并联三钳指柔性压电微夹钳的设计与分析*

蔡永根， 沈忠良， 肖国华， 杨少增， 崔玉国

(1.浙江工商职业技术学院 机电工程学院，浙江 宁波 315012；2.宁波大学 机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211)

0 引 言

微夹钳作为微操作系统的末端执行机构，用于目标微物体的搬运、操作等，其性能的好坏直接决定系统的精确与否[1,2]。将压电执行器作为微夹钳的驱动器的研究较为广泛，而此类结构可分为压电悬臂梁式与柔性结构放大式。柔性结构放大式微夹钳具有输出位移与输出力大，结构多变等特点，使此类微夹钳结构的研究成为持续的热点[3]。

重庆大学机械学院纪久祥[4]设计的柔性结构驱动微夹钳，该微夹持器有两个钳指，输入位移经柔性铰链机构放大后，可使输入位移放大5.8倍，钳指最大输出位移为91.5 μm，可操作微物体的尺寸范围为317～500 μm。澳大利亚莫纳什大学Zubir M N M[5,6]设计的柔性铰链放大式二钳指微夹钳；压电执行器产生微位移，驱动左边杠杆偏转，使左钳指平行移动，同时右边杠杆在压电执行器驱动下带动右钳指移动，从而使微夹钳产生夹持操作。钳指最大运动位移可到达100 μm，最大夹持力可达到10 mN。新加坡南洋理工大学Nah S K等人[7]设计的柔性铰链式压电微夹钳，整体尺寸为36 mm×30 mm×3 mm，在100 V驱动电压作用下，经柔性铰链放大后的钳指输出位移为170 μm。吉首大学伍威等人[8]设计的空间型微夹持器具有4个钳指，钳指最大输出位移与放大倍率的理论值分别为3.817 mm和47.722，仿真值为3.702 mm和46.284，解析值与仿真值具有良好的一致性。重庆大学林超等人[9,10]设计了一种可三级放大输出位移的微夹钳，具有大位移、低耦合等特点，其固有频率为223H，位移放大倍数可实现19.7，在750 μm的行程下，其耦合位移仅为2.625 μm。……