一种可调恒力微夹钳

1.本发明涉及微纳米操作相关领域，尤其涉及一种可调恒力微夹钳。


背景技术：

2.随着微机电技术(mems)、精密制造和装配技术等领域的不断发展，追求良好的装配质量与装配效率成为了必然的技术要求。微夹钳作为微纳米定位操作技术与装配中的一部分，是器械组装过程中不可或缺的重要设施，能够很好地实现微装配任务要求的抓取、释放等操作。如今已广泛应用于机器人、微机电系统、医疗康复器械以及航空航天及民用等重要领域。
3.由于微夹钳研究对象为微小物体，因此夹持精度成为了主要考虑性能之一。而为避免夹持过程中在成的力不均匀损害被夹持物体，还需要很好的平衡力与位移之间的关系。
4.但在实现本技术实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：
5.现有技术中存在微夹钳的夹持精度不高，不能进行恒力输出夹持的技术问题。


技术实现要素：

6.本技术通过提供一种可调恒力微夹钳，解决了现有技术中存在微夹钳的夹持精度不高，不能进行恒力输出夹持的技术问题，达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
7.鉴于上述问题，本技术提供一种可调恒力微夹钳。
8.本技术提供了一种可调恒力微夹钳，所述可调恒力微夹钳包括：基座，所述基座用于固定所述可调恒力微夹钳；驱动机构，所述驱动机构设置在所述基座上，用于为所述可调恒力微夹钳提供动力；动夹钳机构，所述动夹钳机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述动夹钳机构运动提供动力，所述动夹钳机构还包括：第一刚度机构，所述第一刚度机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述第一刚度机构提供动力；第二刚度机构，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构并列连接，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构在运动过程中产生的位移相同；静夹钳机构，所述静夹钳机构与所述基座固定连接，用于辅助支撑所述动夹钳机构完成夹持抓取动作，并进行夹取过程作用力反馈。
9.优选的，所述驱动机构还包括：第一驱动机构，所述第一驱动机构第一端与所述基座固定连接，可进行所述可调恒力微夹钳的力调节，所述第一驱动机构还包括：第一驱动件，所述第一驱动件用于提供动力；第一放大件，所述第一放大件的输入端与所述第一驱动件固定连接，所述第一驱动件通过所述第一放大件，将动力放大后从所述第一放大件的输出端输出；第二驱动机构，所述第二驱动机构设置在所述基座上，且所述第二驱动机构的第一端与所述第一驱动机构的第二端连接，所述第二驱动机构的第二端通过第一连接件与所
述第一刚度机构连接，用于进行所述第一刚度机构、所述第二刚度机构的恒力区间预加载，所述第二驱动机构还用于将所述第一驱动机构提供的驱动力传导至所述动夹钳机构。
10.优选的，所述第一放大件还包括：输入质量块，所述输入质量块与所述第一驱动件连接，作为驱动输入端；放大质量块，所述放大质量块通过第二连接件与所述输入质量块连接，用于将输入至所述输入质量块的力放大；输出质量块，所述输出质量块的一端与所述放大质量块连接，另一端与第二驱动机构连接，用于将放大的力输出至所述第二驱动机构。
11.优选的，所述第一刚度机构还包括：第一结构，所述第一结构包括：第一板簧；第一质量块，所述第一质量块与所述第一板簧固定连接；第二板簧，所述第二板簧的第一端与所述第一质量块固定连接；第二质量块，所述第二质量块与所述第二板簧的第二端固定连接；第三板簧，所述第三板簧与所述第二质量块固定连接，且所述第一板簧、所述第二板簧、所述第三板簧平行设置；第二结构，所述第二结构与所述第一结构互为对称结构。
12.优选的，所述第二刚度机构还包括：第一倾斜板簧，所述第一倾斜板簧具有第一倾角，且所述第一倾角的方向为所述第一刚度机构的方向；第二倾斜板簧，所述第二倾斜板簧与所述第一倾斜板簧互为对称结构。
13.优选的，所述动夹钳机构还包括：第一夹持机构，所述第一夹持机构为弯曲钳臂，与所述第二刚度机构的输出端连接，用于与所述静夹钳机构相互配合夹持物体。
14.优选的，所述第二驱动机构与所述第一驱动机构的结构相同。
15.优选的，所述基座分布有n个固定孔，通过所述n个固定孔可进行所述基座的固定。
16.优选的，所述可调恒力微夹钳为一体结构。
17.本技术中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
18.本技术提供了一种可调恒力微夹钳，所述可调恒力微夹钳包括：基座，所述基座用于固定所述可调恒力微夹钳；驱动机构，所述驱动机构设置在所述基座上，用于为所述可调恒力微夹钳提供动力；动夹钳机构，所述动夹钳机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述动夹钳机构运动提供动力，所述动夹钳机构还包括：第一刚度机构，所述第一刚度机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述第一刚度机构提供动力；第二刚度机构，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构并列连接，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构在运动过程中产生的位移相同；静夹钳机构，所述静夹钳机构与所述基座固定连接，用于辅助支撑所述动夹钳机构完成夹持抓取动作，并进行夹取过程作用力反馈，当动夹钳机构和静夹钳机构开始工作夹持物体时，随着位移推进一定程度，恒力将会产生，在此区间被夹持物体所受夹持力保持不变，达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为本技术实施例一种可调恒力微夹钳的总体结构示意图；
21.图2为本技术实施例一种可调恒力微夹钳的驱动机构的局部结构示意图；
22.图3为本技术实施例一种可调恒力微夹钳的动夹钳机构局部结构示意图；
23.附图标记说明：基座1，驱动机构2，第一驱动机构21，第一驱动件211，第一放大件212，输入质量块2121，放大质量块2122，输出质量块2123，第二驱动机构22，动夹钳机构3，第一刚度机构31，第一结构311，第一板簧3111，第一质量块3112，第二板簧3113，第二质量快3114，第三板簧3115，第二结构312，第一夹持机构33，第二刚度机构32，第一倾斜板簧321，第二倾斜板簧322，静夹钳机构4。
具体实施方式
24.为使本技术的上述目的、特征、优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本技术的具体的实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多细节以便于充分理解本技术。但是本技术能够以很多的不同于在此描述的其他方式予以实施，本领域技术人员可以在不违背本技术内涵的情况下做类似改进，因此本技术不受下面公开的具体实施例的限制。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示唯一的实施方式。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术实施例的说明书中使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本技术实施例。本文中所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.技术构思
28.本技术提供了一种可调恒力微夹钳，解决了现有技术中存在微夹钳的夹持精度不高，不能进行恒力输出夹持的技术问题，达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
29.本技术中的技术方案，总体结构如下：一种可调恒力微夹钳，所述可调恒力微夹钳包括：基座，所述基座用于固定所述可调恒力微夹钳；驱动机构，所述驱动机构设置在所述基座上，用于为所述可调恒力微夹钳提供动力；动夹钳机构，所述动夹钳机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述动夹钳机构运动提供动力，所述动夹钳机构还包括：第一刚度机构，所述第一刚度机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述第一刚度机构提供动力；第二刚度机构，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构并列连接，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构在运动过程中产生的位移相同；静夹钳机构，所述静夹钳机构与所述基座固定连接，用于辅助支撑所述动夹钳机构完成夹持抓取动作，并进行夹取过程作用力反馈。达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
30.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.实施例1
32.本技术提供了一种可调恒力微夹钳，如图1所示，所述可调恒力微夹钳包括：基座1，所述基座1用于固定所述可调恒力微夹钳；驱动机构2，所述驱动机构2设置在所述基座1上，用于为所述可调恒力微夹钳提供动力；动夹钳机构3，所述动夹钳机构3设置在所述基座1上，与所述驱动机构2固定连接，所述驱动机构2可为所述动夹钳机构3运动提供动力，所述动夹钳机构3还包括：第一刚度机构31，所述第一刚度机构31设置在所述基座1上，与所述驱动机构2固定连接，所述驱动机构2可为所述第一刚度机构31提供动力；第二刚度机构32，所述第二刚度机构32与所述第一刚度机构31并列连接，所述第二刚度机构32与所述第一刚度机构31在运动过程中产生的位移相同；静夹钳机构4，所述静夹钳机构4与所述基座1固定连接，用于辅助支撑所述动夹钳机3构完成夹持抓取动作，并进行夹取过程作用力反馈。
33.具体而言，所述基座1为起固定作用，可进行整体机构有效串联的底座，所述基座1优选设计为方形结构，且所述基座1具有多个固定螺纹孔，可以将所述可调恒力微夹钳整体结构连接微定位平台等微机电系统并较好的固定，防止震荡等发生位移的偏移等。所述驱动机构2为提供所述可调恒力微夹钳动力的部分，优选包括一组桥式放大机构及其中心包裹的压电陶瓷驱动器，所述驱动机构2优选包括两个驱动机构，一个为主驱动机构，一个为调节机构，其中所述主驱动机构与所述调节机构都是由一组桥式放大机构及其中心包裹的压电陶瓷驱动器组成，且所述主驱动机构与所述调节机构均为自身对称的结构，所述主驱动机构通过连接件与调节机构相连，完成对微夹钳机构的力输入。所述调节机构通过连接件与第一刚度机构31相连，在主驱动机构驱动力输入之前，通过启动调节机构并输出调节驱动力，对与其相连的第一刚度机构31进行调节，控制输入调节力的大小，能完成第一刚度机构31、第二刚度机构32对恒力区间的预加载，亦或是调节恒力大小及其恒力区间持续时间与范围。所述动夹钳机构3为设置在所述基座1上的，可进行运动，配合静夹钳机构4进行恒力抓取的结构，它包括第一刚度机构31、第二刚度机构32，其中，所述第一刚度机构31为正刚度机构，所述第一刚度机构31呈“z”字型，关于中间对称，包含三根平行的长短不一的板簧以及板簧之间连接的两个质量块，它的一端连结所述调节机构，用于反馈预加载位移及主驱动输入，另一端与第二刚度机构32共同连接在输出刚体块上；所述第二刚度机构32为负刚度机构，它包括两根对称的倾斜板簧，在初始时存在一定的倾角，朝向第一刚度机构31方向倾斜，为双稳态梁，存在两个稳态点。第二刚度机构32与第一刚度机构31并联，产生相同的位移，当随着位移的增加，正刚度与负刚度表现为大小相等，方向相反时，就会形成零刚度，产生相应的恒力区间。静夹钳机构4为一根刚性直梁，从第一刚度机构31、第二刚度机构32引出，作为所述可调恒力微夹钳的从动钳，在动夹钳机构3开始夹持动作时，提供夹持空间并辅助支撑动夹钳机构3完成夹持或抓取动作。在夹持动作发生时，静夹钳机构4能将反作用力反馈给动夹钳机构3，由此判断夹取力的程度以及明确是否已达到恒力区间，达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
34.优选的，如图2所示，所述驱动机构2还包括：第一驱动机构21，所述第一驱动机构21第一端与所述基座1固定连接，可进行所述可调恒力微夹钳的力调节，所述第一驱动机构21还包括：第一驱动件211，所述第一驱动件211用于提供动力；第一放大件212，所述第一放大件212的输入端与所述第一驱动件211固定连接，所述第一驱动件211通过所述第一放大件212，将动力放大后从所述第一放大件212的输出端输出；第二驱动机构22，所述第二驱动机构22设置在所述基座1上，且所述第二驱动机构22的第一端与所述第一驱动机构21的第
二端连接，所述第二驱动机构22的第二端通过第一连接件与所述第一刚度机构31连接，用于进行所述第一刚度机构31、所述第二刚度机构32的恒力区间预加载，所述第二驱动机构22还用于将所述第一驱动机构21提供的驱动力传导至所述动夹钳机构3。
35.优选的，所述第一放大件212还包括：输入质量块2121，所述输入质量块2121与所述第一驱动件211连接，作为驱动输入端；放大质量块2122，所述放大质量块2122通过第二连接件与所述输入质量块2121连接，用于将输入至所述输入质量块2121的力放大；输出质量块2123，所述输出质量块2123的一端与所述放大质量块2122连接，另一端与第二驱动机构22连接，用于将放大的力输出至所述第二驱动机构22。
36.优选的，所述第二驱动机构与所述第一驱动机构的结构相同。
37.具体而言，所述驱动机构2由两部分组成，即第一驱动机构21、第二驱动机构22，其中，所述第一驱动机构21为主驱动机构，是进行恒力微夹钳夹持的主要力的输入机构；所述第二驱动机构22为调节机构，在所述第一驱动机构21驱动力输入之前，通过启动所述第二驱动机构22并输出调节驱动力，对与其相连的第一刚度机构31进行调节，控制输入调节力的大小，能完成第一刚度机构31、第二刚度机构32对恒力区间的预加载，亦或是调节恒力大小及其恒力区间持续时间与范围。
38.所述第一驱动机构21一端与所述基座1固定连接，可进行所述可调恒力微夹钳的力调节，所述第一驱动机构21还包括：第一驱动件211，所述第一驱动件211为压电陶瓷驱动器，用于提供动力；第一放大件212，所述第一放大件212为桥式放大机构，它的输入端与所述第一驱动件211固定连接，所述第一驱动件211通过所述第一放大件212，将动力放大后从所述第一放大件212的输出端输出。
39.进一步的，所述第一放大件212还包括：输入质量块2121，所述输入质量块2121为对称的呈“t”型的质量块，它与所述第一驱动件211连接，作为驱动输入端；放大质量块2122，所述放大质量块2122通过第二连接件与所述输入质量块2121连接，所述第二连接件优选为两柔性铰链，用于将输入至所述输入质量块2121的力放大；输出质量块2123，所述输出质量块2123的一端与所述放大质量块2122连接，另一端与第二驱动机构22连接，输入端传输的驱动力在两柔性铰链异向拉扯质量块的作用下放大，将放大的传输驱动力通过输出质量块2123输出至所述第二驱动机构22。
40.所述第二驱动机构22结构与所述湖第一驱动机构21相同，用于进行所述第一刚度机构31、所述第二刚度机构32的恒力区间预加载，所述第二驱动机构22还用于将所述第一驱动机构21提供的驱动力传导至所述动夹钳机构3。
41.优选的，如图3所示，所述第一刚度机构31还包括：第一结构311，所述第一结构311包括：第一板簧3111；第一质量块3112，所述第一质量块3112与所述第一板簧3111固定连接；第二板簧3113，所述第二板簧3113的第一端与所述第一质量块3112固定连接；第二质量块3114，所述第二质量块3114与所述第二板簧3113的第二端固定连接；第三板簧3115，所述第三板簧3115与所述第二质量块3114固定连接，且所述第一板簧3111、所述第二板簧3113、所述第三板簧3115平行设置；第二结构312，所述第二结构312与所述第一结构311互为对称结构。
42.优选的，所述第二刚度机构32还包括：第一倾斜板簧321，所述第一倾斜板簧321具有第一倾角，且所述第一倾角的方向为所述第一刚度机构31的方向；第二倾斜板簧322，所
述第二倾斜板簧322与所述第一倾斜板簧321互为对称结构。
43.具体而言，所述第一刚度机构31呈“z”字型，关于中间对称，包括第一结构311和第二结构312，且所述第一结构311和所述第二结构312互为对称结构。所述第一结构311包括第一板簧3111、第二板簧3113、第三板簧3115，且三个板簧相互平行，且长短不一致，所述第一质量块3112和所述第二质量块3114通过三个板簧连接，所述第一刚度机构31的一端连接调节机构，即所述第二驱动机构22，用于反馈预加载位移及主驱动输入，另一端与第二32刚度机构共同连接在输出刚体块上，所述第一刚度机构力位移曲线为线性。
44.进一步的，所述第二刚度机构32包括两根对称的倾斜板簧，即第一倾斜板簧321和第二倾斜板簧322，在初始时存在一定的倾角，朝向所述第一刚度机构31方向倾斜，为双稳态梁，存在两个稳态点。力位移曲线的变化为：随着位移增加，力增加到第一个稳态点，随后力随着位移增加而减少，减少到第二稳态点，随后再随位移增加而增加。第二刚度机构32与第一刚度机构31并联，产生相同的位移，当随着位移的增加，正刚度与负刚度表现为大小相等，方向相反时，就会形成零刚度，产生相应的恒力区间。
45.优选的，所述动夹钳机构3还包括：第一夹持机构33，所述第一夹持机构33为弯曲钳臂，与所述第二刚度机构32的输出端连接，用于与所述静夹钳机构4相互配合夹持物体。
46.优选的，所述基座1分布有n个固定孔，通过所述n个固定孔可进行所述基座1的固定。
47.优选的，所述可调恒力微夹钳为一体结构。
48.具体而言，所述第一夹持机构33为动夹钳，它为与第二刚度机构32输出端相连的“l”型弯曲钳臂，它可以直接主观的体现着力的输出，所述第一夹持机构33无法主动的体现恒力区间，只有当与静夹钳机构4相互配合夹持物体时，施加在物体上的反作用力反馈给夹钳，才能体现为恒力夹持特性。所述基座1分布有n个固定孔，所述固定孔可以是螺纹孔或其他可以进行固定的孔结构，通过螺丝钉将基座1固定安装。所述可调恒力微夹钳为一体结构，非装配所得，通过整体线切割得到所需整体结构。本技术提供的所述可调恒力微夹钳可实现恒力夹持，能有效避免因夹持力过大而损坏夹持物，并合理控制精度，通过正负刚度结合机构作为恒力输出机构，从而代替了一些复杂的高成本控制系统，还可通过调节机构可对恒力进行预加载或大小及持续时间调节。
49.实施例2
50.本技术提供了一种可调恒力微夹钳的抓取方法，其中，所述方法包括：
51.所述可调恒力微夹钳包括与基座相连的静夹钳机构，即固定不动的无力输出的辅助抓取的夹钳结构，将第二驱动机构输出端与动夹钳机构中的第一刚度机构相连。在第二驱动机构后面再重新设立一个第一驱动机构作为整个机构的主驱动，驱动整个系统的位移量。第一刚度机构一端连接第二驱动机构，一端通过刚性块与第二刚度机构相连，正负刚度产生相同的位移，在一定条件下，正负刚度结合产生零刚度，当动静夹钳机构开始工作夹持物体时，随着位移推进一定程度，恒力将会产生，在此区间被夹持物体所受夹持力保持不变，完成恒力抓取。
52.本技术中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
53.本技术提供了一种可调恒力微夹钳，所述可调恒力微夹钳包括：基座，所述基座用于固定所述可调恒力微夹钳；驱动机构，所述驱动机构设置在所述基座上，用于为所述可调
恒力微夹钳提供动力；动夹钳机构，所述动夹钳机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述动夹钳机构运动提供动力，所述动夹钳机构还包括：第一刚度机构，所述第一刚度机构设置在所述基座上，与所述驱动机构固定连接，所述驱动机构可为所述第一刚度机构提供动力；第二刚度机构，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构并列连接，所述第二刚度机构与所述第一刚度机构在运动过程中产生的位移相同；静夹钳机构，所述静夹钳机构与所述基座固定连接，用于辅助支撑所述动夹钳机构完成夹持抓取动作，并进行夹取过程作用力反馈，当动夹钳机构和静夹钳机构开始工作夹持物体时，随着位移推进一定程度，恒力将会产生，在此区间被夹持物体所受夹持力保持不变，达到提高微夹钳夹持过程中的精度，通过恒力输出夹持的技术效果。
54.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
55.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术实施例的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。