[发明专利]一种压电驱动式三级位移放大微夹持器

说明书

技术领域

本发明属于微纳操作领域，具体涉及一种由压电陶瓷驱动器直接驱动，具有三级位移放大的柔性微夹持器。

背景技术

近年来，随着微电子技术的蓬勃发展，以加工微米/纳米机构和系统为目的的微纳技术应运而生，从而导致微电子机械系统(MEMS)的出现。MEMS技术对先进制造技术、生物医学、航空航天、国防和人民生活等许多领域产生了重要的影响，是21世纪最具发展前景的研究领域与主导产业之一。随着MEMS技术的发展，具有不同功能的微型器件需要装配在一起构成MEMS系统，这就需要用到微操作技术，同时微操作技术也是MEMS技术实现产业化的关键环节，因此对微操作技术的需求也就日益迫切。

微装配和微操作是指对多个微小零件装配成较复杂的微机电系统，而微夹持器在微操作和微装配过程中直接与夹持对象接触，其作为微操作和微装配系统中典型的末端微执行器，其性能好坏直接影响操作质量，对微操作和微装配任务的实现有着重要的作用。

传统的微夹持器主要采用电磁阀、音圈电机、直线电机等驱动方式，这些驱动方式的选取影响微夹持器机械结构的紧凑性，可能造成线夹开合不稳定、夹紧力不恒定，限制了线夹运动精度与封装质量的提高。磁致伸缩器也被用作微夹持器的驱动器，但该类线夹驱动和控制系统较复杂。现有的微夹持器大多采用压电陶瓷驱动器，但是由于压电陶瓷的输出位移较小，设计具有较大放大倍数的柔性机构至关重要。现有的大部分压电式微夹持器一般能够实现一级、两级位移放大，因此设计具有较大位移放大倍数的多级位移放大微夹持器至关重要。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种压电驱动式三级位移放大微夹持器，该微夹持器体积小、结构紧凑、制造成本低，具有较大位移放大倍数，能够实现三级位移放大功能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种压电驱动式三级位移放大微夹持器，包括基体I，压电陶瓷驱动器，桥型放大机构，基体II，两个杠杆机构I，两个杠杆机构II和预紧螺栓；

所述压电陶瓷驱动器通过所述预紧螺栓安装在所述桥型放大机构中，所述桥型放大机构包括位于所述压电陶瓷驱动器两侧且对称设置的两个桥型柔性铰链机构和连接两个桥型柔性铰链机构的横梁，所述桥型柔性铰链机构各由柔性铰链和三个连杆组成，所述桥型放大机构下侧与基体I连接；所述杠杆机构I由柔性铰链和一个刚性杆组成，两个所述杠杆机构I分别通过下侧的柔性铰链与所述桥型放大机构的左右两侧连接，两个所述杠杆机构I中部的柔性铰链与基体I连接；

所述杠杆机构II由柔性铰链、一个刚性杆和钳口组成，两个所述杠杆机构II分别与同侧的杠杆机构I通过柔性铰链连接，所述杠杆机构II的下部通过柔性铰链与基体II连接；所述基体I上设有四个安装孔，所述基体II上设有一个安装孔。

微夹持器为沿所述压电陶瓷驱动器纵向轴线左右对称的结构，用于实现热误差补偿，减小由于微夹持器受热不均引起的误差。

所述基体I、基体II，桥型放大机构、杠杆机构I和杠杆机构II为一体成型的结构。

所述桥型柔性铰链机构、杠杆机构I和杠杆机构II分别设有四个、三个和两个柔性铰链。

两个所述杠杆机构II分别与同侧的杠杆机构I通过两个柔性铰链连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：

采用压电陶瓷驱动器作为微夹持器的驱动方式，可以明显降低微夹持器整体质量和运动惯量。另外压电陶瓷驱动器具有体积小、刚度高、响应速度快、位移分辨率高等特点，利用压电陶瓷驱动器驱动两臂开合，可以有效改善微夹持器系统的静动态特性。采用桥型放大机构、杠杆机构I和杠杆机构II实现三级位移放大机构，使微夹持器具有较大的张合量，实现对不同尺寸物体的稳定夹持。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的俯视结构示意图；

图3为桥型放大机构的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1～图3，本发明实施例保护一种压电驱动式三级位移放大微夹持器，包括基体I1，压电陶瓷驱动器2，桥型放大机构3，基体II4，两个杠杆机构I5，两个杠杆机构II6，预紧螺栓7。