一种高效高精度的三自由度微夹持器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种高效高精度的三自由度微夹持器及其控制方法，该三自由度微夹持器具有搓动以及伸缩的功能，包括压电叠堆Ⅰ、压电叠堆Ⅱ、压电陶瓷片、夹钳Ⅰ、夹钳Ⅱ及柔性铰链机构。压电叠堆Ⅰ控制夹钳Ⅰ沿x向运动，压电叠堆Ⅱ控制夹钳Ⅱ沿y向运动，压电陶瓷片控制夹钳Ⅱ沿z向运动。本发明专利技术设计解决了物件在装配过程中面临的旋转角度对准的夹持、搓动问题，并且能精确控制进退料，同时保证了旋转角度对准的精度的前提下，提高了装配效率并有效的降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种高效高精度的三自由度微夹持器及其控制方法
本专利技术属于微夹持器
，具体涉及一种高精度高效率的三自由度微夹持器及控制方法。
技术介绍
近年来，随着微电子产业的蓬勃发展，微电子产业的发展已成为衡量一个国家综合实力的重要标志，成为促进国民经济持续发展和国家战略性基础产业安全的重要保障。随着微电子产业的持续发展，其相关行业器件不断向着微型化、高性能和高集成度方向发展，对于装配和操作的质量要求越来越严格，因此对微器件封装的质量和效率提出了更高的要求。一般的微夹持器大多只有一到两个自由度，无法满足对微夹持器自由度有更高要求的应用领域，这严重限制了微夹持器的应用范围。微夹持器一般处于微操作系统的最末端，直接与被操作对象接触，为保证稳定夹持，不使被夹持物体发生松动，需确保两钳口末端的相对运动为平行运动。为使被操作对象能够被搓动一个较大的角度，微夹持器y向的位移应足够大。此外，由于微夹持器开合频繁，微夹持器钳口处需要有很强的耐磨性。
技术实现思路
本专利技术旨在在原有技术上得到创新与改进，克服现有技术的不足，提供一种新型三自由度的微夹持器，该夹持器结构紧凑但精度较高，能够实现x、y、z三方向的运动。本专利技术是通过以下技术实现的：一种高效高精度的三自由度微夹持器，包括夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)、压电陶瓷片(3)、压电叠堆Ⅰ(4)、压电叠堆Ⅱ(5)、柔性铰链机构(6)；所述柔性铰链机构(6)包括一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、z向平行四边形导向机构(6-3)、y向平行导向机构(6-4)、柔性铰链固定端(6-5)、固定孔(6-6)；压电叠堆Ⅰ(4)、一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、夹钳Ⅰ(1)串行排布，压电叠堆Ⅰ(4)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，二级平行四边形放大机构(6-2)与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，夹钳Ⅰ(1)连接在二级平行四边形放大机构(6-2)上；压电叠堆Ⅱ(5)、y向平行导向机构(6-4)、z向平行四边形导向机构(6-3)、压电陶瓷片(3)、夹钳Ⅱ(2)串行排布，压电叠堆Ⅱ(5)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与y向平行导向机构(6-4)相连，压电陶瓷片(3)贴于z向平行四边形导向机构(6-3)上下两金属板的两面，夹钳Ⅱ(2)与z向平行四边形导向机构(6-3)相连；压电叠堆Ⅰ(4)通过一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动夹紧物件；压电叠堆Ⅱ(5)通过y向平行导向机构(6-4)驱动夹钳Ⅱ(2)沿y向运动搓动物件，调整角度；压电陶瓷片(3)通过z向平行四边形导向机构(6-3)驱动夹钳Ⅱ(2)沿z向运动，实现物件的进给与退料；柔性铰链固定端(6-5)应开有固定孔(6-6)；夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)应互相平行。进一步，压电叠堆的优点在效率高于单片压电陶瓷。进一步，夹钳Ⅰ(1)开有一三角形凹槽，便于夹持物件；夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)应互相平行。进一步，压电陶瓷片(3)贴于z向平行四边形导向机构(6-3)上下两金属板的两面，采用机械串联的黏贴方式，电学并联的接线方式。进一步，一级杠杆型放大机构(6-1)与柔性铰链固定端(6-5)连接的铰链、一级杠杆型放大机构(6-1)与二级平行四边形放大机构(6-2)连接的铰链、二级平行四边形放大机构(6-2)两平行导轨上的四处铰链，铰链厚度依次变薄，减小位移衰减。进一步，包括以下步骤：A)对压电叠堆Ⅰ(4)施加高电平电压，压电叠堆Ⅰ(4)通过一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动，使得夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)夹紧物件。B)在保持压电叠堆Ⅰ(4)施加电压的情况下，对压电叠堆Ⅱ(5)施加锯齿形电压，当对称性在60％-100％范围内，夹钳逆时针搓动物件；当对称性在0％-40％范围内，夹钳顺时针搓动物件。C)在压电叠堆Ⅰ(4)施加电压的情况下，对压电陶瓷片(3)施加锯齿形电压，当对称性在60％-100％范围内，夹钳夹持物件沿正z向运动；当对称性在0％-40％范围内，夹钳夹持物件沿负z向运动；通过z向平行四边形导向机构(6-3)，夹钳Ⅱ(2)沿着z方向运动。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的三维结构示意图；图2为本专利技术的平面结构示意图；图3为本专利技术的x向运动变形示意图；图4为本专利技术的z向压电陶瓷片粘贴及连线示意图；图5为本专利技术的x向运动电压信号示意图；图6为本专利技术的y向运动电压信号示意图。图7为本专利技术的z向运动电压信号示意图。图中：1夹头Ⅰ，2夹头Ⅱ，3压电陶瓷片，4压电叠堆Ⅰ，5压电叠堆Ⅱ，6柔性机构，6-1一级杠杆型放大机构，6-2二级平行四边形放大机构，6-3z向平行四边形导向机构，6-4y向平行导向机构，6-5柔性铰链固定端，6-6固定孔。具体实施方式下面将结合实例中的附图对本专利进一步说明。如附图1所示，本专利技术提供一种高效高精度的三自由度微夹持器，包括压电叠堆Ⅰ(4)、压电叠堆Ⅱ(5)、压电片(3)、夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)及柔性铰链机构(6)；压电叠堆Ⅰ(4)一端与柔性铰链固定端(6-5)连接，另一端与一级杠杆型放大机构(6-1)连接；一级放大机构(6-1)为杠杆型铰链机构，二级放大机构(6-2)为平行四边形铰链机构，一级杠杆型放大机构(6-1)与二级平行四边形放大机构(6-2)连接，压电叠堆Ⅰ(4)通过两级放大驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动，夹钳Ⅰ(1)的三角形缺口能有效夹紧物件；压电叠堆Ⅱ(5)一端与柔性铰链固定端(6-5)连接，另一端与y向平行导向机构(6-4)连接，驱动夹钳Ⅱ(2)沿y向运动；压电陶瓷片(3)装在z向平行四边形导向机构(6-3)上，z向平行四边形导向机构(6-3)一端与柔性铰链固定端(6-5)连接，另一端与夹钳Ⅱ(2)连接，在压电叠堆Ⅰ(4)和压电叠堆Ⅱ(5)施加电压的情况下，对压电陶瓷片(3)施加电压，通过z向平行四边形导向机构(6-3)，夹钳Ⅱ(2)沿着z方向运动。一种高效高精度的三自由度微夹持器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：A)对压电叠堆Ⅰ(4)施加高电平电压，压电叠堆Ⅰ(4)通过一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动，使得夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)夹紧物件。B)在保持压电叠堆Ⅰ(4)施加电压的情况下，对压电叠堆Ⅱ(5)施加锯齿形电压，当对称性在60％-100％范围内，夹钳逆时针搓动物件；当对称性在0％-40％范围内，夹钳顺时针搓动物件。C)在压电叠堆Ⅰ(4)施加电压的情况下，对压电陶瓷片(3)施加锯齿形电压，当对称性在60％-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效高精度的三自由度微夹持器，其特征在于，包括夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)、压电陶瓷片(3)、压电叠堆Ⅰ(4)、压电叠堆Ⅱ(5)、柔性铰链机构(6)；所述柔性铰链机构(6)包括一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、z向平行四边形导向机构(6-3)、y向平行导向机构(6-4)、柔性铰链固定端(6-5)、固定孔(6-6)；压电叠堆Ⅰ(4)、一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、夹钳Ⅰ(1)串行排布，压电叠堆Ⅰ(4)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，二级平行四边形放大机构(6-2)与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，夹钳Ⅰ(1)连接在二级平行四边形放大机构(6-2)上；压电叠堆Ⅱ(5)、y向平行导向机构(6-4)、z向平行四边形导向机构(6-3)、压电陶瓷片(3)、夹钳Ⅱ(2)串行排布，压电叠堆Ⅱ(5)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与y向平行导向机构(6-4)相连，压电陶瓷片(3)贴于z向平行四边形导向机构(6-3)上下两金属板的两面，夹钳Ⅱ(2)与z向平行四边形导向机构(6-3)相连；压电叠堆Ⅰ(4)通过一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动夹紧物件；压电叠堆Ⅱ(5)通过y向平行导向机构(6-4)驱动夹钳Ⅱ(2)沿y向运动搓动物件，调整角度；压电陶瓷片(3)通过z向平行四边形导向机构(6-3)驱动夹钳Ⅱ(2)沿z向运动，实现物件的进给与退料；柔性铰链固定端(6-5)应开有固定孔(6-6)；夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)应互相平行。/n...

【技术特征摘要】
1.一种高效高精度的三自由度微夹持器，其特征在于，包括夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)、压电陶瓷片(3)、压电叠堆Ⅰ(4)、压电叠堆Ⅱ(5)、柔性铰链机构(6)；所述柔性铰链机构(6)包括一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、z向平行四边形导向机构(6-3)、y向平行导向机构(6-4)、柔性铰链固定端(6-5)、固定孔(6-6)；压电叠堆Ⅰ(4)、一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)、夹钳Ⅰ(1)串行排布，压电叠堆Ⅰ(4)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，二级平行四边形放大机构(6-2)与一级杠杆型放大机构(6-1)相连，夹钳Ⅰ(1)连接在二级平行四边形放大机构(6-2)上；压电叠堆Ⅱ(5)、y向平行导向机构(6-4)、z向平行四边形导向机构(6-3)、压电陶瓷片(3)、夹钳Ⅱ(2)串行排布，压电叠堆Ⅱ(5)一端与柔性铰链固定端(6-5)相连，另一端与y向平行导向机构(6-4)相连，压电陶瓷片(3)贴于z向平行四边形导向机构(6-3)上下两金属板的两面，夹钳Ⅱ(2)与z向平行四边形导向机构(6-3)相连；压电叠堆Ⅰ(4)通过一级杠杆型放大机构(6-1)、二级平行四边形放大机构(6-2)驱动夹钳Ⅰ(1)沿x方向运动夹紧物件；压电叠堆Ⅱ(5)通过y向平行导向机构(6-4)驱动夹钳Ⅱ(2)沿y向运动搓动物件，调整角度；压电陶瓷片(3)通过z向平行四边形导向机构(6-3)驱动夹钳Ⅱ(2)沿z向运动，实现物件的进给与退料；柔性铰链固定端(6-5)应开有固定孔(6-6)；夹钳Ⅰ(1)、夹钳Ⅱ(2)应互相平行。


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【专利技术属性】
技术研发人员：黄虎，方皓淼，徐智，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22