单指结构、微操作夹持器和微操作系统技术方案

本申请公开了一种微操作夹持器单指结构，包括上下间隔设置的固定梁和支撑臂，所述固定梁和支撑臂之间连接有一柔性铰链、一回弹机构和一压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器位于所述柔性铰链和回弹机构之间，所述支撑臂的末端固定有执行末端，所述压电陶瓷致动器上下动作以驱动执行末端在杠杆作用下上下摆动。本申请还公开了一种微操作夹持器和微操作系统。本发明专利技术微动多指柔性操作夹持器能够适应多执行末端的自由切换，工作模式可以在单指、双指及三指的状态下任意切换。多指微操作夹持器不但能够实现多种对象的微操作，也要能够确保微操作精度及拥有一定的操作效率。

Single finger structure, micro operation gripper and micro operation system

The invention discloses a micro gripper single finger structure, including upper and lower spaced fixed beam and a supporting arm, a flexible hinge, a rebound mechanism and a piezoelectric ceramic actuator is connected between the fixed beam and a support arm, between the piezoelectric ceramic actuator is positioned on the flexible hinge and at the end of the rebound mechanism, the arm is fixed with the end effector, the piezoelectric ceramic actuator under the action to drive the implementation of the end swing by leverage on. The present application also discloses a micro operation holder and a micro operation system. The portable multi finger flexible operation clamper can adapt to the free switching of the multiple execution ends, and the working mode can be switched arbitrarily under the condition of single fingers, double fingers and three fingers. Multi finger micro operation gripper can not only realize the micro operation of many objects, but also ensure the micro operation precision and the operation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
单指结构、微操作夹持器和微操作系统
本申请属于微纳米
，特别是涉及一种单指结构、微操作夹持器和微操作系统，用于航空航天、光学、医疗、生物等领域。
技术介绍
近年来，微纳米技术的发展非常迅猛。在微米技术方面，微操作器、微机械零件、微泵、微电机系统及微驱动等技术被国内外学者广泛研究与关注；在纳米技术方面，纳米材料、纳米动力学、纳米生物学及纳米电子学等技术发展极其迅速。微操作执行器也叫微操作工具，是实现微对象的夹持、搬运、释放及组装的关键部件。随着各式各样的微器件的出现，微纳米操作技术被越来越多的应用于航空航天、光学、医疗、生物等领域。近年来，微纳米技术的发展非常迅猛。在微米技术方面，微操作器、微机械零件、微泵、微电机系统及微驱动等技术被国内外学者广泛研究与关注；在纳米技术方面，纳米材料、纳米动力学、纳米生物学及纳米电子学等技术发展极其迅速。微操作执行器也叫微操作工具，是实现微对象的夹持、搬运、释放及组装的关键部件。随着各式各样的微器件的出现，微纳米操作技术被越来越多的应用于航空航天、光学、医疗、生物等领域。大多数的微夹持器的设计中都包含1到3个自由度的驱动模块。中国科学院自动化研究所的张大鹏等人研究制造了一种一体式微夹持器。该款夹持器一端夹爪固定于支架上，另一端由压电陶瓷致动器完成单个自由度驱动，夹持器采用柔性铰链的结构完成位移的输入与输出的转换。实验中，对直径150μm的微玻璃管进行了夹持操作。一体式夹持器的设计方案，往往功能单一，可执行的操作任务较为局限。A.F.Alogla等人制作的微夹持器，整个夹持器包含了两个夹爪。该微夹持器的夹爪可以光刻蚀的方式加工制造，夹持动作由气动方式实现。气动式驱动部分由进气口、薄膜气囊组成。当气体通过进气口进入薄膜气囊时，气囊变形实现夹爪夹持的动作。气动式夹爪末端的最大张开距离为1mm，最大输出力可以达到50mN，该夹爪还完成了直径200μm微球的拾取和释放实验。由于采用气动方式控制，夹持器尺寸较大，执行精度相对较差。综上所述，目前微夹持器往往操作对象类型有限，功能单一，可完成的操作任务有限，而且夹持的精度普遍不高。微对象的拾取、搬运及释放是一项精度要求很高的微操作技术。单一类型的微对象操作已经满足不了现实的科研需求。单一末端的夹持器工具无法实现多类型对象的操作。采用传统先制造再验证的方法，大大增加了一体式微夹持器的研制成本。因此，具有多指和可替换末端的柔性微操作执行器的研制具有重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种一种柔性化多指微操作夹持器，可以利用夹持器多指的特点，并通过不同的操作方法，实现多种微操作对象的拾取与放置操作。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本申请实施例公开了一种微操作夹持器单指结构，包括上下间隔设置的固定梁和支撑臂，所述固定梁和支撑臂之间连接有一柔性铰链、一回弹机构和一压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器位于所述柔性铰链和回弹机构之间，所述支撑臂的末端固定有执行末端，所述压电陶瓷致动器上下动作以驱动执行末端在杠杆作用下上下摆动。优选的，在上述的微操作夹持器单指结构中，所述压电陶瓷致动器与柔性铰链之间的距离小于压电陶瓷致动器与回弹机构之间的距离。优选的，在上述的微操作夹持器单指结构中，所述执行末端采用可拆卸粘接剂实现固定在支撑臂的末端。优选的，在上述的微操作夹持器单指结构中，所述压电陶瓷致动器的一端通过螺钉固定于所述固定梁上。优选的，在上述的微操作夹持器单指结构中，所述执行末端为钨探针或光纤。相应的，本申请还公开了一种微操作夹持器，包括微动调节座、以及安装于微动调节座上的至少一个所述的单指结构，所述微动调节座上开设有至少一个调节槽，每个所述调节槽内设置有一个调整块，每个所述单指结构分别对应安装于一个调整块上，所述调整块与微动调节座之间通过柔性铰链连接，所述微动调节座上设置有X轴调节螺钉和Y轴调节螺钉，所述X轴调节螺钉和Y轴调节螺钉作用于调整块以实现X轴和Y轴方向位移调节，所述X轴和Y轴所在平面与微动调节座共面。优选的，在上述的微操作夹持器中，所述调整块上开设有螺纹孔，该螺纹孔内配合设置有Z轴调节螺钉，该Z轴调节螺钉作用于调整块以实现其Z轴方向的位移调节。优选的，在上述的微操作夹持器中，所述微动调节座上设置有呈三角形排列的三个单指结构。优选的，在上述的微操作夹持器中，所述所述微动调节座与角度调节臂连接，该角度调节臂包括基座、第一调节臂和第二调节臂，所述第一调节臂的一端转动连接于基座上，另一端与第二调节臂的一端转动连接，所述第二调节臂的另一端转动连接于所述微动调节座上。相应的，本申请还公开了一种微操作系统，包括：用以承载待操作微对象的工作台；所述的微操作夹持器，该微操作夹持器对工作台上的微对象至少可实现拾取、搬运、释放和组装；对操作过程实时进行图像采集的显微镜，该显微镜通过CMOS相机将图像信息输出至显示器显示。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术微动多指柔性操作夹持器能够适应多执行末端的自由切换，工作模式可以在单指、双指及三指的状态下任意切换。多指微操作夹持器不但能够实现多种对象的微操作，也要能够确保微操作精度及拥有一定的操作效率。2、多指执行器的柔性化的特点大大简化了精密微夹持器的验证过程，对微纳米操作技术具有重要的指导意义。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1所示为本专利技术具体实施例中微操作夹持器的立体结构示意图；图2所示为本专利技术具体实施例中单指结构的示意图；图3所示为本专利技术具体实施例中微动调节座的结构示意图；图4所示为本专利技术具体实施例中微动调节座的调节原理示意图；图5所示为本专利技术具体实施例中单指工作模式微操作夹持器的实验照片；图6中(a)至(d)所示为本专利技术具体实施例中双指模式下采用钨探针对微对象操作的实验照片；图7中(a)至(d)所示为本专利技术具体实施例中三指模式下微操作夹持器的实验照片；图8中(a)和(b)所示为本专利技术具体实施例中微夹持器在双指工作模式下对两个对象的同时夹持的操作照片；图9中(a)至(c)所示为本专利技术具体实施例中采用光纤作为执行末端夹持二氧化硅球实验的操作照片；图10中(a)和(b)所示为本专利技术具体实施例中微球达振动分离实验操作照片；图11是对80μm合金球的拾取与释放操作过程，其中(a)是右侧光纤实现微球粘附拾取；(b)是中间光纤实现位置微动对中，为振动释放做准备；(c)是微球在中间光纤的振动下实现释放；图12是本专利技术具体实施例中三指模式下对直径10μm的二氧化硅微球进行拾取操作实验照片，其中图(a)是三指夹持器执行末端配置，左指是AFM探针，中指与右指是钨探针，(b)是左右指完成触底夹持的操作，此时中指调整到远离微球的状态，(c)是夹持后的微球被抬离基板，(d)是左右指张开时，微球粘附在钨探针上；图13是本专利技术具体实施例中三指模式下对直径10μm的二氧化硅微球进行拾取操作的实验照片，使用第三指振动使微球完成释放，(a)是中指的钨探针调整到粘附微球上部本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微操作夹持器单指结构，其特征在于，包括上下间隔设置的固定梁和支撑臂，所述固定梁和支撑臂之间连接有一柔性铰链、一回弹机构和一压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器位于所述柔性铰链和回弹机构之间，所述支撑臂的末端固定有执行末端，所述压电陶瓷致动器上下动作以驱动执行末端在杠杆作用下上下摆动。

【技术特征摘要】
1.一种微操作夹持器单指结构，其特征在于，包括上下间隔设置的固定梁和支撑臂，所述固定梁和支撑臂之间连接有一柔性铰链、一回弹机构和一压电陶瓷致动器，所述压电陶瓷致动器位于所述柔性铰链和回弹机构之间，所述支撑臂的末端固定有执行末端，所述压电陶瓷致动器上下动作以驱动执行末端在杠杆作用下上下摆动。2.根据权利要求1所述的微操作夹持器单指结构，其特征在于：所述压电陶瓷致动器与柔性铰链之间的距离小于压电陶瓷致动器与回弹机构之间的距离。3.根据权利要求1所述的微操作夹持器单指结构，其特征在于：所述执行末端采用可拆卸粘接剂实现固定在支撑臂的末端。4.根据权利要求1所述的微操作夹持器单指结构，其特征在于：所述压电陶瓷致动器的一端通过螺钉固定于所述固定梁上。5.根据权利要求1所述的微操作夹持器单指结构，其特征在于：所述执行末端为钨探针或光纤。6.一种微操作夹持器，其特征在于，包括微动调节座、以及安装于微动调节座上的至少一个权利要求1至5任一所述的单指结构，所述微动调节座上开设有至少一个调节槽，每个所述调节槽内设置有一个调整块，每个所述单指结构分别对应安装于一个调整块上，所述调整块...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，杨湛，刘会聪，孟凯，曹俊杰，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32