[发明专利]一种超精密压电微夹持机械手

说明书

本发明涉及一种超精密压电微夹持机械手，由精密多自由度微纳压电驱动单元和精密微夹持单元组成。其中精密多自由度微纳压电驱动单元由定子柔性铰链和转子构成，利用压电叠堆驱动可进行超精密步进式旋转运动和直线移动。定子柔性铰链中嵌入三层自定心三爪压电箍位机构、旋转驱动机构和直线驱动机构，可进行精密箍位、旋转和直线驱动；转子接口为可变式，可与精密微夹持单元方便连接。精密微夹持单元内嵌入二级柔性铰链放大机构，由压电叠堆驱动，进行精密微夹持操作。具有结构简单、夹持性能稳定、夹持行程大、投资少、效益高等优势，可应用于精密微纳机械夹持操作、精密超精密加工、微机电系统、生物技术等工程科技领域。

技术领域

本发明涉及精密微纳机械夹持操作、精密超精密加工、微机电系统、生物技术等工程科技领域，特别涉及一种超精密压电微夹持机械手。

背景技术

近年来，随着微机电系统、微夹持机械、微纳驱动器等相关技术的高速发展，在高技术领域中机器人的研制与生产迅猛发展起来并已成为一门新兴技术，从而更加促进了机械手的发展，使得微夹持机械手能更好的实现机械化与自动化的有机结合。同时伴随着精密超精密加工、电子学、生物技术、精密测量等领域的快速发展，人类对超精密微夹持机械手的需求也越来越高，全世界各大科研中心也积极地对微夹持技术进行研究与实验。而传统的机械手体积较大、结构复杂、运动分辨率低，早已无法满足现代工业中精密微纳机械夹持操作、精密超精密加工、微机电系统等领域的应用需求，故研制一种超精密微夹持机械手就显得极为重要。由于压电叠堆体积小、频率响应少、输出载荷、噪声低、性能稳定等优点，又柔性铰链无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高等特点，在微夹持技术领域中广泛采用基于压电叠堆驱动源和柔性铰链传动机构的高精密压电微夹持机械手。随着目前高精尖工业领域的急速迅猛发展，传统的机械手技术指标已无法满足其需求，因此，设计一种超精密压电微夹持机械手的意义就显得十分重大。

发明内容

本发明的目的在于为满足上述的现有高精尖工业领域内对微夹持技术的迫切需要，克服传统机械手结构复杂、体积较大、运动分辨率低的致命缺陷，设计了一种超精密压电微夹持机械手，主要用于精密微纳机械夹持领域，具有结构简单、夹持性能稳定、夹持行程大、投资少、效益高等优势。

本发明通过控制箍位压电叠堆的逻辑通电时序，实现动子上中下三层的交替箍位运动。结合旋转驱动压电叠堆与直线驱动压电叠堆相应的逻辑通电控制时序最终实现微夹持柔性机械手的超精密步进式旋转运动和直线移动。其微夹持柔性机械手的超精密微纳夹持过程则通过控制微夹持压电叠堆的通电时序实现。因此，并行逻辑控制各个压电叠堆的通电时序即可满足微夹持领域中的一般需求。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种超精密压电微夹持机械手，主要包括精密多自由度微纳压电驱动单元和精密微夹持单元，其中精密多自由度微纳压电驱动单元由定子柔性铰链和转子构成，利用压电叠堆驱动可进行超精密步进式旋转运动和直线移动。其特征在于：所述的定子柔性铰链(8)嵌入上、中、下三层自定心三爪压电箍位机构、旋转驱动机构和直线驱动机构，可进行精密箍位、旋转和直线驱动。

所述的上、中、下三层自定心三爪压电箍位机构完全相同，各层箍位机构均为三组，呈三角对称布置，分别由上层、中层、下层箍位压电叠堆(7、19、17)、上层、中层、下层楔形块对(6、18、16)和上层、中层、下层紧固螺钉(9、10、11)相应装配组成。

所述的旋转驱动机构为三组，呈三角对称式布置，分别由旋转驱动压电叠堆(4)和旋转支撑块(5)相应装配组成。

所述的直线驱动机构为三组，呈三角对称式布置，分别由直线驱动压电叠堆(12)、底层楔形块对(13)和底层紧固螺钉(14)相应装配组成。

所述的转子(15)为可变式接口设计，通过连接螺钉(1)与精密微夹持单元连接。

所述的精密微夹持单元，主要由微夹持压电叠堆(2)、微夹持柔性机械手(3)和预紧螺钉(20)构成。