專利名稱：電磁驅(qū)動(dòng)式微夾持裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
“電磁驅(qū)動(dòng)式微夾持裝置”是一種用于夾持微小機(jī)械零件并帶動(dòng)其移動(dòng)和裝配的機(jī)械裝置，該裝置通過電磁驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)夾持臂的張合，能夠保證對(duì)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(dòng)平臺(tái)上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)從而帶動(dòng)微夾持裝置整體實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)。
背景技術(shù)：
隨著微細(xì)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(duì)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(jì)和制造是實(shí)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(jī)構(gòu)，不僅可成為微機(jī)器人的手爪，而且在微機(jī)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(jī)械式和吸附式兩大類。根據(jù)所產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力的原理，可將機(jī)械式微夾持裝置分為形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)微型夾鉗、壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)微型夾鉗、靜電力驅(qū)動(dòng)微型夾鉗、電磁力驅(qū)動(dòng)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(duì)所操作零件的形狀、材質(zhì)有嚴(yán)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(dòng)式微夾持裝置”固定在四維移動(dòng)平臺(tái)上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)從而帶動(dòng)微夾持裝置整體精確移動(dòng)，夾持臂位移張合量較大、響應(yīng)速度快、控制簡(jiǎn)單、承載能力大，適用于對(duì)微小零件的精確移動(dòng)和裝配，且被夾持物不會(huì)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(dòng)式微夾持裝置，本裝置屬于采用電磁力驅(qū)動(dòng)的機(jī)械式微夾持裝置。現(xiàn)有的多種微夾持裝置，如靜電式微夾持裝置，易于實(shí)現(xiàn)小型化和微型化，但是難以實(shí)現(xiàn)較大力的輸出，且位移輸出也較小；壓電陶瓷式微夾持裝置，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(duì)高精度進(jìn)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(duì)原有的形狀具有記憶能力，利用這種記憶功能實(shí)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(dòng)的電磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)作響應(yīng)快，工藝簡(jiǎn)單。為了實(shí)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(dòng)式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)力組件包括三個(gè)相同的電磁線圈5和與電磁線圈5相對(duì)應(yīng)的三個(gè)銜鐵3，電磁線圈5固定在電磁線圈底座9上，通過對(duì)三個(gè)電磁線圈5通電共同吸引三個(gè)銜鐵3產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。上鉗臂I的銜鐵固定部分17呈十字型，焊接有三個(gè)相同的銜鐵3，可以通過三個(gè)電磁線圈5同時(shí)施加電磁力，從而加大驅(qū)動(dòng)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(dòng)平臺(tái)上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)從而帶動(dòng)微夾持裝置整體實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)。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(shí)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(jìn)行對(duì)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(jì)有柔性結(jié)構(gòu)16，可以減小磁驅(qū)動(dòng)力組件吸引鉗臂時(shí)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(dòng)力組件包括三個(gè)電磁線圈5和與電磁線圈5相對(duì)應(yīng)的三個(gè)銜鐵3，三個(gè)電磁線圈5在外部驅(qū)動(dòng)電路的作用下產(chǎn)生電磁力，共同吸引三個(gè)銜鐵3并帶動(dòng)上鉗臂I向下移動(dòng)。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(dòng)作響應(yīng)快，控制簡(jiǎn)便，產(chǎn)品完整性好，使用壽命較長(zhǎng)。


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(shí)施例方式結(jié)合圖1-圖5對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明:如圖1所示，電磁驅(qū)動(dòng)式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)11mm，寬6mm,上面有4個(gè)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(zhǎng)度35mm，寬度30mm。底座4上開有四個(gè)直徑為
1.5mm的第四過孔13，通過螺釘方式固定到四維移動(dòng)平臺(tái)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(shí)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(jìn)行對(duì)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(zhǎng)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(jì)有柔性結(jié)構(gòu)16，可以減小磁驅(qū)動(dòng)力組件吸引鉗臂時(shí)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(zhǎng)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(gè)銜鐵3的中心分別正對(duì)著三個(gè)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(zhǎng)20mm,寬5mm,厚0.3mm。下鉗臂7鉗尖20長(zhǎng)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(shí)，上下鉗臂閉合。磁驅(qū)動(dòng)力組件包括電磁線圈5和銜鐵3，電磁線圈5選用6腳機(jī)械式繼電器改造而成，型號(hào)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(dòng)電路的作用下通電產(chǎn)生電磁力，吸引銜鐵3并帶動(dòng)上鉗臂I向下移動(dòng)，此時(shí)上下鉗臂閉合，完成對(duì)微小物體的夾持動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.電磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dòng)力組件包括三個(gè)相同的電磁線圈(5)和與電磁線圈(5)相對(duì)應(yīng)的三個(gè)銜鐵(3),電磁線圈(5)固定在電磁線圈底座(9)上，通過對(duì)三個(gè)電磁線圈(5)通電共同吸引三個(gè)銜鐵(3)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。上鉗臂(I)的銜鐵固定部分(17)呈十字型，焊接有三個(gè)相同的銜鐵(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)平臺(tái)上，通過控制系統(tǒng)部分控制四維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)從而帶動(dòng)微夾持裝置整體實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)。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(shí)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(jìn)行對(duì)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(dòng)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(jì)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(dòng)式微夾持裝置是一種用于夾持微小機(jī)械零件并帶動(dòng)其移動(dòng)和裝配的機(jī)械裝置，該裝置通過電磁驅(qū)動(dòng)的方式來實(shí)現(xiàn)夾持臂的張合，能夠保證對(duì)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(dòng)平臺(tái)上，通過控制系統(tǒng)控制四維移動(dòng)平臺(tái)的移動(dòng)從而帶動(dòng)微夾持裝置整體實(shí)現(xiàn)精確移動(dòng)。電磁驅(qū)動(dòng)式微夾持裝置包括固定組件、夾持鉗臂組件、磁驅(qū)動(dòng)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(dòng)力組件包括三個(gè)電磁線圈和與電磁線圈相對(duì)應(yīng)的三個(gè)銜鐵。該微夾持裝置的張合量和夾持力較大，易于控制，動(dòng)作響應(yīng)快，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)品完整性好。
文檔編號(hào)B25J7/00GK103203737SQ201310084479
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)