基于柔性机构的大位移压电驱动非对称微夹钳设计

李 静

(河南工学院 电子信息工程学院,河南 新乡 453000)

0 引 言

微操作技术作为前沿科技的一项关键技术,在微机电系统(MEMS)、精密工程、光纤对接、生物工程等领域受到广泛关注[1]。微夹钳作为微操作的末端执行器,主要由驱动机构、位移传递机构、执行机构[2]构成。应用于微夹钳的常见驱动方式有压电驱动、静电驱动、电热驱动、记忆合金驱动、电热驱动等[3],相比于其他驱动方式,压电驱动具有响应速度快、灵敏度高、输出力大的优点[4]。现今,微夹钳的主要研究方向为提高夹持精度、扩大夹持行程[5]。

一方面,平行夹持作为提高夹持精度主要途径,平行夹持可以夹持不同形状的不规则物体；相比于角夹持,平行夹持可以避免对薄壁物体造成应力集中；另一方面,非对称微夹钳相对于对称微夹钳夹持力的力学精度更容易控制。传统的刚性机构由于其构件间摩擦、装配间隙等问题,很难实现高精度操作,不符合微夹钳设计要求,柔性机构具有无摩擦、免装配的优点,符合产品需求,广泛应用于微操作领域。

扩大夹持行程主要通过位移放大机构完成。目前常见的放大机构有杠杆放大机构[6]、平行四杆机构[7]、菱形放大机构[8]、桥式放大机构[9]。单级放大机构扩大行程有限,大位移高倍数位移放大主要通过多级放大机构完成；文献[10]采用单级放大原理,理论放大比为4倍,且不能平行夹持；文献[11]采用单级放大原理,实际夹持行程为190 μm,放大比为9.5倍；文献[12]采用二级放大原理,实际夹持行程为320 μm,放大比为16倍；……