The invention relates to a micro-clamp for measuring clamping force and clamping displacement by using fiber Bragg grating, so as to solve the problem that the micro-clamp in the prior art can not simultaneously measure clamping force and clamping displacement accurately. The technical scheme includes a base, a monolithic flexible mechanism fixed on the base, an actuator installed in a cavity opened on the monolithic flexible mechanism, a controller, a FBG demodulator connected with the controller, and a fiber Bragg grating multiplexing sensor connected with the FBG demodulator. The monolithic flexible mechanism includes a displacement amplifier mechanism and two clamping force sensors symmetrically arranged. The input stage of the displacement amplifying mechanism is connected with the actuator. The output stage, the clamping force sensing mechanism and the clamping claw of the displacement amplifying mechanism correspond to each other. The output stage, the clamping force sensing mechanism and the clamping claw of the displacement amplifying mechanism are connected in turn.
【技术实现步骤摘要】
利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳
本专利技术涉及微操作和微装配领域，具体是一种利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳。
技术介绍
随着微机电系统（Micro-Electro-MechanicalSystem,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...
【技术保护点】
1.利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳，包括：基座（1）、固定于所述基座（1）上的单片柔性机构（2）、安装于所述单片柔性机构（2）上开设的空腔内的执行器（3）、控制器、与所述控制器连接的FBG解调仪（5），以及与所述FBG解调仪（5）连接的光纤布拉格光栅复用传感器（4），其特征在于，所述单片柔性机构（2）包括：位移放大机构（21）、对称设置的两个夹持力传感机构（22）以及对称设置的两个夹爪（23），所述位移放大机构（21）的输入级（211）与所述执行器（3）相抵接，所述位移放大机构（21）的两个输出级（212）、两个所述夹持力传感机构（22）和两个所述夹爪（23...
【技术特征摘要】
1.利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳，包括：基座（1）、固定于所述基座（1）上的单片柔性机构（2）、安装于所述单片柔性机构（2）上开设的空腔内的执行器（3）、控制器、与所述控制器连接的FBG解调仪（5），以及与所述FBG解调仪（5）连接的光纤布拉格光栅复用传感器（4），其特征在于，所述单片柔性机构（2）包括：位移放大机构（21）、对称设置的两个夹持力传感机构（22）以及对称设置的两个夹爪（23），所述位移放大机构（21）的输入级（211）与所述执行器（3）相抵接，所述位移放大机构（21）的两个输出级（212）、两个所述夹持力传感机构（22）和两个所述夹爪（23）一一对应，且所述位移放大机构（21）的输出级（212）、所述夹持力传感机构（22）和所述夹爪（23）依次连接；所述光纤布拉格光栅复用传感器（4）包括：在光纤上形成的第一光纤布拉格光栅（41）和第二光纤布拉格光栅（42），所述第一光纤布拉格光栅（41）和所述第二光纤布拉格光栅（42）均与所述FBG解调仪（5）连接，所述第一光纤布拉格光栅（41）安装于所述夹持力传感机构（22）上可感应所述夹持力传感机构（22）的形变的位置处；所述第二光纤布拉格光栅（42）安装于所述位移放大机构（21）上可感应所述位移放大机构（21）的形变的位置处；在所述控制器控制所述执行器（3）在第一方向推动所述位移放大机构（21）的输入级（211）时，所述位移放大机构（21）的输入级（211）将所述执行器（3）在所述第一方向上推动产生的运动位移转换为第二方向上的运动位移，并经由所述位移放大机构（21）的输出级（212）和所述夹持力传感机构（22）依次传递至所述夹爪（23）位置处，使两个所述夹爪（23）闭合，对待夹持部件进行夹持；所述第一方向与所述第二方向在水平方向上相垂直。2.根据权利要求1所述的利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳，其特征在于，所述夹持力传感机构（22）为可对所述位移放大机构（21）的输出级（212）在第二方向上传递的动力进行平行传递的机构，使所述夹爪（23）在第二方向上进行平行闭合。3.根据权利要求2所述的利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳，其特征在于，所述位移放大机构（21）的输出级（212）为在所述单片柔性机构（2）上加工形成的第一平行四边形机构，所述第一平行四边形机构的相邻两根连杆之间通过第一柔性铰链连接，且所述第一平行四边形机构的其中一根连杆与所述位移放大机构（21）的输入级（211）连接。4.根据权利要求3所述的利用光纤布拉格光栅测量夹持力和夹爪位移的微夹钳，其特征在于，所述夹持力传感机构（22）为在所述单片柔性机构（2）上加工形成的第二平行四边形机构，所述第二平行四边形机构的相邻两根连杆之间通过第二柔性铰链连接，所述第一平行四边形机构、所述第二平行四边形机构和所述夹爪（23）依次串联；或所述夹持力传感机构（22）为在所述单片柔性机构（2）上加工形成的双柔性梁机构，所述第一平行四边形机构、所述双柔性梁机构和所述夹爪（23）依次串联；或所述夹持力传感机构（22）为在所述单片柔性机构（2）上加工形成的悬臂梁机构，所述第一平行四边形机构、所述悬臂梁机构和所述夹爪（23...
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