[发明专利]一种跨尺度微小零件自适应柔顺装配机构

说明书

本发明公开的一种跨尺度微小零件自适应柔顺装配机构，包括柔顺夹持机构、第一压电叠堆驱动器、第二压电叠堆驱动器以及柔顺胞元钳口，第一夹持臂和第二夹持臂关于轴线对称布置，且一端均与位移放大机构相连；第一压电叠堆驱动器和第二压电叠堆驱动器分别嵌入设置在位移放大机构的两侧；柔顺胞元钳口可拆卸设置在第一夹持臂和第二夹持臂的自由端部。相对传统的装配机构而言，其能够对特征范围在微米到毫米级的微小零件实现自适应的夹取操作，兼具结构紧凑、体积小、重量轻等优点，可完成对微小零件的精密装配，也可用于多品种、多批次微小器件的柔性装配。

技术领域

本发明属于微装配技术领域，特别涉及一种跨尺度微小零件自适应柔顺装配机构。

背景技术

微装配是一种在微小误差范围内将微米到毫米大小的微小零件组装形成微型系统的技术，广泛应用在医学检测设备、光通信组件、微传感器、微卫星设备等产品加工和制造中，是微纳制造领域的核心和基础。装配机构是对微装配对象直接进行夹取、搬运、放置等操作的部件，在微装配系统中起着举足轻重的作用，直接制约着微型系统的装配质量和效率，并影响着微机电系统的设计研发和产业化应用。

柔顺机构是装配机构最为常用的形式，它是一类依靠自身弹性变形传递力、位移和能量的机械结构，具有免装配、无间隙、无摩擦、可一体成型的优点。但由于微装配系统环境狭小、微操作臂承载能力有限，装配机构的尺寸和重量往往受到严格限制，无法配备大行程的压电驱动器以及复杂的位移放大机构，因此很难实现较大的工作行程。

然而随着微机电系统朝着多材料、多功能器件集成的方向发展，微操作任务需要涉及形状和尺寸各异的微小零件，它们的特征尺寸分布在微米到毫米级之间，尺寸跨度远远超过了装配机构的最大工作行程，因此单一装配机构难以应对复杂微机电系统的装配需求。以往的解决方案一般是设置多套微操作臂或微夹持器，以实现对不同形状和尺寸零件的自适应微装配。例如美国Lawrence Livermore国家实验室采用多达六套操作机器人系统对涉及多种外形尺度零件的惯性约束核聚变微靶进行装配，大大增加了装配设备的自动化控制的难度及成本。因而急需研发适用于跨尺度微小零件的自适应装配机构。Lofroth和Avci设计了一种新型的模块化柔顺夹持机构，其特征是在夹持机构末端设有安装孔位，用于安装适用于不同操作对象的夹持尖端(Lofroth M,Avci E.Development of a novelmodular compliant gripper for manipulation of micro objects[J].Micromachines,2019,10(5):313.)。但其位移放大比小、构型复杂、结构尺寸较大，同时由于采用螺栓固定，极易在安装过程中损坏夹持尖端，且难以实现自动化的更换，从而降低微操作任务的效率。

发明内容

本发明目的在于克服现有装配机构通用性差、适用范围小的问题，提供一种跨尺度微小零件自适应柔顺装配机构，本发明能够对特征尺寸在微米到毫米级间的微小零件实现自适应的夹取操作，兼具结构紧凑、体积小、重量轻等优点，可完成对微小零件的精密装配，也可用于多品种、多批次微小器件的自适应装配。

为了实现上述目的，本发明提供的一种跨尺度微小零件自适应柔顺装配机构，包括柔顺夹持机构、第一压电叠堆驱动器、第二压电叠堆驱动器以及柔顺胞元钳口，

柔顺夹持机构为对称结构，包括第一夹持臂、第二夹持臂、位移放大机构，第一夹持臂和第二夹持臂关于轴线对称布置，且一端均与位移放大机构相连；

第一压电叠堆驱动器和第二压电叠堆驱动器分别嵌入设置在位移放大机构的两侧；

柔顺胞元钳口可拆卸设置在第一夹持臂和第二夹持臂的自由端部。柔顺胞元钳口可拆卸设置，方便进行装配和更换，柔顺胞元钳口为可更换模块，可实现多种形状和尺寸微小零件的自适应夹持；当将柔顺胞元钳口下来后，柔顺夹持机构也可单独夹取特定形状或大小的微小零件。

优选地，位移放大机构的两侧分别设置有第一槽口和第二槽口，第一压电叠堆驱动器和第二压电叠堆驱动器分别设置在第一槽口和第二槽口内。