图3为柔性铰链结构图。

图4为柔顺夹持机构放大原理图。

图5为被夹持零件在底座平台上放置的示意图。

图6为使用微夹持钳夹持零件的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。