基于有限元的双晶片式压电微夹钳的设计【文献综述】

《基于有限元的双晶片式压电微夹钳的设计【文献综述】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、毕业论文文献综述机械设计制造及其自动化基于有限元的双晶片式压电微夹钳的设计微执行机构的典型之一是微夹钳，它在微机械零件加工、微机械装配和生物工程等方面都有较好的应用前景，近来发展十分迅速。微夹钳是一种行程小(一般小于毫米级)、精度高(亚微米、纳米级)和分辨率高的微位移夹持机构，它是精密机械和精密仪器的常用装配工具之一。可以说，微夹钳是微机电系统领域中的一个关键器件，在微操作、微装配中起着举足轻重的作用。微夹钳的本质就是一个微执行器,它能够将其它的能量转换成机械能,产生需要的夹持动作和夹持力。微夹钳是MEMS（微电子机械系统）中实现微

2、零件装配、生物医学工程中实现细胞微操作的关键微执行器之一。在MEMS领域，微夹钳同微动平台相结合，可对微齿轮、微轴等微零件以及微马达、微泵等微部件进行拾取、搬运，进而装配成微部件、微系统；在生物医学工程领域，微夹钳可用来捕捉和释放细胞，并且它同微冲击探针相结合，还可实现向细胞内注入或从细胞中拾取某一成分等微操作过程。目前，MEMS的设计与制造技术、生物医学工程中的分析技术已很成熟，但其微装配技术、微操作技术却明显滞后。这一方面，是由于研制、开发出具有高性能、可实现微装配与微操作的器件确实较难；另一方面，是由于实现微装配与微操作的器件

3、价格较高，致使微装配与微操作的成本也很高，如MEMS中微装配的成本占MEMS产品的60%~80%。因此，研制、开发高性能、低成本的微装配与微操作器件，如微夹钳，已成为当前一个非常重要而紧迫的课题。目前，微夹钳按驱动方式可分为：气压式、电磁式、电热式、静电式和压电式。相对于气压式、电磁式、电热式、静电式微夹钳，压电式微夹钳由于压电陶瓷执行器具有体积小、刚度大、不发热、无噪声等优点，从而获得了广泛的应用。目前国内外对微夹钳的研究，从结构上分有柔性铰链式和单双晶片式。关于柔性铰链的有：荣伟彬、谢晖、孙立宁、庄攀峰在《面向MEMS微装配的夹

4、持器的设计和实验研究》中介绍了一种由压电陶瓷驱动的用于MEMS微装配的微夹持器的设计，计算了夹持器本体的放大倍数和刚度。并用ANSYS仿真验证了数学计算的准确性。采用了基于视觉的标定方法，标定了微夹持器刚度、张合量、夹持力以及夹持力和张合量的关系。该微夹持器张合量达280µm，夹持力达0.1N，可精确操作200～2000µm的微齿轮，实现了微行星齿轮减速器的装配[2]。陈海初，王振华，李满天，孙立宁在《两级位移放大微夹持器的研究》中介绍了一种利用堆叠式压电陶瓷驱动的具有两级位移放大的微夹持器。其采用有限元软件对其进行了张合量、微夹持

5、力的分析，并与实验研究结合。该微夹钳具有约300µm的微位移张合量[3]。于杰付建军在《基于微系统技术的一种新型夹具》中介绍了一种新型的基于微系统技术的微型夹爪。这种夹爪用硅或玻璃为原材料。其最大的特点是结合了传感器性能。该微夹钳通过在夹紧面上生成感应层(如抗压电层)，使得夹紧力可以转换为一种电信号，从而调整对物体的抓取过程[5]。关于单双晶片的有：陈海，孟中岩，曹长江，张琛在《梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理》中介绍了一种利用梯度功能压电执行嚣设计和制作的双悬臂粱结构的微夹钳。该微夹钳整体尺寸为15mm×2mm×2mm，质量

6、为120mg。建立了梯度功能压电陶瓷悬臂梁的双层复合梁模型，从该模型和压电本构方程出发，分析梯度功能压电陶瓷微夹钳的操作原理。理论推导了该悬臂梁的微位移特性，由微夹钳的双悬臂梁结构，得到微夹钳的顶端张开量，实际测量了梯度功能压电微夹钳的顶端张开量，其实际值与理论推导值有较好的一致性[1]。雷志刚、黄心汉在《机器人压电陶瓷微操作手的设计》中介绍了一种采用压电伸缩陶瓷微位移器的机器人微操作手。操作手手指由两面各粘1片压电陶瓷晶片的金属片构成压电陶瓷梁。并通过理论和试验研究，发现其实验所得数据与理论数据非常接近[4]。尹燕丽、朱邦太、陈海

7、龚、曹长江在《毫米级微型机器人操作手的研制和操作特性》中阐述了一种采用单晶片型压电悬臂梁制作了一种双悬臂梁结构的微型夹持器，用作毫米级微型机器人的微操作手。该微夹持器整体尺寸为15mm×2mm×2mm重量为100mg。在50V电场下，该微操作手其最大张口距离可以达到4µm，最大夹持力为25.7×10-3N[6]。蔡建华，黄心汉，吕遐东，王敏在《一种集成微力检测的压电式微夹钳》中设计了一种双悬臂梁结构的压电双晶片微夹钳，该微夹钳由两个压电双晶片驱动。建立了压电双晶片的复合梁模型，并对它的微位移——电压特性、夹持力——应变特性进行了数

8、学分析。通过检测悬臂梁根部的应变信号实现对微夹钳夹持力的检测[9]。对压电微夹钳的分析计算方式上，存在有限元分析法分析和传统经验公式分析。利用有限元分析的如荣伟彬、谢晖、孙立宁、庄攀峰在《面向MEMS微装配的夹持器的设计和实验研究》中