[实用新型]一种静电驱动的柔性微夹钳

说明书

本实用新型公开一种静电驱动的柔性微夹钳，其包括微夹钳本体、控制器、静电驱动器、电容式力传感器，其中，微夹钳本体包括一对夹臂、柔性传动机构和柔性导向部件，一对夹臂通过柔性传动机构分别与静电驱动器和电容式力传感器相连接，柔性导向部件设置在静电驱动器和电容式力传感器上。本实用新型实现了在两个互相垂直方向上的对夹持力和环境接触力的测量，提高了夹持的精度，并且整体结构紧凑，有效降低制造成本。

技术领域

本实用新型涉及微型自动机械技术领域，具体是一种静电驱动的柔性微夹钳。

背景技术

基于柔性机构的微夹钳具有无摩擦、无磨损、无需润滑、运动精度高、结构简易等优点。作为一种典型的微执行器，微夹钳在微操作技术、微装配系统、生物工程等领域中有着广泛应用。微夹钳具有多种驱动方式，如电热驱动、静电驱动、压电驱动、电磁驱动等。其中，电热驱动的微夹钳具有驱动力大、驱动电压低等特点，但是其工作温度高，不适用于对温度敏感物体进行夹持；压电驱动的微夹钳具有响应快、带宽大等优点，但是压电驱动的方式具有迟滞、蠕变等非线性特性，控制过程较为复杂；电磁力驱动的微夹钳能够做到无线驱动，但是其电磁线圈结构复杂，难以采用MEMS工艺加工；静电驱动的微夹钳具有响应快、无迟滞非线性等优点，而且兼容于MEMS工艺，所以被广泛采用于微夹钳领域。

在现有技术中，很多静电驱动的微夹钳，例如中国专利：CN1188340C，CN1840297A等中记载的微夹钳只具有夹持功能。为了避免对被夹持物体造成损坏，中国专利CN101407060B，CN2352945Y，CN101327592B等介绍了对夹持力进行传感的技术。

为了避免微夹钳与环境接触时造成微夹钳本身的损坏，应该对环境的接触力进行感测和传感，但是很多具有力传感功能的微夹钳大多只能对夹持力进行测量，很少能够实现对环境的接触力的测量。美国专利US8317245B2通过采用两个传感器实现了对夹持力和接触力的测量，但是其微夹钳的结构复杂、难于加工制造、尺寸大、成本高等。目前，现有的静电驱动柔性微夹钳只能实现一维的力传感，需要两个传感器才能实现二维的力传感，这就造成了微夹钳结构复杂、制造成本高。

实用新型内容

针对现有技术中出现的问题，克服现有微夹钳的缺点，本实用新型提供一种静电驱动的柔性微夹钳，其能够对夹持和接触两个方向上的力进行传感。

具体地，本实用新型提供一种静电驱动的柔性微夹钳，其包括微夹钳本体、控制器、静电驱动器、电容式力传感器，其中，微夹钳本体包括一对夹臂、柔性传动机构和柔性导向部件，一对夹臂通过柔性传动机构分别与静电驱动器和电容式力传感器相连接，柔性导向部件设置在静电驱动器和电容式力传感器上。

作为优选，一对夹臂中的第一夹臂依此通过柔性传动机构中的第一转动铰链和第一连接铰链与静电驱动器相连接，第二夹臂依此通过柔性传动机构中的第二转动铰链和第二连接铰链与电容式力传感器相连接。

作为优选，柔性导向部件包括驱动器柔性导向梁和传感器导向梁，其中，驱动器柔性导向梁与静电驱动器相连接，传感器柔性导向梁与电容式力传感器相连接。

作为优选，控制器包括高压运放芯片和电容-电压转换芯片，高压运放芯片采用PA69或者OPA454芯片，电容-电压转换芯片采用AD7746或MS3110芯片。

作为优选，电容式力传感器由竖向梳齿对组成，静电驱动器由横向梳齿对组成。

作为优选，第二夹臂、第二转动铰链和第二连接铰链的刚度相应地大于第一夹臂、第二转动铰链和第二连接铰链的刚度。

作为优选，第一转动铰链和第二转动铰链采用复合式柔性旋转铰链形式，第一连接铰链采用折叠式柔性铰链形式，第二连接铰链采用单一柔性梁形式。

作为优选，第一转动铰链的转动半径与第二转动铰链的转动半径不相等。