一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其能解决现有微夹持器无法完全实现平行输出的问题。其包括基座、平面夹持支链和微探针，平面夹持支链包括依次串联的第一放大机构、第二放大机构和导向机构；导向机构包括两对呈竖向设置且互相平行的柔性簧片一，第一对柔性簧片一两端分别固定连接定平台和过渡平台，定平台与基座固定连接，第二对柔性簧片一对称设置在第一对柔性簧片一的外侧且其两端分别固定连接过渡平台和动平台，微探针固定连接在动平台上；第二放大机构的输出端与动平台铰接，且第二放大机构的输出端的转动中心与柔性簧片一的高度中心位于同一水平线上。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器
本技术涉及微夹持器领域，具体为一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器。
技术介绍
微夹持器作为微操作系统的执行末端，可以实现拾起、夹持和释放等操作，因而广泛应用于微机电系统、扫描探针显微镜、超精密加工、光学调整以及生物细胞操作等诸多领域。例如，在微机电系统领域，微夹持器可用于将微齿轮等微零件装配成微部件；在生物细胞操作领域，与微探针相结合，还可以向细胞注入或从细胞中提取某种成分。以上这些领域所操作的微小物体多是形状不规则的刚性物体，为了确保微操作、微装配夹取的稳定和可靠，应采取平行夹持方式，这就要求微夹持器的末端应保持平行输出。公开号为CN105619377A的专利技术专利公开了一种基于柔顺机构的空间微夹持器，该微夹持器包括两个具有对称结构的平面夹持支链和四个微探针，夹持支链采用二级杠杆结构，通过杠杆原理两次放大输入位移，夹持支链的末端连接微探针，四个微探针对称布置形成一方形空间夹持口，能与夹持物体四点接触，实现对形状不规则的物体进行夹持。但是，由于该微夹持器完全采用杠杆原理放大输入位移，而杠杆的两端必然是绕支点转动的，因此导致夹持支链在输出位移时也必然是转动输出，夹持支链输出端的微探针无法完全实现平行输出，影响微夹持器夹持的稳定性。公开号为CN207643111U的技术专利公开了一种三自由度柔顺压电微夹持器，其由至少三个单自由度夹持单元构成，每个单自由度夹持单元包括依次串联的复合桥式机构、杠杆机构和双摇杆机构，其中，复合桥式机构能够对输入位移进行第一次放大和导向，杠杆机构能对输入位移进行第二次放大，双摇杆机构能对输入位移进行第三次放大，并且当铰链G、铰链H、铰链I在一条直线上时，能保证微夹持器的纯平动输出。但实际上，该微夹持器只能实现理论上的纯平动输出，原因是：铰链G、铰链H、铰链I均为双切口直圆型柔性铰链，属于集中柔度型柔性铰链，此种柔性铰链的理想模型是绕转动中心的纯转动且转动中心不发生移动，可在实际过程中，该柔性铰链的转动中心会发生横向移动，且由于受力不同每个铰链的转动中心的横向移动距离也不同，从而发生横向移动后的三个铰链将不能保持在一条直线上，产生了误差，因而该微夹持器的末端在实际过程中仍然不能实现完全的纯平动输出。
技术实现思路
针对现有微夹持器无法完全实现平行输出的技术问题，本技术提供了一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其能保证微夹持器完全实现平行输出，确保微操作、微装配夹取的稳定和可靠。其技术方案是这样的：一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其包括基座、平面夹持支链和微探针，其特征在于：所述平面夹持支链设有三个并呈三角形布置在所述基座上，所述平面夹持支链包括依次串联的第一放大机构、第二放大机构和导向机构，三个所述第一放大机构与所述基座和位移输入平台互相连接成一体，所述位移输入平台由运动输入装置驱动；所述第一放大机构用于将所述运动输入装置输入的竖向位移转化为水平位移输出并放大，所述第二放大机构用于将所述水平位移转化为竖向转动位移输出并放大；所述导向机构包括两对呈竖向设置且互相平行的柔性簧片一，第一对所述柔性簧片一的两端分别固定连接定平台和过渡平台，所述定平台与所述基座固定连接，第二对所述柔性簧片一对称设置在第一对所述柔性簧片一的外侧且其两端分别固定连接所述过渡平台和动平台，所述微探针设有三个并分别固定连接在三个所述动平台上；所述第二放大机构的输出端与所述动平台铰接，且所述第二放大机构的输出端的转动中心与所述柔性簧片一的高度中心位于同一水平线上。其进一步特征在于：所述运动输入装置为压电陶瓷驱动器。三个所述平面夹持支链呈正三角形布置。所述第一放大机构包括两个柔性簧片二和位移输出平台，两个所述柔性簧片二对称设置在所述位移输出平台的上下两侧并呈倾斜设置，且所述柔性簧片二与竖直方向的夹角相等且小于45°；两个所述柔性簧片二的一端共同固定连接在所述位移输出平台上，另一端分别与所述基座和所述位移输入平台固定连接，所述位移输入平台位于三个所述第一放大机构之间并平行设置在所述基座上方；三个所述第一放大机构上的所述柔性簧片二围合呈空间菱形结构，所述运动输入装置设置在所述空间菱形结构内部，且其底部固定端与所述基座固定连接，顶部驱动端与所述位移输入平台固定连接。所述基座由三个水平底板首端共同连接而成，三个所述水平底板呈三角形布置，三个所述平面夹持支链与三个所述水平底板一一对应设置，三个所述水平底板的连接处设有凸起，位于所述位移输出平台下方的所述柔性簧片二的下端固定连接在所述凸起上。所述第二放大机构为杠杆放大机构，其包括连杆、杠杆和支杆，所述连杆呈水平设置，所述杠杆和所述支杆呈竖向设置；所述连杆的一端通过第一柔性铰链与相应的所述位移输出平台铰接，另一端通过第二柔性铰链与所述杠杆的一侧杆部铰接；所述杠杆的另一侧下端通过第三柔性铰链与所述支杆铰接，另一侧上端通过第四柔性铰链与所述动平台铰接；所述支杆固定连接在所述基座上；所述第四柔性铰链的转动中心与所述柔性簧片一的高度中心位于同一水平线上。所述第一柔性铰链、所述第二柔性铰链、所述第三柔性铰链和所述第四柔性铰链均为双切口直圆型柔性铰链。所述定平台为呈竖向设置的板状结构，所述定平台的下端与所述基座固定连接，上端与第一对所述柔性簧片一的下端连接；所述过渡平台为呈水平设置的杆状结构，两对所述柔性簧片一的上端分别固定连接在所述过渡平台的底面上；所述动平台呈开口向下的U型结构，所述动平台套装在两对所述柔性簧片一的外侧且其支臂与所述柔性簧片一平行设置，所述过渡平台的两侧与所述动平台之间留有供所述柔性簧片一变形的空间，第二对所述柔性簧片一的下端分别与所述动平台的两个支臂下端固定连接；所述第二放大机构的输出端与所述动平台的其中一个支臂侧面铰接；所述动平台的上端靠近所述第二放大机构的一侧还成型有倾斜设置的位移输出杆，所述微探针固定在所述位移输出杆上，且三个所述微探针的尖端相对。所述位移输出杆的上端面上加工有螺纹孔，所述微探针的下端加工有外螺纹，所述微探针通过所述外螺纹与所述螺纹孔连接。所述基座、所述三个所述平面夹持支链和所述位移输入平台一体加工制成。本技术的有益效果是：本技术的空间微夹持器，其平面夹持支链由依次串联的第一放大机构、第二放大机构和导向机构构成，通过第一放大机构、第二放大机构可以对输入位移进行两次放大，保证空间微夹持器具有大行程，经过两次放大后的位移输入导向机构，导向机构通过柔性簧片的变形对输入位移进行导向，由于柔性簧片属于均布柔度型柔性元件，与集中柔度型柔性铰链相比，均布柔度型柔性元件的实际误差更小，并且本技术中的导向机构采用了两对呈竖向设置且互相平行的柔性簧片，同时第二对柔性簧片对称设置在第一对柔性簧片的外侧，第二放大机构的输出端的转动中心与柔性簧片的高度中心位于同一水平线上，从而变形时四个柔性簧片的寄生力矩和寄生力恰好能完全抵消，从而完全消除第二放大机构所产出的寄生移动和转动，达到纯平动的导向效果，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其包括基座、平面夹持支链和微探针，其特征在于：所述平面夹持支链设有三个并呈三角形布置在所述基座上，所述平面夹持支链包括依次串联的第一放大机构、第二放大机构和导向机构，三个所述第一放大机构与所述基座和位移输入平台互相连接成一体，所述位移输入平台由运动输入装置驱动；所述第一放大机构用于将所述运动输入装置输入的竖向位移转化为水平位移输出并放大，所述第二放大机构用于将所述水平位移转化为竖向转动位移输出并放大；所述导向机构包括两对呈竖向设置且互相平行的柔性簧片一，第一对所述柔性簧片一的两端分别固定连接定平台和过渡平台，所述定平台与所述基座固定连接，第二对所述柔性簧片一对称设置在第一对所述柔性簧片一的外侧且其两端分别固定连接所述过渡平台和动平台，所述微探针设有三个并分别固定连接在三个所述动平台上；所述第二放大机构的输出端与所述动平台铰接，且所述第二放大机构的输出端的转动中心与所述柔性簧片一的高度中心位于同一水平线上。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其包括基座、平面夹持支链和微探针，其特征在于：所述平面夹持支链设有三个并呈三角形布置在所述基座上，所述平面夹持支链包括依次串联的第一放大机构、第二放大机构和导向机构，三个所述第一放大机构与所述基座和位移输入平台互相连接成一体，所述位移输入平台由运动输入装置驱动；所述第一放大机构用于将所述运动输入装置输入的竖向位移转化为水平位移输出并放大，所述第二放大机构用于将所述水平位移转化为竖向转动位移输出并放大；所述导向机构包括两对呈竖向设置且互相平行的柔性簧片一，第一对所述柔性簧片一的两端分别固定连接定平台和过渡平台，所述定平台与所述基座固定连接，第二对所述柔性簧片一对称设置在第一对所述柔性簧片一的外侧且其两端分别固定连接所述过渡平台和动平台，所述微探针设有三个并分别固定连接在三个所述动平台上；所述第二放大机构的输出端与所述动平台铰接，且所述第二放大机构的输出端的转动中心与所述柔性簧片一的高度中心位于同一水平线上。


2.根据权利要求1所述的一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其特征在于：所述运动输入装置为压电陶瓷驱动器。


3.根据权利要求1或2所述的一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其特征在于：所述第一放大机构包括两个柔性簧片二和位移输出平台，两个所述柔性簧片二对称设置在所述位移输出平台的上下两侧并呈倾斜设置，且所述柔性簧片二与竖直方向的夹角相等且小于45°；两个所述柔性簧片二的一端共同固定连接在所述位移输出平台上，另一端分别与所述基座和所述位移输入平台固定连接，所述位移输入平台位于三个所述第一放大机构之间并平行设置在所述基座上方；三个所述第一放大机构上的所述柔性簧片二围合呈空间菱形结构，所述运动输入装置设置在所述空间菱形结构内部，且其底部固定端与所述基座固定连接，顶部驱动端与所述位移输入平台固定连接。


4.根据权利要求3所述的一种具有多级放大和导向机构的空间微夹持器，其特征在于：所述基座由三个水平底板首端共同连接而成，三个所述水平底板呈三角形布置，三个所述平面夹持支链与三个所述水平底板一一对应设置，三个所述水平底板的连接处设有凸起，位于所述位移输出平台下方的所述柔性簧片二的下端固定连接在所述凸起上。
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【专利技术属性】
技术研发人员：林苗，王保兴，盛永健，孟刚，曹毅，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32