專利名稱：一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的微執(zhí)行器類，是一種柔性結(jié)構(gòu)電 熱驅(qū)動鎳微夾鉗。
技術(shù)背景微型夾持系統(tǒng)在MEMS中占有重要地位。微夾鉗作為操作機(jī)構(gòu)與微型零 件之間的接口，直接與被操作物體接觸，在微構(gòu)件的制作，器件集成和裝 配過程中發(fā)揮重要作用。研究和開發(fā)適用于微型零件操作和裝配的微型夾 鉗，是實(shí)現(xiàn)微系統(tǒng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于其重要性及廣泛的應(yīng) 用，近年來它已成為微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。微夾鉗位移放大機(jī)構(gòu)有剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)兩種形式。采用剛性結(jié)構(gòu) 制作的鉗體一般體積較大，制作，裝配比較困難，并且難于實(shí)現(xiàn)微型化。 相對于傳統(tǒng)的剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，柔性結(jié)構(gòu)通過其部分或全部具有柔性的構(gòu)件 的彈性變形來傳遞運(yùn)動、力和能量，具有體積小，重量輕，無磨損和運(yùn)動 間隙，不需潤滑及裝配等優(yōu)點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)及驅(qū)動單元的集成。 現(xiàn)有的柔性微夾鉗在設(shè)計(jì)時多采用一些功能材料，如壓電材料、形狀記憶 合金、磁致伸縮材料等。驅(qū)動方式也多種多樣，如靜電驅(qū)動、壓電驅(qū)動、 電磁驅(qū)動、電熱驅(qū)動等。電熱驅(qū)動方式與其他驅(qū)動方式相比，具有驅(qū)動電 壓低、結(jié)構(gòu)簡單、輸出力和輸出變形大、與制造工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)。電熱驅(qū)動的柔性微夾鉗結(jié)構(gòu)類型多種多樣，輸出效果也不盡相同。 Young Seek 0h等人在國際學(xué)術(shù)會議(2003 ASME International Mechanical Engineering Congress)上發(fā)表了用拓補(bǔ)優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的電熱驅(qū)動微夾鉗，其驅(qū)動器同本發(fā)明相同均為V形梁陣列，但鉗體結(jié)構(gòu)完全不同，因而輸出效果也不同。且該文獻(xiàn)中提到的微夾鉗鉗口位移較小，約為10pm，鉗體結(jié) 構(gòu)剛度較小，在夾持物體時容易產(chǎn)生變形。與本人己申請的兩種柔性結(jié)構(gòu) 微夾鉗(專利號:200410020675.9， 200410050254.0)相比，i亥發(fā)明結(jié)構(gòu)類 型獨(dú)特新穎，具有更大的輸出位移，材料為金屬鎳，響應(yīng)速度快。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)類型新穎，放大倍數(shù)高，輸出位移大， 響應(yīng)速度快，控制簡單，便于集成的柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，其特征是驅(qū)動部分和位移放大部分通過驅(qū)動位移桿16連接為一個整體結(jié)構(gòu)；驅(qū)動部分為V形梁陣列l(wèi)，由驅(qū)動固定桿4a和4b固定；位移放大部分為集中式柔性結(jié) 構(gòu)，由鉗體固定桿5a和(5b)固定；電極2a和2b位于固定桿4a和4b的 表面上。整個鉗體為十桿機(jī)構(gòu)，通過柔性鉸鏈鉸接，其機(jī)構(gòu)原理簡圖如附圖2 所示；鉗臂搖桿14a和14b的上端是夾持端15a和15b，下端通過柔性鉸鏈 12a和12b及13a和13b分別與搖桿8a和8b及l(fā)la和lib的上端鉸接；搖 桿8a和8b中部通過柔性鉸鏈7a和7b與鉗體固定桿5a和5b鉸接，下端 通過柔性鉸鏈9a和9b與搖桿6a和6b中部鉸接；搖桿6a和6b上端通過 柔性鉸鏈10a和10b與搖桿lla和lib下端鉸接，下端通過柔性鉸鏈3a和 3b與驅(qū)動位移桿16上端鉸接。柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗V形梁陣列的"V"字開口方向是能夠改變 的，并且陣列中梁的數(shù)目能夠從一到多改變。當(dāng)V形梁陣列的方向?yàn)榈?V"字形時，夾持端實(shí)現(xiàn)的是張開的動作，夾持端的初始距離L可以為零；當(dāng)V 形梁陣列的方向?yàn)檎?V"字形時，夾持端實(shí)現(xiàn)的是閉合的動作，夾持端的 初始距離L不能為零。柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗的柔性鉸鏈7a和柔性鉸鏈7b在搖桿8a和 搖桿8b上的位置能夠任意改變，柔性鉸鏈9a和柔性鉸鏈9b在搖桿6a和 搖桿6b上的位置也能夠任意改變；鉗體固頂端5a和5b與V形梁陣列固定 端4a和4b能夠相連也能夠分離。本發(fā)明的效果和益處是該柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗驅(qū)動部分和位移 放大部分為一整體結(jié)構(gòu)，整個鉗體為十桿機(jī)構(gòu)，通過柔性鉸鏈鉸接，其材 料為金屬鎳，采用UV-LIGA工藝制成。結(jié)構(gòu)類型獨(dú)特新穎，放大倍數(shù)高， 輸出位移大，響應(yīng)速度快，控制簡單，便于集成，適用于對微小零件進(jìn)行 微操作或微裝配等。


圖1是柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1V形梁陣列；2a、 2b電極；3a、 3b柔性鉸鏈；4a、 4b驅(qū)動固 定桿；5a、 5b鉗體固定桿；6a、 6b搖桿；7a、 7b柔性鉸鏈；8a、 8b搖桿； 9a、 9b柔性鉸鏈;10a、 10b柔性鉸鏈;lla、 lib搖桿;12a、 12b柔性鉸 鏈；13a、 13b柔性鉸鏈；14a、 14b鉗臂搖桿；15a、 15b夾持端；16驅(qū)動 位移桿。圖2是微夾鉗鉗體結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理簡圖。圖中3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10是搖桿；1是驅(qū)動位移桿。圖3是采用正V形梁陣列的微夾鉗結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是柔性鉸鏈7a、 7b位于搖桿8a、 8b另一位置時的微夾鉗結(jié)構(gòu)示 意圖。
圖5是驅(qū)動固定桿4a、 4b和鉗體固定桿5a、 5b分離時的微夾鉗結(jié)構(gòu) 示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。 如附圖1所示，在電極2a和2b之間加上合適的電壓后，V形梁陣列l(wèi) 中有電流通過，因高阻產(chǎn)生熱，使V形梁膨脹伸長，推動驅(qū)動位移桿16產(chǎn) 生一個向上的力和運(yùn)動。此力和運(yùn)動通過柔性鉸鏈3a、 3b使搖桿6a產(chǎn)生 逆時針轉(zhuǎn)動，搖桿6b產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動。搖桿6a通過柔性鉸鏈9a和10a使 搖桿8a和lla分別產(chǎn)生逆時針和順時針轉(zhuǎn)動；搖桿6b通過柔性鉸鏈9b和 10b使搖桿8b和lib分別產(chǎn)生順時針和逆時針轉(zhuǎn)動。搖桿8a和lla分別通 過柔性鉸鏈12a和13a將力和運(yùn)動傳遞給鉗臂搖桿14a，使之產(chǎn)生逆時針轉(zhuǎn) 動；搖桿8b和lib分別通過柔性鉸鏈12b和13b將力和運(yùn)動傳遞給鉗臂搖 桿14b，使之產(chǎn)生順時針轉(zhuǎn)動。此時夾持端15a、 15b張開。通過改變施加 在電極2a和2b之間電壓的大小，能夠控制夾持端L的大小。當(dāng)采用正V 形梁陣列時，夾持端15a、 15b實(shí)現(xiàn)的是閉合動作。如附圖3所示。
權(quán)利要求
1. 一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，其特征是驅(qū)動部分和位移放大部分通過驅(qū)動位移桿(16)連接為一個整體結(jié)構(gòu)；驅(qū)動部分為V形梁陣列(1)，由驅(qū)動固定桿(4a)和(4b)固定；位移放大部分為集中式柔性結(jié)構(gòu)，由鉗體固定桿(5a)和(5b)固定；電極(2a)和(2b)位于固定桿(4a)和(4b)的表面上。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l中所述的一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，其特征是 整個鉗體為十桿機(jī)構(gòu)，通過柔性鉸鏈鉸接；鉗臂搖桿(14a)和(14b)的上 端是夾持端(15a)和(15b);下端通過柔性鉸鏈(12a)和(12b)及(13a) 和(13b)分別與搖桿(8a)和(8b)及(lla)和(lib)的上端鉸接；搖桿(8a)和(8b)中部通過柔性鉸鏈(7a)和(7b)與鉗體固定桿(5a)和(5b) 鉸接，下端通過柔性鉸鏈(9a)和(9b)與搖桿(6a)和(6b)中部鉸接； 搖桿(6a)和(6b)上端通過柔性鉸鏈(10a)和(10b)與搖桿(lla)和(lib) 下端鉸接，下端通過柔性鉸鏈(3a)和(3b)與驅(qū)動位移桿(16)上端鉸接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，其特 征是V形梁陣列的"V"字開口方向是能夠改變的，并且陣列中梁的數(shù)目能夠 從一到多改變；當(dāng)V形梁陣列的方向?yàn)榈?V"字形時，夾持端實(shí)現(xiàn)的是張開 的動作，夾持端的初始距離L可以為零；當(dāng)V形梁陣列的方向?yàn)檎?V"字形 時，夾持端實(shí)現(xiàn)的是閉合的動作，夾持端的初始距離L不能為零。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2中所述的一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，其特 征是柔性鉸鏈(7a)和柔性鉸鏈(7b)在搖桿(8a)和搖桿(8b)上的位置 能夠任意改變，柔性鉸鏈(9a)和柔性鉸鏈(9b)在搖桿(6a)和搖桿(6b) 上的位置也能夠任意改變；鉗體固頂端(5a)和(5b)與V形梁陣列固定端(4a)和(4b)能夠相連也能夠分離。
全文摘要
一種柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗，屬于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域中的微執(zhí)行器類。其特征是驅(qū)動部分和位移放大部分通過驅(qū)動位移桿連接為一個整體結(jié)構(gòu)，驅(qū)動部分為V形梁陣列，位移放大部分為集中式柔性結(jié)構(gòu)，整個鉗體為十桿機(jī)構(gòu)，通過柔性鉸鏈鉸接。其材料為金屬鎳，采用UV-LIGA工藝制成。本發(fā)明的效果和益處是該柔性結(jié)構(gòu)電熱驅(qū)動鎳微夾鉗結(jié)構(gòu)類型獨(dú)特新穎，放大倍數(shù)高，輸出位移大，響應(yīng)速度快，控制簡單，便于集成，適用于對微小零件進(jìn)行微操作或微裝配等。
文檔編號B25J7/00GK101269489SQ200810011180
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者帥 劉, 孫建偉, 然 張, 曹建玉, 褚金奎 申請人:大連理工大學(xué)