[实用新型]一种测量微夹力的微夹钳

说明书

本实用新型属于微型机械技术领域中执行器类，涉及一种对微米尺度动作夹钳的改进。

日本机械技术研究所所报V01.50,No.2公开的微夹钳如图1所示：它包括动力源、驱动电路、杠杆支点、杠杆动力臂、杠杆阻力臂。当动力源运动范围小于微夹钳所要求的开合量时，则需要放大机构对动力源的的运动范围进行放大，来满足微夹钳所需的开合量。放大机构由二个杠杆支点、二个杠杆动力臂和二个杠杆阻力臂组成，它对动力源运动范围采用多级放大，用柔性铰链作杠杆支点，则只能实现微夹钳的张开与闭合单一的机械动作。这种微小钳不能对被夹持物的受力情况进行监视，则易把被夹持物夹持变形甚至夹坏。它不能检测被夹持物的表面硬度。

本实用新型的目的是克服已有技术的问题，对被夹持物受力情况进行监视，根据被夹持物受力情况感知被夹持物表面的软硬程度。

本实用新型的详细内容如图2和图3所示：它包括动力源1、杠杆动力臂2、杠杆支点3、杠杆阻力臂4、悬臂梁5、应变片6、钳体7、绞链8、基座9、动力源驱动电路10、电桥11、放大电路12，动力源驱动电路10的输出端与动力源1的输入端联接，在两个基座9之间联接动力源1，两个基座9分别与两个杠杆动力臂2通过铰链8柔性联接，两个杠杆动力臂2和两个杠杆阻力臂4通过两个杠杆支点3分别与钳体7柔性联接，两个悬臂梁5的根部分别与两个杠杆阻力臂4的头部固定联接，应变片6与悬臂梁5的根部固定联接，利用悬臂梁5作为力的测量元件，应变片6的两端与电桥11中的精密电阻两端联接构成桥路，电桥11的输出端与放大电路12的输入端联接，放大电路12的输出端与动力源驱动电路10的输入端联接。

本实用新型的工作过程：当动力源驱动电路10通电后，由人工根据夹持要求向动力源驱动电路10输入微夹钳的夹力指令，夹力指令应由小到大逐渐增加，不超过被夹持物所能承受的最大夹持力，此时，动力源驱动电路10的输出信号驱动动力源1产生动作，动力源1动作的位移量信号经铰链8作用到杠杆动力臂2上，由杠杆原理可知：杠杆动力臂2位移量经过杠杆支点3通过杠杆阻力臂4及悬臂梁5得到放大，则放大的位移量使悬臂梁5的头部产生夹持动作。被夹持物受到夹钳的夹持力时产生相应的反作用力，则当两个悬臂梁5受到被夹持物的反作用力时，应变片6与悬臂梁5联接的部位产生相应的应变，这种应变被应变片6检测到，则应变片6产生相应的电阻值变化，这种电阻值变化引起电桥11输出信号的变化，电桥11的输出信号经放大电路12放大后输入动力源驱动电路10并与夹持力指令比较而形成负反馈，保证悬臂梁5头部达到输入夹力指令值，使微夹钳实现恒夹力控制。

本实用新型的积极效果：由于采用悬臂梁5、应变片6、电桥11和放大电路12组成的结构，则能够对微夹钳的夹持力进行实时测量，从而能对被夹持物受力情况进行监视。根据被夹持物受力情况，感知被夹持物表面的软硬程度。本实用新型适用于对微小机械零件进行夹持的操作，通过对夹力的控制，避免夹坏微小机械零件，还能够应用于生物医学领域，用于夹持微小的生物细胞组织，感知并测量生物细胞组织的力学性质。

附图说明：

图1是已有技术结构主视图。

图2是本实用新型机械结构示意图。

图3是本实用新型电路框图。

本实用新型的一个实施例图2和图3所示。

动力源1选用市场上供应AE020308压电元件。杠杆动力臂2、杠杆支点3、杠杆阻力臂4、钳体7、铰链8、基座9采用厚度为2mm的45号钢板线切割制成一体化结构。悬臂梁5选用0.05mm的不镑钢片制成。应变片6选用市场上供应的KSN-2-120-E5-11半导体应变片。动力源电路10由运算放大器和功率放大器组成，运算放大器选用AD707型号且运算放大器采用三级放大形式。功率放大器选用3583型号，由3583功率放大器构成恒流源电路推动动力源1工作，电桥11由供电电源、精密电阻组成，根据测力精度的情况来选择供电电源稳定性。放大电路12由AD522和AD52等运算放大器及供电电源组成。本实用新型将动力源驱动电路10、电桥11、放大电路12组成控制电箱，控制电箱中动力源驱动电路10的输出端与动力源1输入端联接。控制电箱中电桥11的输入端与应变片6的输出联接。

本实用新型的另一个实施例即是将放大电路12的输出端与显示仪表输入端联接，此时，放大电路12的输出端与动力源驱动电路10的输入端2无联接。显示仪表读取夹持力数值，根据夹持要求由人工向动力源驱动电路10输入夹钳开合量指令，开合量指令由小到大输入，操作者可用显微镜观察被夹持物的夹持变形情况，根据夹持变形情况确定夹钳的开合量大小。