[发明专利]用于夹持微型马达引线的气动式微夹持器

说明书

技术领域

本发明属于微操作机器人领域中的末端执行器类，这类微夹持器通常用于抓取或夹持微小物体或微小构件（微米至纳米级），具体涉及一种夹持微型马达线圈转子的引线，并将引线夹持到线圈焊盘上的夹持器。

背景技术

近年来，随着纳米技术和微机电系统的迅猛发展，精密机械领域的研究朝着微小化和智能化的方向发展。微操作是在亚微米到微米级精度范围内，对尺寸在微米到亚毫米级的微小操作对象进行稳定、可靠的操作技术。随着空间机械及生物医学领域的蓬勃发展，微操作技术逐渐成为国内外的研究热点。微夹持器是微操作的重要组成部分之一，其任务包括完成对微小器件的夹持、移动、放置等工作。微夹持器的研究已成为国内外微操作技术研究领域中的一项关键技术，在微物体的操作和装配、生物技术和光学等领域均有很好的应用前景。例如，在医学和生物学，特别是在动植物基因工程等领域中进行的细胞注射、细胞切割和微细手术都离不开微夹持器。

目前用于微操作机器人系统的微夹持器按驱动方式分类，主要有电磁驱动式微夹持器、电热式微夹持器、形状记忆合金式微夹持器、静电力微夹持器、压电驱动式微夹持器、真空吸附式微夹持器等等。它们在驱动方式、动作原理、结构等方面都有自己的特点，但也存在着一些问题，主要表现在：微夹持器张合量较小，夹持物体不稳定，动作响应较慢，夹持力小等。比如：电磁驱动式微夹持器，其特点是：动作响应快，精度高，承载能力大。但电磁驱动元件的大小决定了夹持器的体积，当微构件的外形尺寸小于一定尺寸后，无法实现进一步微型化，所以目前利用电磁驱动的微机械只能做到毫米级；电热式微夹持器，其特点是：加热元件采用传统的机械加工，比较容易实现，但是体积较大，不易实现微集成；形状记忆合金微夹持器，其特点是：形状记忆合金SMA由于其特殊的相变机理，经过一定的热处理和记忆训练后，它对原有的形状具有记忆能力。SMA是热驱动元件，变形率大，本身即是驱动材料，又是结构材料，便于实现结构的简化和小型化。但缺点是冷却时反应比较慢，疲劳寿命较短，因此在实际应用中有一定的局限性；静电力微夹持器，其特点是：采用静电力驱动方法，结构简单，易实现小型化和微型化，但是驱动力较小，输出位移小，因此在某种特定的环境下有一定的使用局限性；压电驱动式微夹持器，其特点是：该微夹持器有铰链放大机构，可以得到较大的张合量，也可以保证有较大的夹持力，但是精度不高，达不到夹持微米级马达引线的技术要求；真空吸附式微夹持器，其特点是：通过控制玻璃吸管内部正负压的大小来调节吸附力和释放力。优点是玻璃吸管易于更换，成本低廉，但是该类微夹持器要求被吸附物体表面尽量光滑，便于吸附。

综上各类微夹持器的优缺点，现有微夹持器夹持范围都在几百微米以下，如果夹持范围扩大，其夹持精度和分辨率就会相应降低，影响夹持的通用性和灵活性。

发明内容

为了克服现有微夹持器在通用性和灵活性较差的缺陷，解决夹持范围和分辨率之间的矛盾，我们采用一种全新的驱动方式，结合满足夹持刚性的外形结构，发明了一种具有广泛通用性和适用性的气动式微夹持器。

一种用于夹持微米级马达引线的气动式微夹持器，其特征在于：包括四自由度控制台1、连接板2、双轴式气缸3、上钳臂4、夹持针5、下钳臂6、微型二维调节台7；四自由度控制台1与连接板2连接，双轴气缸3固定在连接板2上，上钳臂4连接双轴气缸3，夹持针5固定在上钳臂4的前端上侧，微型二维调节台7与连接板2连接，下钳臂6与微型二维调节台7连接，另一片夹持针5与下钳臂6前端用螺钉固定。

进一步，所述上钳臂与双轴气缸两根活塞杆连接。

进一步，所述的微型二维调节台一侧台面与连接板固定在一起，另一侧台面与下钳臂固定在一起。

进一步，采用滑台气缸作为驱动源。

进一步，采用二维平移台调节微夹持器的整合量。

进一步，下钳臂与二维平移台台面固定部分呈“工”字形，既能保证稳定固定，又能减少下钳臂重量。

进一步，夹持针分别固定在上、下钳臂前端，夹持针前端呈锥子状，便于夹持微米级引线。

使用气缸作为驱动力元件，调节气缸进气口和出气口气压控制活塞杆同时伸出和返回，活塞杆前端与上钳臂用内六角螺钉固定，进而活塞杆伸出和返回运动可以为上钳臂提供驱动力。气缸选用双轴气缸，因为单轴气缸驱动上钳臂上下运动时存在活塞杆旋转的问题，但双轴气缸的两根活塞杆跟上钳臂固定在一起，驱动上钳臂上下运动可以避免上钳臂旋转的问题。