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电热驱动镍微夹钳的设计及制作

机械工程学报 2007年第5期43卷 116-121页

作者：褚金奎郝秀春王立鼎大连理工大学辽宁省微纳米技术及系统重点实验室

为实现微系统产业化开发适用于微型零件操作和装配的微夹钳,采用电热驱动方式、V形梁阵列式电热驱动器为钳体部分提供输入位移,钳体部分应用拓扑优化方法进行设计以实现输入位移放大。金属镍作为制作微夹钳的材料,用紫外光刻微电铸脱模... 详细信息

为实现微系统产业化开发适用于微型零件操作和装配的微夹钳,采用电热驱动方式、V形梁阵列式电热驱动器为钳体部分提供输入位移,钳体部分应用拓扑优化方法进行设计以实现输入位移放大。金属镍作为制作微夹钳的材料,用紫外光刻微电铸脱模技术工艺制作了电热镍微夹钳。通过正交试验,得到加工SU-8铸模的最优工艺参数,对影响工艺质量的各个因素进行详细讨论并给出解决方法,并加工出了钳体尺寸在毫米量级,最小特征尺寸为10μm,厚度为30μm的电热微夹钳。对制作的微夹钳在0～2.5V直流电压下进行动态测试,夹持端位移最大可达67μm,最大夹持力可达0.8N,可以满足微机电系统微操作的夹持要求。

关键词：微夹钳紫外光刻微电铸脱模技术电铸

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梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理

上海交通大学学报 2002年第5期36卷 620-623页

作者：陈海菂孟中岩曹长江张琛上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200030 上海大学材料科学与工程学院上海201800 上海交通大学信息存储研究中心

利用梯度功能压电执行器设计和制作了双悬臂梁结构的微夹钳 ,用作微型机器人操作系统的操作手 .该微夹钳整体尺寸为 1 5　 mm× 2　 mm× 2　 mm,质量为 1 2 0　 mg.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... 详细信息

利用梯度功能压电执行器设计和制作了双悬臂梁结构的微夹钳 ,用作微型机器人操作系统的操作手 .该微夹钳整体尺寸为 1 5　 mm× 2　 mm× 2　 mm,质量为 1 2 0　 mg.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。

关键词：微机电系统微夹钳梯度功能材料压电执行器微型机器人

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电热微夹钳的热效应分析和数值模拟

中国机械工程 2005年第14期16卷 1269-1272页

作者：郝秀春褚金奎王立鼎关乐大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室大连116023

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... 详细信息

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。

关键词：微夹钳热效应分析电热数值模拟有限元模型微驱动器空气对流材料特性仿真分析变化情况响应时间多晶硅夹持力热传导温度场位移

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基于Dahl模型的压电陶瓷微夹钳控制研究

中国机械工程 2008年第7期19卷 766-769页

作者：曾祥进黄心汉王敏华中科技大学武汉430074

针对微零件装配工艺的需要,开发了一套基于压电陶瓷驱动的微夹钳,建立了压电陶瓷驱动微夹钳位移与电压的关系模型,针对压电陶瓷迟滞现象提出了基于Dahl模型的前馈补偿控制和PID混合控制算法,微装配实验证明该模型结构控制效果好,能达到... 详细信息

针对微零件装配工艺的需要,开发了一套基于压电陶瓷驱动的微夹钳,建立了压电陶瓷驱动微夹钳位移与电压的关系模型,针对压电陶瓷迟滞现象提出了基于Dahl模型的前馈补偿控制和PID混合控制算法,微装配实验证明该模型结构控制效果好,能达到控制要求。

关键词：微夹钳压电悬臂梁建模 Dahl模型迟滞模型

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自感知压电微夹钳研究

大连理工大学学报 2004年第6期44卷 819-823页

作者：庄乾霞孙宝元董维杰大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 大连理工大学电子与信息工程学院辽宁大连116024

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器.在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性.为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,... 详细信息

采用双晶片型压电悬臂梁制作一种双悬臂梁结构的微夹钳,可用于微操作系统中的微夹持器.在一般微操作系统中,需要外加微力传感器才能组成闭环控制系统,这必将影响夹钳的工作特性.为简化系统,借助于电荷提取电路提取压电双晶片上的电荷,并通过软件进行状态观测,可直接得到压电夹钳尖端上的夹持力,同时还能观测到夹钳尖端的位移,称其为自感知执行器.实验证明了上述自感知方法的有效性.

关键词：微夹钳压电夹持力力传感器微操作系统执行器悬臂梁自感尖端感知

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柔性电热镍微夹钳结构设计及加工测试研究

大连理工大学学报 2007年第3期47卷 363-367页

作者：褚金奎郝秀春关乐王立鼎大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室

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2... 详细信息

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．

关键词：柔性机构伪刚体法微夹钳 UV—LIGA

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压电精密驱动柔性微夹钳设计

光学精密工程 2020年第2期28卷 398-404页

作者：吴志刚陈敏江西理工大学能源与机械工程学院江西南昌330013

为了实现对微纳尺度下物件的精密夹持,建立了柔性微夹钳系统。并对该系统柔性夹钳设计、运动学、动力学和控制方法等进行研究。首先,利用柔性铰链设计方法设计了柔性微夹钳,利用伪刚体法建立了机械的伪刚体模型。接着,以伪刚体模型法建... 详细信息

为了实现对微纳尺度下物件的精密夹持,建立了柔性微夹钳系统。并对该系统柔性夹钳设计、运动学、动力学和控制方法等进行研究。首先,利用柔性铰链设计方法设计了柔性微夹钳,利用伪刚体法建立了机械的伪刚体模型。接着,以伪刚体模型法建立了系统的运动学模型,即机械放大比和输入刚度等数学模型。然后,利用拉格朗日方法建立了系统的动力学方程,得出系统的自然振动频率。最后,通过ANSYS有限元方法对系统建立的模型进行了仿真分析和验证,此外,利用PID控制算法对微夹钳系统进行实验控制。实验结果表明:跟踪控制结果误差为2.4%;放大比为9.12倍。基本满足微纳尺度下的微夹持工作,其工作精度可达微米级别甚至纳米级别,符合设计要求。

关键词：柔性铰链微夹钳压电陶瓷精密驱动伪刚体模型

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基于柔性铰链的压电微夹钳设计

华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第S1期43卷 505-508页

作者：肖乾亮陈国良罗春武汉理工大学机电工程学院湖北武汉430070

面向微机电系统(MEMS)微装配设计了一种压电式微夹钳,该微夹钳基于柔性铰链设计,结构简单、紧凑,具有对称结构的两级位移放大机构,其驱动采用叠堆型压电陶瓷.重点对该微夹钳的张合缩放特性进行了理论分析,建立了电压与末端张合量输入输... 详细信息

面向微机电系统(MEMS)微装配设计了一种压电式微夹钳,该微夹钳基于柔性铰链设计,结构简单、紧凑,具有对称结构的两级位移放大机构,其驱动采用叠堆型压电陶瓷.重点对该微夹钳的张合缩放特性进行了理论分析,建立了电压与末端张合量输入输出模型.样机实验表明,驱动电压为140V时,该微夹钳具有约1 260μm的最大张合量,微操作实践表明:微夹钳能实现对不同形状尺寸大小从50~1 260μm范围的微小器件夹持操作.

关键词：微装配微夹钳柔性铰链压电陶瓷缩放特性理论分析

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面向微装配的压电陶瓷微夹钳建模与控制

高技术通讯 2006年第11期16卷 1134-1138页

作者：陈国良黄心汉王敏武汉理工大学机电学院武汉430070 华中科技大学控制科学与工程系武汉430074

建立了悬臂梁位移与外电场和外力之间的动静态模型以及压电陶瓷迟滞环的Backlash算子模型。以所建立的迟滞模型为前馈环节与PID反馈构成复合控制对悬臂梁进行位置控制。现场测试数据验证了该模型的正确性和复合控制方法的可行性，并分... 详细信息

建立了悬臂梁位移与外电场和外力之间的动静态模型以及压电陶瓷迟滞环的Backlash算子模型。以所建立的迟滞模型为前馈环节与PID反馈构成复合控制对悬臂梁进行位置控制。现场测试数据验证了该模型的正确性和复合控制方法的可行性，并分别用逆控制、PID控制以及复合控制方法进行了正弦曲线跟踪实验，这些控制方法的比较结果表明，复合控制策略具有最高的控制精度。

关键词：压电陶瓷微夹钳动静态模型迟滞模型复合控制