[发明专利]基于压电扭转高频振动释放的微夹持器

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术和微机电技术领域，特别是一种微夹持器。

技术背景

微机电系统(MEMS) 是指可批量制作、集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制电路以及接口、通信和电源等于一体的微系统。MEMS 不仅可以降低系统成本，而且还可以完成许多传统的大尺寸机电系统所无法完成的任务，如微观对象灵活操作。微夹持器是MEMS 的关键组成部分，是沟通宏观与微观世界的基本工具，在微机电系统的研究及微型产品的研制开发中发挥着重要的作用。

微夹持器应用于微装配等领域，并且，微夹持器在精密仪器、生物医学、航空航天及军事领域都有着广泛的应用前景。微装配机器人在微零件装配、微机电系统、精密光学等领域有着广泛的应用前景。而微夹持器作为微装配机器人的末端执行器，直接决定机器人的工作效果。

中国专利申请CN201210038297.1,披露了一种压电驱动式微夹持器，其包括压电驱动部分与微夹持部分，压电驱动部分包括驱动元件、椭圆型梁放大机构，杠杆放大机构以及铰链连接机构，椭圆型梁放大机构包括对称地设置的第一弧形梁和第二弧形梁；杠杆放大机构包括第一悬臂梁和第二悬臂梁；驱动元件运动带动椭圆型放大机构变形，椭圆型梁放大机构变形带动杠杆放大机构运动，检测夹持部分包括两个相对设置的夹持臂，每一个夹持臂上集成有两个压阻传感器，四个压阻传感器组成一个全桥检测结构。

这种压电驱动式微夹持器的驱动元件只能在电压的作用下产生伸缩运动，当驱动元件伸张时，椭圆型梁的第一弧形梁和第二弧形梁向内合拢，从而带动杠杆放大机构的悬臂梁向内合拢，两个夹持臂相互夹紧，从而实现微操作对象的夹持。当驱动元件收缩时，椭圆型梁的两个弧形梁向外拱起，带动杠杆放大机构的悬臂梁向外拱，两个夹持臂分离，从而释放微操作对象。这种压电驱动式微夹持器的缺点在于：在微操作时，由于尺度效应和表面效应，范德华力、毛细作用力、静电力等粘着力起主要作用，很容易出现微操作对象粘着在微夹持器上的情况，释放时经靠两个夹持臂分开，微操作对象很容易因为粘着力而无法脱离夹持臂，导致释放失败。

发明内容

为了克服现有的压电驱动式微夹持器存在微操作对象在释放时容易发生粘着导致释放失败的缺点，本发明提供了一种能够保证微操作对象释放成功的基于压电扭转高频振动释放的微夹持器。

基于压电扭转高频振动释放的微夹持器，包括支架，压电剪切致动器，压电扭转激振器，夹持臂，宏动平台和微动平台，支架安装在微动平台上，压电剪切致动器包括安装于支架上的剪切致动器基体和固定在剪切致动器基体上的压电纤维剪切薄片，压电扭转激振器包括固定安装于剪切致动器基体上的扭转激振器基体和均与分布于扭转激振器基体的侧面上的压电纤维扭转薄片，夹持臂固定于扭转激振器基体上并夹住微操作对象； 

两个剪切致动器基体相向运动时微夹持器并拢；扭转激振器基体的侧面均匀地分布有压电纤维扭转薄片，对压电纤维扭转薄片施加激励信号时扭转激振器基体产生扭转振动。扭转激振器基体绕其轴线扭转。

进一步，剪切致动器基体的靠近另一个剪切致动器基体的内侧固定有内侧压电纤维剪切薄片，外侧固定有外侧压电纤维剪切薄片，内侧压电纤维剪切薄片和外侧压电纤维剪切薄片分别通入电压，内侧压电纤维剪切薄片收缩，同时外侧压电纤维剪切薄片拉伸。

进一步，支架包括与微动平台固定的固定部和与剪切致动器基体固定的安装部，安装部呈V形。剪切致动器基体、扭转激振器基体和夹持臂呈直线，夹持臂的自由端夹持微操作对象。

进一步，剪切致动器基体呈U形，剪切致动器基体的封闭端通过螺钉与支架固定，开口端通过螺钉与扭转激振器基体固定，内侧压电纤维剪切薄片和外侧压电纤维剪切薄片分别固定在剪切致动器基体的两个侧臂上。

进一步，扭转激振器基体包括安装压片纤维扭转薄片的扭转部和与剪切致动器基体固定的连接部；扭转部呈正棱柱体，扭转部的每个侧面固定有压电纤维扭转薄片；连接部具有与剪切致动器基体的侧臂贴合的平面安装面。

进一步，扭转激振器基体与夹持臂通过螺纹固定连接。

进一步，压电纤维扭转薄片的数量为偶数个。

进一步，宏动平台以毫米/厘米级移动，微动平台以微米/纳米级移动。