[发明专利]夹爪为光纤布拉格光栅且可夹持力自传感的微夹钳

说明书

本发明涉及夹爪为光纤布拉格光栅且可夹持力自传感的微夹钳，以解决现有技术中的微夹钳的夹爪不能同时实现夹持部件和夹持力自传感的问题。其包括：基座、固定于基座上的单片柔性机构、安装于单片柔性机构上开设的空腔内的执行器、FBG解调仪、与执行器和FBG解调仪连接的控制器，单片柔性机构包括：位移放大机构，位移放大机构的输入级与执行器抵接，位移放大机构的两个输出级分别对应连接有一个夹爪；微夹钳还包括：一个或两个第一光纤布拉格光栅，一个第一光纤布拉格光栅对应一个夹爪，第一光纤布拉格光栅包括：用于形成夹爪的夹持部和用于形成对夹爪对待夹持部件进行夹持时产生的形变进行传感的夹持力传感部，第一光纤布拉格光栅与FBG解调仪连接。

技术领域

本发明涉及微操作和微装配领域，具体是一种夹爪为光纤布拉格光栅且可夹持力自传感的微夹钳。

背景技术

随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）的迅猛发展，加之传统MEMS制造工艺不能制造出具有复杂三维几何结构和由不同材料构成的微小零件，微装配和微操作技术显现出了举足轻重的作用。微夹钳是微装配系统和微操作系统的末端执行器，直接与被操作的对象相接触，对微装配与微操作任务的完成起着决定性作用，广泛应用于生物医学、电子制造、航空航天和军事等领域。

常用的微夹钳驱动方式包括静电驱动、电热驱动、形状记忆驱动、电磁驱动和压电驱动等，相比于其他驱动方式，压电驱动具有位移分辨率高、驱动力大、频响范围宽、响应速度快和动态性能好等优点，因而特别适合作为微夹钳的驱动。

但由于压电执行器的输出位移量小，为了完成夹持任务，常常采用位移放大机构将执行器输出的微小位移放大后传递给夹爪；同时由于压电叠堆执行器驱动力大，而被夹持的对象小、壁薄易脆，而位移放大机构有缩小力的作用，因此采用位移放大机构将微执行器输出的驱动力缩小后再传递给夹爪。对微夹钳的位移放大机构的最基本要求是体积小、结构简单、无间隙、无机械摩擦、运动灵敏度高、分辨率高、稳定的位移放大倍率和力缩小倍率。

并且，由于夹持对象的尺寸一般小于100 μm，且易发生变形、折断等损坏，通常需要采用具有力反馈的可控微夹钳完成操作，常见的做法是在微夹钳上安装夹持力传感器，如半导体应变片等。本发明人（Wang D H, Yang Q, and Dong H M, A MonolithicCompliant Piezoelectric-Driven Microgripper: Design, Modeling, and Testing,IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol 18, No 1, 138-147, Feb 2013；王代华, 杨群, 一种压电致动微夹钳及其开环位移特性, 纳米技术与精密工程, Vol 8, No1, 47-53, January 2010）报道了一种微夹钳的结构，就是采用在微夹钳上粘贴半导体应变片的方式实现力传感的。但在微装配/微操作中，由于夹爪的夹持力很小，应变片等传感器的输出信号本来就很微弱，再加上不可避免的电磁干扰、传感器安装困难且易带来误差等问题，使得微小夹持力的准确测量就显得尤为困难。综上，具有精度高、稳定性好、分辨力小、能避免电磁干扰、能实现夹持力自传感等诸多优点的微夹钳成为了迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种夹爪为光纤布拉格光栅且可夹持力自传感的微夹钳，以解决现有技术中的微夹钳的夹爪不能同时实现夹持部件和夹持力自传感的问题。

本发明的技术方案为：

本发明提供了一种夹爪为光纤布拉格光栅且可夹持力自传感的微夹钳，包括：基座、固定于所述基座上的单片柔性机构、安装于所述单片柔性机构上开设的空腔内的执行器、FBG解调仪、以及与所述执行器和所述FBG解调仪连接的控制器，所述单片柔性机构包括：

位移放大机构，所述位移放大机构的输入级与所述执行器相抵接，所述位移放大机构的两个输出级分别对应连接有一个夹爪；

所述微夹钳还包括：