针对自动化分拣系统中夹持装置很难实现微型化的问题,提出并制备一种通用柔性微夹钳。研究利用电共轭流体产生的射流和颗粒材料产生的堵塞实现柔性抓取的工作原理。微夹钳的整体结构包括1个带有电共轭流体射流发生器的微型泵和1个小型颗粒阻塞夹持器。通过调节微型泵中薄膜中的气压,颗粒阻塞夹持器可以迅速抓取各种尺寸和形状的物体。通过弹性膜的变形分析,推导出微夹钳数学模型并验证其抓取性能。最后,制备的微夹钳原型的外径为14 mm,总长度为40 mm,末端直径为10 mm。研究结果表明选取二乙二醇丁醚醋酸酯作为工作液时,在颗粒材料填充率为50%且电压为4 kV的条件下,微夹钳的最大抓取力为93 mN,可在0.6 s内迅速完成多种形状精密件的抓取。

针对目前研究的微夹钳夹持行程较小,不能满足大尺寸微小物体(427.8μm及以上)操作需求,设计了一种同时具备高位移放大率、大夹持行程和平动夹持等特点的新型柔性微夹钳,分别采用杠杆机构、Scott-Russell机构和平行四边形机构串联实现三级放大,有效弥补了压电作动器有限输出位移的不足。其中第三级所采用的平行四边形放大机构隔绝了寄生旋转运动,实现了微夹钳末端纯粹平移运动。随后使用伪刚体法建立了微夹钳运动学、静力学和动力学模型,对关键参数进行了优化,通过有限元仿真验证了微夹钳理论模型的正确性。最后采用线切割技术制作微夹钳样机进行实验测试,结果表明,该微夹钳最大夹持行程可达882.3μm,放大率高达24.5倍。

微夹钳是微装配与微操作过程中直接与被操作对象相接触的末端执行器，对微装配与微操作任务的完成起着决定性作用．介绍了一种采用压电致动的微夹钳的工作原理、结构组成及实验原型，该微夹钳采用一种基于双边和单边直圆柔性铰链的单片柔顺机构实现微位移传递／放大功能，同时实现微夹钳夹爪平行移动．针对本文研究和开发的一种微夹钳的原型建立了实验装置并进行了开环位移特性测试．实验结果表明，微夹钳的夹爪能够实现平行移动，夹爪的输出位移与输入位移呈线性关系，且微夹钳单边夹爪输出位移最大可达150μm．

微夹持技术是微器件装配的关键技术之一.采用柔性铰链机构设计了三自由度微夹持操作平台,并进行了有限元仿真模拟分析;利用形状记忆合金原理进行设计并研制了环状微夹钳,通过形状训练达到了双程形状记忆效应,并建立了微夹持力计算模型;对微夹持系统的运动精度进行了试验分析,结果表明该系统沿X,Y,Z方向的位移分辨率达0.01μm,微夹持钳最大张开量达0.2 mm,基本满足了系统性能要求.

微夹钳输出位移是它的一个重要特性，微夹钳整体尺寸比较小，不能用常规方法测量输出位移。针对微夹钳的特点，提出一种微夹钳位移测试方法，采用非接触式测量，设计了一种基于视觉的微位移测试装置，并开发了配套的测量软件。测试软件通过LabVIEW软件平台实现，能够实现图像标定、测量和图像标注等功能。给出了详细的图像标定方法，通过台式测微尺实现。最后对微夹钳进行位移测试实验，验证了测量装置的可用性，并总结出微夹钳位移随电压变化的规律。位移测量装置的精度为±1um，且具有一定的通用性，可用于其他MEMS器件的位移测试。

利用宏模型对MEMS系统进行系统级仿真是求解MEMS耦合问题的有效方法。对大规模系统方程通过矩阵子空间投影实现自由度缩聚来建立宏模型的方法得到了广泛应用。常用的Krylov子空间法只能对状态空间描述的一阶系统进行降阶处理。本文介绍了二阶Krylov子空间理论,运用Arnold i算法直接对大规模二阶系统进行自由度缩聚来生成宏模型。将此方法与有限元数值分析结合对电热驱动微夹钳进行了宏建模。对电热微夹钳宏模型的仿真结果表明此方法建立的宏模型可以准确反应系统的动态行为,满足精度要求,同时极大地降低了计算复杂度,提高了计算速度。

把柔性机构的设计方法——伪刚体法应用于柔性微夹钳的设计中，得到一种新结构形式的电热微夹钳，用UV—LIGA方法进行加工制作，并进行动态性能测试．从对称的平面十杆刚性机构得到其伪刚体模型，对伪刚体模型进行优化并柔性化得到放大20倍的柔性微夹钳钳体，通过仿真验证了设计的正确性和可靠性．V形电热驱动器与柔性钳体集成到一起，形成柔性电热微夹钳．用SU-8胶做电铸铸模，钛和二氧化硅做牺牲层，铜做种子层，在氨基磺酸镍电铸液中进行电铸，加工出最小特征尺寸10μm，厚度30μm的电热镍微夹钳．最后对制作的微夹钳在0～1．5V直流电压下进行动态测试，夹持端位移最大可达24μm．

为了克服现有微夹钳夹持力和夹持范围不足的问题,以超磁致伸缩材料（GMM）为驱动源提出了一种新型的微夹钳.利用GMM棒在磁场变化时发生伸缩形变提供驱动力,并采用柔性铰链和杠杆机构对输出位移量进行放大,分析并优化磁回路以减小损耗.... 展开更多

介绍了一种新型多晶硅电热微夹钳,该夹钳在V形电热微驱动器的作用下,能够产生近似线性的位移和产生较大的夹持力.在全面考虑了空气对流、辐射、热传导及材料特性等各种因素的情况下,建立了该电热微夹钳的有限元模型,利用该模型分别进行了稳态和瞬态的仿真分析,模拟出输出位移和温度场随电压的变化情况,以及电热微夹钳的热响应时间.对仿真的结果进行了讨论.