恒力可调的多自由度柔性微夹持器制造技术

本发明专利技术提供一种恒力可调的多自由度柔性微夹持器，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。本发明专利技术实现微夹持单元的恒力输出和恒力可调，同时使得夹子具有多个自由度。本发明专利技术的结构重量轻、操作方便，适用于微操作机器人系统和微机电系统。

Flexible micro gripper with adjustable constant force for multi degree of freedom

The invention provides a multi degree of freedom flexible micro gripper with adjustable constant force, including a micro gripping unit. The micro clamping unit includes a clamping unit and a degree of freedom adjusting unit. The clamping unit is mounted on a degree of freedom adjustment component and can move up and down, left and right, and back, and back three directions under the drive of the degree of freedom adjustment component. The clamping unit is connected to the free degree adjustment component through a connecting block, and the freedom degree adjustment component is fixed on the base of the surface by the base seat, and the setting direction of the free degree adjustment component in different directions is different on the base of the different surface. The invention realizes constant force output and constant force adjustment of the micro clamping unit, and simultaneously enables the clamp to have multiple degrees of freedom. The invention has the advantages of light weight and convenient operation, and is suitable for micro operation robot system and MEMS system.

【技术实现步骤摘要】
恒力可调的多自由度柔性微夹持器
本专利技术涉及微夹持器。
技术介绍
作为连接宏观系统与微观系统的关键部件，微夹持器在微操作与微装配
中起着至关重要的作用，微夹持器被用来实现夹持、保持和释放等微操作任务，例如细胞的移动与排列、微小零件组装以及光纤对接等。与形状记忆合金驱动、真空驱动、静电梳齿驱动、热驱动和电磁驱动等相比，压电驱动因具有分辨率高、驱动力大、响应速度快和动态特性好等优点，而广泛应用在各种高精度微夹持器中。另一方面，对于许多微操作任务和微装配任务，被操作物体往往在外形上不规则，在尺寸上横跨微米级到毫米级。在使用微夹持器对这类不规则、易碎且跨尺度的被操作物体进行操作时，被操作物体和夹头均易受到沿需微夹持器中轴方向的分力而产生相对滑移，影响微操作过程的精度和效率，也更容易损坏被操作对象因此，微夹持器需要具有纯平动输出、恒力输出、且恒力可调。此外，为了更好地解决微操作和微装配问题，也需要对微夹持器的夹持力进行在线监测，并进行反馈控制。同时，微夹持器末端也往往是转动输出或者经过单边平行四边形机构进行近似平动输出，平动效果也有限。而对微夹持器末端夹持力的检测也是采用粘贴单个应变片在末端柔性夹持臂根部的方式，检测时也会进一步加剧对被操作物体的偏转。另外，现在微夹持器通常不能恒力输出，更不能改变恒力，以另一个恒力输出；现有微夹持器通常有一个或两个自由度，在夹持被操作物体时，操作不够灵活。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提供一种恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其既能实现微夹器的恒力输出，又能使恒力可调，以不同大小的恒力输出，还具有能够产生纯平动输出，对夹持力进行检测以及具有三个自由度的特性。为此，本专利技术采用以下技术方案：恒力可调的多自由度柔性微夹持器，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。进一步地，自由度调节部件包括机架底杆，机架底杆的中部安装桥式机构，桥式机构包括纵向设置的一对的支撑臂和横向设置的至少两组导向放大杆组件；支撑臂之间设置压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器在横向伸缩形变。进一步地，导向放大杆组件分别位于桥式机构的上下两侧，并分别由各自的左侧杆、中间杆和右侧杆组成；左侧杆和右侧杆分别一端与中间杆铰接；另一端与支撑臂铰接；中间杆远离压电叠堆驱动器使左侧杆和右侧杆倾斜，中间杆与压电叠堆驱动器平行；下面的一组导向放大杆组件的中间杆与机架固定，上面的一组导向放大杆组件的中间杆连接竖柱。进一步地，恒力调节机构包括连接在桥式机构上的竖柱，竖柱的两侧对称地设有由内而外斜向上布置的柔性臂，柔性臂的外端连接在机架侧柱上，竖柱的上端固定连接接口型延伸段，口型延伸段的上端通过第一铰链活动连接横杆，横杆与连接块的一个面固定连接，横杆的两端对称地设有口形孔，口形孔内设有向下平行的第一叶型柔性铰链，第一叶型柔性铰链上设有夹持力检测应变片。进一步地，口部延伸段包括相对布置的上下两个U形支架，这两个U型支架之间通过第二铰链活动连接，其中上面的U型支架的背部通过第一铰链与横杆活动连接，下面的U形支架的两侧通过分别通过第二叶型柔性铰链与机架侧柱连接。进一步地，柔性臂正反两个面上有两个磁流变弹性体，磁流变弹性体的外围缠绕线圈。进一步地，机架侧柱的上端通过第三铰链连接过渡段，过渡段的上端通过第四铰链连接横杆。进一步地，夹持部件包括夹持端、夹持臂和连接端，夹持端具有能够与被夹持对象接触的夹持面，夹持面呈三角形，连接端具有互为90度夹角的两个连接叉，两个连接叉分别通过固定件固定连接在连接块的两个相互相邻的面上，夹持臂向上弯着，夹持端位于夹持臂的最上端。进一步地，异面底座包括第一T形架，第一T形架的横部的一端连接第二T形架，第二T形架垂直于第一T形架，第一T形架的竖部的末端连接一字架，一字架垂直于第一T形架；第一T形架的竖部的长度与第一T形架到第二T形架之间的距离相同，第二T形架的高度与一字架的高度不相同。进一步地，基座包括工字型底座，工字型底座的两端中部分别设置两根支撑杆，工字型底座通过紧固件固定连接在异面底座上，两根支撑杆通过紧固件固定连接在机架侧柱的两侧；该多自由度柔性微夹持器包括实现上下调节的第一微夹持单元、实现左右调节的第二微夹持单元和实现前后调节的第三微夹持单元，第一微夹持单元通过其基座固定安装在第一T形架的横部外端，第二微夹持单元通过其基座固定安装在第二T形架的横部上，第三微夹持单元通过其基座固定安装在一字架的上部；第一微夹持单元、第二微夹持单元和第三微夹持单元分别与连接块的两两相邻的面固定连接。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术设置了恒力调节机构，通过桥式机构对恒力调节机构进行拉伸变形，实现微夹持单元的恒力输出。2、通过改变恒力调节机构上的磁流变弹性体外侧缠绕的线圈的电压，改变磁场的强度，改变磁流变弹性体的机械性能，从而使与之相连的磁流变弹性体薄片的刚度发生改变，使得输出的恒力得以改变，从而实现了微夹持器的恒力可调。3、本专利技术采用连接块连接夹子，采用三组微夹持单元组合而成的微夹持器通过连接块对夹子进行三个方向上的驱动，使得夹子具有多个自由度。4、本专利技术的结构采用线切割加工，其间的连接采用柔性铰链，具有体积小、无机械摩擦、导向精度高、加工精度易于保证和不需要装配的优点。5、本专利技术在机构上集成了位置和夹持力检测，便于对微小易碎零件或者细胞等进行微操作。6、本专利技术的结构重量轻、操作方便，适用于微操作机器人系统和微机电系统。附图说明图1是微夹持单元的结构图。图2是自由度调节部件的结构图。图3是本专利技术的应用场景图。图4是恒力调节机构的特性曲线。图5是夹持力检测应变片的检测原理图。图6是夹持部件的示意图。图7是基座的示意图。图8是异面底座的示意图。图9是柔性臂及其相关部件的放大图。图中标号：1-基座，2-机架，3-压电叠堆驱动器，4-磁流变弹性体，5-线圈，6-夹持部件，7-夹持力检测应变片，8-连接块，9-异面底座，10-微夹持操作对象，11-第一铰链，12-第二铰链，13-第三铰链，14-第四铰链，21-导向放大杆组件，22-支撑臂，23-机架侧柱，24-柔性臂，25-竖柱，26-口型延伸段，27-横杆，28-机架底杆，29-口形孔，30-底部连杆，31-上部连杆，32-过渡段，61-夹持面，62-夹持端，63-夹持臂，64-连接端，65-连接叉，91-第一T形架，92-第二T形架，93-一字架，B-第一叶型柔性铰链，E-第二叶型柔性铰链，F-双切口铰链，1A-工字型底座，1B-支撑杆。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方案做进一步的详细说明，应当指出的是，具体实施方案仅仅是具体阐述，并不是对本专利技术的限定。本专利技术提供恒力可调的多自由度柔性微夹持器，包括微夹持单元，如图1所示，微夹持单元包括夹持部件6和自由度调节部件，夹持部件6安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件6通过一连接块8与自由度调节部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。

【技术特征摘要】
1.恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，包括微夹持单元，微夹持单元包括夹持部件和自由度调节部件，夹持部件安装在自由度调节部件上并能够在自由度调节部件的驱动下实现上下、左右和前后三个方向上的移动，夹持部件通过一连接块与自由度调节部件连接，自由度调节部件通过基座固定在异面底座上，实现不同方向移动的自由度调节部件在异面底座上的安装方向不同。2.根据权利要求1所述的恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，自由度调节部件包括机架底杆，机架底杆的中部安装复合桥式机构，复合桥式机构包括纵向设置的一对的支撑臂和横向设置的至少两组导向放大杆组件；支撑臂之间设置压电叠堆驱动器，压电叠堆驱动器在横向伸缩形变。3.根据权利要求2所述的恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，导向放大杆组件分别位于复合桥式机构的上下两侧，并分别由各自的左侧杆、中间杆和右侧杆组成；左侧杆和右侧杆分别一端与中间杆铰接；另一端与支撑臂铰接；中间杆远离压电叠堆驱动器使左侧杆和右侧杆倾斜，中间杆与压电叠堆驱动器平行；下面的一组导向放大杆组件的中间杆与机架固定，上面的一组导向放大杆组件的中间杆连接竖柱。4.根据权利要求2所述的恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，恒力调节机构包括连接在复合桥式机构上的竖柱，竖柱的两侧对称地设有由内而外斜向上布置的柔性臂，柔性臂的外端连接在机架侧柱上，竖柱的上端固定连接接口型延伸段，口型延伸段的上端通过第一铰链活动连接横杆，横杆与连接块的一个面固定连接，横杆的两端对称地设有口形孔，口形孔内设有向下平行的第一叶型柔性铰链，第一叶型柔性铰链上设有夹持力检测应变片。5.根据权利要求4所述的恒力可调的多自由度柔性微夹持器，其特征是，口部延伸段包括相对布置的上下两个U形支架，这两个U型支架之间通过第二铰链活动连接，其中上面的U型支架的背部...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴高华，杨依领，娄军强，崔玉国，林煌旭，张振振，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33