專利名稱：電磁驅(qū)動式微夾持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
“電磁驅(qū)動式微夾持裝置”是一種用于夾持微小機械零件并帶動其移動和裝配的機械裝置，該裝置通過電磁驅(qū)動的方式來實現(xiàn)夾持臂的張合，能夠保證對被夾持物的夾持力和位移張合量足夠大，并且響應(yīng)速度快。該裝置固定在四維移動平臺上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動平臺的移動從而帶動微夾持裝置整體實現(xiàn)精確移動。
背景技術(shù)：
隨著微細加工技術(shù)、微電子技術(shù)等的發(fā)展，微小型零件的尺寸越來越小，為了使被夾持物不至于有較大的變形和損壞，對微小型零件的操作提出了越來越高的要求。微夾持裝置的合理設(shè)計和制造是實現(xiàn)微小型零件操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。微夾持裝置作為一種典型的微執(zhí)行機構(gòu)，不僅可成為微機器人的手爪，而且在微機械零件的加工、裝配、生物醫(yī)學(xué)工程和光學(xué)等領(lǐng)域均有很好的應(yīng)用前景。微夾持裝置大致可分為機械式和吸附式兩大類。根據(jù)所產(chǎn)生驅(qū)動力的原理，可將機械式微夾持裝置分為形狀記憶合金驅(qū)動微型夾鉗、壓電陶瓷驅(qū)動微型夾鉗、靜電力驅(qū)動微型夾鉗、電磁力驅(qū)動微型夾鉗等；吸附式微型夾持器利用真空、液體等所產(chǎn)生的吸附力來抓取微型零件，它對所操作零件的形狀、材質(zhì)有嚴格的要求，主要包括真空吸附、液體吸附、靜電吸附等方式。本發(fā)明“電磁驅(qū)動式微夾持裝置”固定在四維移動平臺上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動平臺的移動從而帶動微夾持裝置整體精確移動，夾持臂位移張合量較大、響應(yīng)速度快、控制簡單、承載能力大，適用于對微小零件的精確移動和裝配，且被夾持物不會變形或損壞，夾持臂與被夾持物不產(chǎn)生粘著。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種電磁驅(qū)動式微夾持裝置，本裝置屬于采用電磁力驅(qū)動的機械式微夾持裝置?，F(xiàn)有的多種微夾持裝置，如靜電式微夾持裝置，易于實現(xiàn)小型化和微型化，但是難以實現(xiàn)較大力的輸出，且位移輸出也較?。粔弘娞沾墒轿A持裝置，它的分辨率高、無摩擦磨損、功耗低，但是壓電材料產(chǎn)生的位移小，而且由于壓電陶瓷本身的遲滯特性，難以對高精度進行控制；形狀記憶合金微夾持裝置，由形狀記憶合金功能材料制作，經(jīng)過一定的熱處理和記憶訓(xùn)練后，對原有的形狀具有記憶能力，利用這種記憶功能實現(xiàn)夾取、釋放等功能，但它同樣存在輸出的夾持力和位移張合量較小的弊端，且控制繁瑣、工藝復(fù)雜。本發(fā)明提出的采用電磁力驅(qū)動的電磁驅(qū)動式微夾持裝置，其目的在于克服現(xiàn)有微夾持裝置位移張合量較小、動作響應(yīng)慢、夾持力不足及控制過于復(fù)雜等不足，這種微夾持裝置的位移張合量和夾持力較大，易于控制，動作響應(yīng)快，工藝簡單。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。電磁驅(qū)動式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動力組件。固定組件包括上鉗臂固定座2、下鉗臂固定座6、底座4、固定插針8和電磁線圈底座9，上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6通過固定插針8固定在底座4上，電磁線圈底座9固定在底座4上；夾持鉗臂組件包括上鉗臂I和下鉗臂7 ；磁驅(qū)動力組件包括三個相同的電磁線圈5和與電磁線圈5相對應(yīng)的三個銜鐵3，電磁線圈5固定在電磁線圈底座9上，通過對三個電磁線圈5通電共同吸引三個銜鐵3產(chǎn)生驅(qū)動力。上鉗臂I的銜鐵固定部分17呈十字型，焊接有三個相同的銜鐵3，可以通過三個電磁線圈5同時施加電磁力，從而加大驅(qū)動力。所述的固定組件包括上鉗臂固定座2、下鉗臂固定座6、底座4、固定插針8和電磁線圈底座9。上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6上都置有焊盤14和第二過孔11。上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6上的焊盤14分別用于焊接上鉗臂I和下鉗臂7。底座4上開有第四過孔13，通過螺釘方式固定到四維移動平臺上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動平臺的移動從而帶動微夾持裝置整體實現(xiàn)精確移動。第二過孔11通過固定插針8將底座4分別與上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6相固定。第三過孔12通過制版時引線與第一過孔10導(dǎo)通，第一過孔10與控制系統(tǒng)部分的電路板連接，進行對電磁線圈5的開斷電控制。所述的夾持鉗臂組件包括上鉗臂I和下鉗臂7，上鉗臂的固定端15焊接到上鉗臂固定座2上，上鉗臂固定端15與銜鐵固定部分17之間設(shè)計有柔性結(jié)構(gòu)16，可以減小磁驅(qū)動力組件吸引鉗臂時的阻力，加大上鉗臂I的彎曲度從而增大夾持力。下鉗臂固定端19焊接到下鉗臂固定座6上。上鉗臂I鉗尖18和下鉗臂7鉗尖20，采用V形結(jié)構(gòu)，可以適當(dāng)增加夾持接觸面積和摩擦力。所述的磁驅(qū)動力組件包括三個電磁線圈5和與電磁線圈5相對應(yīng)的三個銜鐵3，三個電磁線圈5在外部驅(qū)動電路的作用下產(chǎn)生電磁力，共同吸引三個銜鐵3并帶動上鉗臂I向下移動。本發(fā)明可方便加工，微夾持裝置位移張合量和夾持力足夠大、動作響應(yīng)快，控制簡便，產(chǎn)品完整性好，使用壽命較長。


圖1為本發(fā)明微夾持裝置結(jié)構(gòu)的示意2為本發(fā)明微夾持裝置底座的結(jié)構(gòu)3為本發(fā)明微夾持裝置鉗臂固定座的結(jié)構(gòu)4為本發(fā)明微夾持裝置上鉗臂的結(jié)構(gòu)5為本發(fā)明微夾持裝置下鉗臂的結(jié)構(gòu)中:1、上鉗臂；2、上鉗臂固定座；3、銜鐵；4、底座；5、電磁線圈；6、下鉗臂固定座；7、下鉗臂；8、固定插針；9、電磁線圈底座；10、第一過孔；11、第二過孔；12、第三過孔；13、第四過孔；14、焊盤；15、上鉗臂固定端；16、柔性結(jié)構(gòu)；17、銜鐵固定部分；18、上鉗臂鉗尖；19、下鉗臂固定端；20、下鉗臂鉗尖。
具體實施例方式結(jié)合圖1-圖5對本發(fā)明做進一步說明:如圖1所示，電磁驅(qū)動式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動力組件。固定組件包括上鉗臂固定座2、下鉗臂固定座6、底座4、固定插針8和電磁線圈底座9，上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6通過固定插針8固定在底座4上，電磁線圈底座9固定在底座4上；夾持鉗臂組件包括上鉗臂I和下鉗臂7，上鉗臂I和下鉗臂7分別焊在上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6的焊盤14上；磁驅(qū)動力組件包括電磁線圈5和銜鐵3，電磁線圈5固定在電磁線圈底座9上，銜鐵3與上鉗臂I相固定，通過電磁線圈5通電吸引銜鐵3產(chǎn)生驅(qū)動力。固定組件包括上鉗臂固定座2、下鉗臂固定座6、底座4、固定插針8和電磁線圈底座9。上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6采用1.7mm厚的塑鋼玻璃材料制成，長11mm，寬6mm,上面有4個直徑為1.5mm的第二過孔11,同側(cè)過孔間距為2.5mm。上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6可以通過固定插針8與底座4相固定。上鉗臂固定座2和下鉗臂固定座6上均置有焊盤14，用于焊接上下鉗臂。底座4呈T字型，靠近下鉗臂固定座6的一端為前端，采用1.7mm厚的塑鋼玻璃材料，總體長度35mm，寬度30mm。底座4上開有四個直徑為
1.5mm的第四過孔13，通過螺釘方式固定到四維移動平臺上。底座4后端的第二過孔11的直徑為0.8_，通過固定插針8將底座4與上鉗臂固定座2固定。底座4前端的第二過孔11的直徑也為0.8mm,通過固定插針8將底座4與下鉗臂固定座6固定。電磁線圈5固定在電磁線圈底座9上，電磁線圈底座9固定在底座4上。第三過孔12通過制版時引線與第一過孔10導(dǎo)通，第一過孔10與控制系統(tǒng)部分的電路板連接，進行對電磁線圈5的開斷電控制。夾持鉗臂組件包括上鉗臂I和下鉗臂7，鉗臂可采用磷銅片、黃銅片、青銅片等材料制作而成。上鉗臂I呈十字形，總體長40mm,寬25mm,鉗臂寬5mm,厚0.3mm。上鉗臂固定端15與銜鐵固定部分17之間設(shè)計有柔性結(jié)構(gòu)16，可以減小磁驅(qū)動力組件吸引鉗臂時的阻力，加大上鉗臂I的彎曲度從而增大夾持力。上鉗臂I鉗尖18長4mm，錐度為3/40。上鉗臂固定端15焊接到上鉗臂固定座2的焊盤14上。三個銜鐵3的中心分別正對著三個電磁線圈5的中心焊接到上鉗臂I的銜鐵固定部分17部位，銜鐵3與電磁線圈5的距離為0.5mm。下鉗臂7長20mm,寬5mm,厚0.3mm。下鉗臂7鉗尖20長4mm,錐度為3/40。下鉗臂固定端19焊接到下鉗臂固定座6上的焊盤14上。微夾持裝置的電磁線圈通電產(chǎn)生電磁力時，上下鉗臂閉合。磁驅(qū)動力組件包括電磁線圈5和銜鐵3，電磁線圈5選用6腳機械式繼電器改造而成，型號為CHANSIN JRC-21F-12VDC。銜鐵3也為繼電器配套組件。電磁線圈5在外部驅(qū)動電路的作用下通電產(chǎn)生電磁力，吸引銜鐵3并帶動上鉗臂I向下移動，此時上下鉗臂閉合，完成對微小物體的夾持動作。
權(quán)利要求
1.電磁驅(qū)動式微夾持裝置，其特征在于:包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動力組件。固定組件包括上鉗臂固定座(2)、下鉗臂固定座(6)、底座(4)、固定插針(8)和電磁線圈底座(9)，上鉗臂固定座(2)和下鉗臂固定座(6)通過固定插針(8)固定在底座(4)上，電磁線圈底座(9)固定在底座(4)上；夾持鉗臂組件包括上鉗臂(I)和下鉗臂(7);磁驅(qū)動力組件包括三個相同的電磁線圈(5)和與電磁線圈(5)相對應(yīng)的三個銜鐵(3),電磁線圈(5)固定在電磁線圈底座(9)上，通過對三個電磁線圈(5)通電共同吸引三個銜鐵(3)產(chǎn)生驅(qū)動力。上鉗臂(I)的銜鐵固定部分(17)呈十字型，焊接有三個相同的銜鐵(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動式微夾持裝置，其特征在于:所述的固定組件中的上鉗臂固定座(2)和下鉗臂固定座(6)上都置有焊盤(14)和第二過孔(11)。上鉗臂固定座(2)和下鉗臂固定座(6)上的焊盤(14)分別用于焊接上鉗臂(I)和下鉗臂(7)。底座(4)上開有第四過孔(13)，通過螺釘方式固定到四維移動平臺上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動平臺的移動從而帶動微夾持裝置整體實現(xiàn)精確移動。第二過孔(11)通過固定插針(8)將底座(4)分別與上鉗臂固定座(2)和下鉗臂固定座(6)相固定。第三過孔(12)通過制版時引線與第一過孔(10)導(dǎo)通，第一過孔(10)與控制系統(tǒng)部分的電路板連接，進行對電磁線圈(5)的開斷電控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動式微夾持裝置，其特征在于:所述的夾持鉗臂組件中的上鉗臂的固定端(15)焊接到上鉗臂固定座(2)上，上鉗臂固定端(15)與銜鐵固定部分(17)之間設(shè)計有柔性結(jié)構(gòu)(16)。下鉗臂固定端(19)焊接到下鉗臂固定座(6)上。上鉗臂(I)鉗尖(18 )和下鉗臂(7 )鉗尖(20 )均采用V形結(jié)構(gòu)。
全文摘要
電磁驅(qū)動式微夾持裝置是一種用于夾持微小機械零件并帶動其移動和裝配的機械裝置，該裝置通過電磁驅(qū)動的方式來實現(xiàn)夾持臂的張合，能夠保證對被夾持物的夾持力和張合量足夠大，并且響應(yīng)速度快。該裝置固定在四維移動平臺上，通過控制系統(tǒng)控制四維移動平臺的移動從而帶動微夾持裝置整體實現(xiàn)精確移動。電磁驅(qū)動式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動力組件。固定組件包括上鉗臂固定座、下鉗臂固定座、底座、固定插針和電磁線圈底座。夾持鉗臂組件包括上鉗臂和下鉗臂。磁驅(qū)動力組件包括三個電磁線圈和與電磁線圈相對應(yīng)的三個銜鐵。該微夾持裝置的張合量和夾持力較大，易于控制，動作響應(yīng)快，工藝簡單，產(chǎn)品完整性好。
文檔編號B25J7/00GK103203737SQ201310084479
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者王躍宗, 殷文佳, 馬國棟, 張稱稱 申請人:北京工業(yè)大學(xué)