用于精密装配的压电驱动微夹持钳及夹持零件的方法

摘要

本发明公开了一种用于精密装配的具备夹持力感知功能的压电驱动微夹持钳及使用所述微夹持钳夹持零件的方法。本发明通过控制压电陶瓷驱动电压实现微夹持钳精确运动控制，实现跨尺度(0.1μm～6mm)异形零件的无损夹持。夹持过程中显微视觉摄像头安装在微夹持钳上方，根据被夹持零件尺寸选择合适的夹持头，当夹持钳和零件未接触时依据显微视觉图像控制夹持钳头靠近零件；当夹持钳和零件接触后通过微力传感器感知夹持力，根据反馈力信号控制微夹持钳运动。本发明能够提高微夹持钳的准确性和可靠性，能够实现零件的无损夹持，以满足精密装配的需求。

主权项

一种用于精密装配的压电驱动微夹持钳，其特征在于，该微夹持钳包括：第一可拆装夹持头(1)、第二可拆装夹持头(18)，第一压电应变片(2)、第二压电应变片(17)，柔顺夹持机构(3)，上固定盖(6)，压电陶瓷驱动器(8)，预紧块(10)，顶头(14)和微夹持钳底座(12)；第一可拆装夹持头(1)、第二可拆装夹持头(18)套装在柔顺夹持机构(3)的夹持部位；柔顺夹持机构(3)通过第一螺钉(4)、第二螺钉(5)、第三螺钉(15)和第四螺钉(16)与微夹持钳底座(12)连接；微夹持钳底座(12)固定在电动或手动平台上，以使微夹持钳自动化或者半自动化运动；第一压电应变片(2)、第二压电应变片(17)粘贴在柔顺夹持机构(3)变形量最大的柔性铰链处；所述压电陶瓷驱动器(8)外形为圆柱，一端插入微夹持钳底座(12)上的圆孔，另一端和顶头(14)相接触；上固定盖(6)压在压电陶瓷驱动器(8)上，并通过第五螺钉(7)和第六螺钉(13)和微夹持钳底座(12)相连；上固定盖(6)和压电陶瓷驱动器(8)接触部位设计成圆弧状，使得压电陶瓷驱动器(8)只可沿轴向方向推动顶头(14)运动；顶头(14)放置在微夹持钳底座(12)上的半圆形槽中，一端和柔顺夹持机构(3)相接触，另一端和压电陶瓷驱动器(8)接触；预紧块(10)通过第七螺钉(9)和第八螺钉(11)与微夹持钳底座(12)连接，为压电陶瓷驱动器(8)提供预紧力；所述柔顺夹持机构(3)将压电陶瓷驱动器(8)沿轴向方向的运动转换为第一可拆装夹持头(1)和第二可拆装夹持头(18)之间的夹持运动，所述柔顺夹持机构(3)采用二级柔性铰链杠杆和平行四杆相结合的结构，二级柔性铰链杠杆结构将压电陶瓷驱动器(8)的输入二级放大，其中一级放大的输入为压电陶瓷驱动器(8)沿力方向的输入位移Δy₀，二级放大的输出为第一可拆装夹持头(1)和第二可拆装夹持头(18)的输出位移Δx，平行四杆结构用于限制二级柔性铰链杠杆结构绕某点旋转，实现第一可拆装夹持头(1)和第二可拆装夹持头(18)平行夹持零件，其中：$\mathrm{\Delta x}=(l_6+l_7)\cos [\arctan \left(\frac{y_{o^{\prime }}-l_3-l_2\frac{{\mathrm{\Delta y}}_0}{l_1}}{x_{o^{\prime }}-l_2-l_4}\right)+\arctan \frac{l_5}{l_6}],$其中，(x_O'，y_O')为支撑点O'的坐标，l₁为外力作用点A与支撑点O'之间的长度，l₂为支撑点O'与第一中间点B之间的长度，l₃为第一中间点B与第二中间点C之间的长度，l₄为第二中间点C与第三中间点D之间的长度，l₅为第三中间点D与第四中间点E之间的垂直长度，l₆为第四中间点E与所述柔顺夹持机构(3)所在坐标系原点O之间的长度，l₇为第四中间点E与第五中间点F之间的长度。