專利名稱：由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種多自由度微操作器，尤其是涉及一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器。
背景技術：
隨著微納米技術的迅速發(fā)展，“微/納米”尺度上的操作技術變得越來越重要。微操作器作為微操作系統(tǒng)中的核心部件，受到國內外專家學者的廣泛關注，并已經廣泛應用到生物醫(yī)學領域內的細胞分割、移植、細胞轉基因、探刺與注射，微機電裝配領域內微小零件的加工、定位，以及半導體加工等領域。因此對微操作器的研究具有重要的實際應用價值和廣闊的應用前景。微操作器直接作用于微操作對象，完成微操作任務。因此要求微操作器既要具有高精度、高分辨率的微動定位能力；還要具有多個自由度運動能力；同時要體積小、質量輕，適應于某些特殊的狹小場合如顯微鏡下的有限作業(yè)空間。
由于具有結構緊湊、體積小、分辨率高、頻響高、控制簡單，易實現微納米級的驅動控制，壓電陶瓷驅動技術已成為微操作器的主流驅動技術。目前研究發(fā)現，壓電陶瓷材料的變形形式和變形量跟所加的電場大小、方向以及壓電陶瓷材料本身的極化方式有著密切的關系。根據壓電材料的極化方向與所加電場方向關系不同，常見的變形形式有三種基于壓電應變常數屯3的厚度伸縮變形，基于壓電應變常數d31的長度伸縮變形和基于壓電應變常數d15的厚度剪切變形。利用這三種不同極化方式下的變形原理制成的壓電陶瓷驅動器就可以驅動微操作器產生伸縮、彎曲和扭轉運動，從而實現微操作器高精度的多自由度運動。
目前，基于壓電陶瓷驅動的多自由度微操作臂有兩種常見的結構形式一類是基于經典的^ewart平臺或其變種的并聯(lián)六自由度微操作臂的并聯(lián)機構，這類微操作臂具有剛度高、慣性小、結構緊湊、誤差積累小、固有頻率高等優(yōu)點，可分別實現X、Y、Z三個坐標的平動和繞X、Y、Z三個坐標軸的擺動，但由于其運動是由多條運動支鏈連接耦合的，因此其控制計算量大、難度高，另外這種結構制造要求高，成本也相對較大。另一類是將相似結構的一維或二維的運動平臺組裝起來的串聯(lián)結構，這類結構盡量使每維運動間互不耦合，簡化了模型建立和運動控制問題，但是由于同一結構中基本上是同一種類型的壓電驅動器， 平臺的互相疊加組裝使得實現微操作器的微小型化變得困難。并且在大多數的微操作臂中轉動自由度都是通過擺動來實現的，造成轉動運動的控制比較復雜，運動精度也相對較低。發(fā)明內容
針對目前的微操作器在實現多自由度運動、高精度定位驅動控制、微小型化等方面存在的一系列問題，本發(fā)明的目的在于提供一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，利用不同極化方式的壓電驅動器可產生不同的變形驅動機理，并吸取現有微操作器的結構優(yōu)點，在不同極化方式壓電驅動器的驅動下，實現微操作器的多自由度、高精度的運動控制，并實現微操作器的小型化，同時提高微操作器的運動控制精度和操作效率。
本發(fā)明采用的技術方案是本發(fā)明包括基座，兩個結構相同的Z軸平動微動機構，嵌套的X、Y軸平動微動機構，Z 軸轉動微動機構和末端執(zhí)行機構；兩個結構相同的Z軸平動微動機構對稱垂直的固定在基座的兩側，嵌套的χ、γ軸平動微動機構的兩端分別與各自的Z軸平動微動機構相連，Z軸轉動微動機構通過其下部法蘭與嵌套的X、Y軸微動機構中的X向運動臺相連，末端執(zhí)行機構通過其安裝法蘭與Z軸轉動微動機構上部法蘭相連。
所述的兩個結構相同的Z軸平動微動機構均為矩形金屬塊，在矩形金屬塊上部的兩側對稱的開有三組矩形槽，其中下部矩形槽的上面兩個角開有兩個向上凸出的乳狀直通槽，上部矩形槽的上端開到矩形金屬塊的頂端，上部矩形槽下面兩個角開有兩個向下凸出的乳狀直通槽，中部矩形槽的四個角均開有對稱的向外凸出的乳狀直通槽，并分別與上、下兩個矩形槽的乳狀直通槽相對應；形成8個Z向柔性鉸鏈、4個Z向柔性鉸鏈臂和Z向運動臺，在矩形金屬塊的底部中心開有安裝壓電驅動器矩形凹槽，基于壓電應變常數d33的Z向壓電驅動器安裝在底部凹槽中，并用底部預緊螺釘預緊。
所述的嵌套的X、Y軸平動微動機構為矩形的金屬塊，在金屬塊的上、下兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，所述的兩個敞框形直通槽的兩短邊分別開有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在矩形金屬塊水平方向上的一側開有長直通槽，長直通槽上、 下兩端分別開有兩組向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩個敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在矩形金屬塊水平方向的另外一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個Y向柔性鉸鏈、4個Y向柔性鉸鏈臂和 Y向運動臺，所述的兩個短直槽的中間還開有用于安裝Y向壓電驅動器的矩形通槽，基于壓電應變常數屯3的Y向壓電驅動器安裝在此所述的矩形通槽中，并用裝在同側外部的預緊螺釘預緊；Y向運動臺的左、右兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，兩個敞框形直通槽的兩短邊分別有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在Y向運動臺豎直方向上的一側開有長直通槽，長直通槽的左右兩側分別開有兩組向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在Y向運動臺豎直方向的另一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個X柔性鉸鏈、4個X向柔性鉸鏈臂和X向運動臺，所述的兩個短直槽的中間開有用于安裝X向壓電驅動器的矩形通槽，基于壓電應變常數d33的X向壓電驅動器安裝在所述的矩形通槽中，并用裝在同側外部的預緊螺釘預緊。
所述的Z軸轉動微動機構由上下兩個安裝法蘭、扭轉臂和壓電扭轉驅動器組成， 扭轉臂為中空的圓管狀結構，其外表面粘貼壓一個以上的壓電扭轉驅動器，扭轉臂的兩個端部設有上下安裝法蘭，壓電扭轉驅動器由偶數塊相同的基于壓電應變常數d15的扇形壓電陶瓷塊粘接而成，各個壓電扇塊均采用軸向極化方式，在拼裝時相鄰的扇形壓電陶瓷塊極化方向相反，扇形壓電陶瓷塊內側采用環(huán)氧樹脂與扭轉臂外表面相粘接，扇形壓電陶瓷塊之間采用導電環(huán)氧膠粘接，形成壓電扭轉驅動器。
所述的末端執(zhí)行機構為壓電雙晶片微夾持器或微注射探針，其中壓電雙晶片微夾持器由基于壓電應變常數d31的雙晶片壓電懸臂梁和安裝法蘭組成，壓電懸臂梁的一端設有安裝法蘭；微注射探針由安裝法蘭和前端磨細的細長的中空管組成，細長中空管的末端設有安裝法蘭。
本發(fā)明具有的有益效果是1.在不同的控制器和壓電驅動電源作用下，可以實現X、Y、Z三維平動，繞Z軸轉動， 繞χ軸擺動五個自由度的高精度微動；尤其是通過壓電扭轉驅動器的扭轉變形驅動實現了微操作器的高精度扭轉微動。
2.采用不同極化方式的壓電驅動器進行驅動，充分利用了不同極化方式的壓電驅動器的驅動能力，實現了微操作器的微小型化。
3.通過兩個末端執(zhí)行機構的配合使用，可以完成夾持、搬運、探刺以及注射等操作，可用于多種操作任務，適用范圍廣泛。
4.實現了多個自由度的相互解耦驅動控制，驅動控制簡單，可操控性好，運動精度尚。
本發(fā)明可以應用于生物醫(yī)學工程中的細胞操作、基因轉移、染色體切割，物質注射與提取以及微機電工程中的微機械精密加工、微裝配、微型機器人等領域。


圖1是本發(fā)明的總體結構示意圖。
圖2是Z軸平動微動機構的結構示意圖。
圖3是一個Z軸平動微動機構的剖視圖。
圖4是另一個Z軸平動微動機構的剖視圖。
圖5是嵌套的X、Y軸平動微動機構的結構示意圖。
圖6是Z軸轉動微動機構的結構示意圖。
圖7是壓電雙晶片微夾持器的結構示意圖。
圖8是微注射探針的結構示意圖。
圖9是一種本發(fā)明微操作器在進行細胞藥物注射時的工作圖。
圖中1.基座，2. Z軸平動微動機構，3. Z軸平動微動機構，4.嵌套的X、Y軸平動微動機構，5. Z軸轉動微動機構，6.壓電雙晶片微夾持器，7.微注射探針，8、10、11、15、 17、18、22、23、29.各部件之間聯(lián)接螺栓的安裝孔，9和16,25,30. Ζ、X、Y三向壓電驅動器預緊螺栓安裝孔，13和20,31,32. Ζ、Χ、Υ三向柔性鉸鏈和柔性鉸鏈臂，12和19,27,24. Ζ、 Χ、Υ三向運動臺，14和21、26J8. Ζ、Χ、Υ三向的壓電驅動器，33、36. Z軸轉動微動機構的上下安裝法蘭，34.壓電扭轉驅動器，35.扭轉臂，37.細胞培養(yǎng)板，38.三維微位移平臺。
具體實施方式
下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明作進一步的描述。
如圖1所示，本發(fā)明包括基座1，兩個結構相同的Z軸平動微動機構2和3，嵌套的 X、Y軸平動微動機構4，Z軸轉動微動機構5和末端執(zhí)行機構，兩個結構相同的Z軸平動微動機構2和3通過兩組孔8和10，15和17對稱垂直的固定在基座1的兩側，嵌套的Χ、Υ軸平動微動機構4的兩端通過兩組孔22和四分別與兩個Z軸平動微動機構2和3相連，Z軸轉動微動機構5通過其下部法蘭33上的一組環(huán)狀均布孔與嵌套的X、Y軸微動機構4中的 X向運動臺27相連，末端執(zhí)行機構通過其安裝法蘭與Z軸轉動微動機構5上對應的安裝孔36相連。
如圖2、3、4所示，所述的兩個結構相同的Z軸平動微動機構2和3均為矩形金屬塊，在矩形金屬塊上部的兩側對稱的開有三組矩形槽，其中下部矩形槽的上面兩個角開有兩個向上凸出的乳狀直通槽，上部矩形槽的上端開到矩形金屬塊的頂端，上部矩形槽下面兩個角開有兩個向下凸出的乳狀直通槽，中部矩形槽的四個角均開有對稱的向外凸出的乳狀直通槽，并分別與上、下兩個矩形槽的乳狀直通槽相對應；形成8個Z向柔性鉸鏈、4個Z 向柔性鉸鏈臂13和20及Z向運動臺12和19，螺孔8和10、15和17分別用于Z軸平動微動機構2和3與基座1相連，另外兩組螺孔11和18分別用于Z軸平動微動機構2和3與嵌套的X、Y軸平動微動機構4相連，在矩形金屬塊的底部中心開有安裝壓電驅動器矩形凹槽，基于壓電應變常數d33的Z向壓電驅動器14和21安裝在底部凹槽中，并分別用底部預緊螺孔9和16中的預緊螺釘進行預緊。
如圖5所示，所述的嵌套的X、Y軸平動微動機構4為矩形的金屬塊，在金屬塊的上、下兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，所述的兩個敞框形直通槽的兩短邊分別開有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在矩形金屬塊水平方向上的一側開有長直通槽，長直通槽上、下兩端分別開有兩組向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩個敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在矩形金屬塊水平方向的另一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個Y向柔性鉸鏈、4個Y向柔性鉸鏈臂32和Y向運動臺M，所述的兩個短直槽的中間還開有用于安裝Y向壓電驅動器 28的矩形通槽，基于壓電應變常數d33的Y向壓電驅動器觀安裝在此所述的矩形通槽中， 并用裝在同側外部的預緊螺孔30中的預緊螺釘進行預緊；Y向運動臺M的左、右兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，兩個敞框形直通槽的兩短邊分別有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在Y向運動臺豎直方向上的一側開有長直通槽，長直通槽的左右兩側分別開有兩組向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在Y向運動臺豎直方向的另一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個X柔性鉸鏈、4個X向柔性鉸鏈臂31和X向運動臺27，所述的兩個短直槽的中間開有用于安裝X向壓電驅動器的矩形通槽，基于壓電應變常數屯3的X向壓電驅動器沈安裝在所述的矩形通槽中，并用裝在同側外部的預緊螺孔25 中的預緊螺釘進行預緊，嵌套的X、Y軸平動微動機構4的兩組沉孔22和四用于和Z軸平動微動機構2和3相連，另外一組環(huán)狀均布孔23用于和Z軸轉動微動機構5相連。
嵌套的X、Y軸微動機構4中的Χ、Υ向壓電驅動器沈和28以及Z向平動微動機構 2和3中的壓電驅動器14和21都是基于壓電應變常數d33的壓電疊堆，在驅動電壓作用下， 壓電驅動器將產生伸縮變形，位移輸出通過擰緊各自的預緊螺栓緊靠在相應的柔性鉸鏈臂上，通過柔性鉸鏈和柔性鉸鏈臂的導向和放大作用，驅動微操作器實現高精度的X、Y、Z三維平動運動。
如圖6所示，Z軸轉動微動機構5包括下安裝法蘭33，一組壓電扭轉驅動器34，扭轉臂35和上安裝法蘭36，其中扭轉臂35為中空的圓管狀結構，其外表面粘貼壓一個以上的壓電扭轉驅動器34，扭轉臂35的兩個端部設有上下安裝法蘭33和36，壓電扭轉驅動器34由偶數塊相同的基于壓電應變常數d15的扇形壓電陶瓷塊粘接而成，各個壓電扇塊均采用軸向極化方式，在拼裝時相鄰的扇形壓電陶瓷塊極化方向相反，扇形壓電陶瓷塊內側采用環(huán)氧樹脂與扭轉臂外表面相粘接，塊與塊之間采用導電環(huán)氧膠粘接，形成壓電扭轉驅動器34，壓電扭轉驅動器34的數目和粘貼位置根據實際扭轉角度需要可進行調整，在驅動電壓作用下，壓電扭轉驅動器34將產生扭轉運動，從而驅動微操作器實現高精度的繞Z軸轉動。
如圖7和8所示，所述的末端執(zhí)行機構為壓電雙晶片微夾持器6或微注射探針7， 其中壓電雙晶片微夾持器6由基于壓電應變常數d31的雙晶片壓電懸臂梁和安裝法蘭組成， 壓電懸臂梁的一端設有安裝法蘭；微注射探針7由安裝法蘭和前端磨細的細長的中空管組成，細長中空管的末端設有安裝法蘭。需要指出的是，壓電雙晶片微夾持器6和微注射探針 7的安裝法蘭的安裝結構尺寸完全相同，可以根據實際操作任務的不同，進行更換使用。
本發(fā)明的由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，對X軸壓電驅動器施加驅動電壓，可實現微操作器X軸的高精度平動運動；對Y軸壓電驅動器施加驅動電壓， 可實現微操作器Y軸的高精度平動運動；對兩個Z軸壓電驅動器施加相同的驅動電壓，可實現微操作器Z軸的高精度平動運動；對扭轉驅動器施加驅動電壓，可以實現微操作器繞Z軸的高精度轉動運動；對兩個Z軸壓電驅動器施加不同的驅動電壓，可以實現微操作器繞X軸高精度的擺動。在不同的控制器和壓電驅動電源作用下，微操作器可以獨立實現X、Y、Z三維平動，繞Z軸轉動，繞X軸擺動五個自由度的高精度微動，通過使用壓電雙晶片微夾持器和微注射探針兩種不同的末端執(zhí)行機構，可以完成夾持、搬運、探刺以及注射等操作。
下面是一個本發(fā)明的具體應用實例在生物醫(yī)學領域，有時候需要對生物細胞進行藥物注射，觀察生物細胞對不同注射藥物的各異反應，并且常常要進行多組試驗，這種情況一般都是在一個細胞培養(yǎng)板上進行試驗，一個細胞培養(yǎng)板上有多個細胞培養(yǎng)井，每個細胞培養(yǎng)井中的細胞液完全相同，以便進行對照實現。為了實現多次的細胞藥物注射任務，采用我們發(fā)明的由多極化方式壓電驅動器驅動的高精度多自由度微操作器進行實驗，這時候的末端執(zhí)行臂為微注射探針，并將微操作器安裝在一個三維微位移平臺上，安裝好的整個微操作器系統(tǒng)的結構示意圖如圖9所示，具體的工作過程如下在初始狀態(tài)下，ζ向壓電驅動器14、21，X向壓電驅動器沈以及Y 向壓電驅動器觀的輸出位移均為零，通過擰緊在預緊螺孔9、16、25、30中的預緊螺栓，可以調節(jié)Z、X、Y三軸方向上的壓電驅動器的初始驅動力。首先通過操控三維微位移平臺移動微操作器，使要進行藥物注射的細胞培養(yǎng)井位于微操作器的高精度移動范圍之內，然后對微操作器的Z向壓電驅動器14、21施加相同的驅動電壓，分別對X向壓電驅動器沈、Y向壓電驅動器觀施加相應的驅動電壓，壓電驅動器的伸縮變形通過柔性鉸鏈和柔性鉸鏈臂進行傳遞放大，從而驅動微操作器實現X、Y、Z三向高精度的平動微動，使末端微注射探針達到注射位置，在進行藥物注射的時候，由于細胞的細胞壁較難刺入，可以對微操作器的壓電扭轉驅動器34施加一定的驅動電壓，壓電扭轉驅動器產生扭轉變形，帶動扭轉臂35驅動末端微注射探針7產生繞Z軸的旋轉運動，從而便于順利的刺入細胞內，有時為了調整細胞刺入的角度和位置，對Z向壓電驅動器14、21施加不同的驅動電壓，由于兩個壓電驅動器的變形量不一致，從而驅動末端微注射探針7產生繞X軸的擺動，達到了改變刺入角度和位置的目的，完成了一個細胞培養(yǎng)井的細胞藥物注射。再次操控三維微位移平臺移動微操作器到下8一個細胞培養(yǎng)井的位置，重復以上操作，直至完成藥物注射實驗。
權利要求
1.一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，其特征在于包括基座 (1)，兩個結構相同的Z軸平動微動機構0、3)，嵌套的X、Y軸平動微動機構0)，Z軸轉動微動機構(5)和末端執(zhí)行機構；兩個結構相同的Z軸平動微動機構(2、3)對稱垂直的固定在基座(1)的兩側，嵌套的X、Y軸平動微動機構的兩端分別與各自的Z軸平動微動機構(2、3)相連，Z軸轉動微動機構(5)通過其下部法蘭(33)與嵌套的X、Y軸微動機構(4) 中的X向運動臺(XT)相連，末端執(zhí)行機構通過其安裝法蘭與Z軸轉動微動機構(5)的上部法蘭(36)相連。
2.根據權利要求1所述的一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，其特征在于所述的兩個結構相同的Z軸平動微動機構(2、3)均為矩形金屬塊，在矩形金屬塊上部的兩側對稱的開有三組矩形槽，其中下部矩形槽的上面兩個角開有兩個向上凸出的乳狀直通槽，上部矩形槽的上端開到矩形金屬塊的頂端，上部矩形槽下面兩個角開有兩個向下凸出的乳狀直通槽，中部矩形槽的四個角均開有對稱的向外凸出的乳狀直通槽，并分別與上、下兩個矩形槽的乳狀直通槽相對應；形成8個Z向柔性鉸鏈、4個Z向柔性鉸鏈臂和 Z向運動臺，在矩形金屬塊的底部中心開有安裝壓電驅動器的矩形凹槽，基于壓電應變常數 d33的Z向壓電驅動器安裝在底部凹槽中，并用底部預緊螺釘預緊。
3.根據權利要求1所述的一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，其特征在于所述的嵌套的X、Y軸平動微動機構(4)為矩形金屬塊，在金屬塊的上、下兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，所述的兩個敞框形直通槽的兩短邊分別開有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在矩形金屬塊水平方向上的一側開有長直通槽，長直通槽上、下兩端分別開有兩組向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩個敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在矩形金屬塊水平方向的另一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個Y向柔性鉸鏈、4個Y向柔性鉸鏈臂和Y向運動臺(M)，所述的兩個短直槽的中間還開有用于安裝Y向壓電驅動器的矩形通槽， 基于壓電應變常數d33的Y向壓電驅動器08)安裝在此所述的矩形通槽中，并用裝在同側外部的預緊螺釘預緊；Y向運動臺的左、右兩側的中部分別開有相向布置的對稱的敞框形直通槽，兩個敞框形直通槽的兩短邊分別有兩個向內凸出的乳狀直通槽，在Y向運動臺豎直方向上的一側開有長直通槽，長直通槽的左右兩側分別開有兩組向外的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，在Y向運動臺豎直方向的另一側對稱的開有兩個短直槽，兩個短直槽上分別開有兩個向外凸出的乳狀直通槽，分別與所述的兩敞框形直通槽兩短邊的兩個向內凸出的乳狀直通槽相對應，形成8個 X柔性鉸鏈、4個X向柔性鉸鏈臂和X向運動臺，所述的兩個短直槽的中間開有用于安裝X 向壓電驅動器的矩形通槽，基于壓電應變常數d33的X向壓電驅動器06)安裝在所述的矩形通槽中，并用裝在同側外部的預緊螺釘預緊。
4.根據權利要求1所述的一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，其特征在于所述的Z軸轉動微動機構(5)由上下兩個安裝法蘭(33，36)、扭轉臂(35)和壓電扭轉驅動器(34)組成，扭轉臂(35)為中空的圓管狀結構，其外表面粘貼壓一個以上的壓電扭轉驅動器，扭轉臂的兩個端部設有上下安裝法蘭(33，36)，壓電扭轉驅動器(34)由偶數塊相同的基于壓電應變常數d15的扇形壓電陶瓷塊粘接而成，各個壓電扇塊均采用軸向極化方式，在拼裝時相鄰的扇形壓電陶瓷塊極化方向相反，扇形壓電陶瓷塊內側采用環(huán)氧樹脂與扭轉臂(3 外表面相粘接，扇形壓電陶瓷塊之間采用導電環(huán)氧膠粘接，形成壓電扭轉驅動器(34)。
5.根據權利要求1所述的一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器，其特征在于所述的末端執(zhí)行機構為壓電雙晶片微夾持器(6)或微注射探針(7)，其中壓電雙晶片微夾持器(6)由基于壓電應變常數屯的雙晶片壓電懸臂梁和安裝法蘭組成，壓電懸臂梁的一端設有安裝法蘭；微注射探針(7)由安裝法蘭和前端磨細的細長的中空管組成，細長中空管的末端設有安裝法蘭。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種由多極化方式壓電驅動器驅動的多自由度微操作器。包括基座，嵌套的X、Y軸平動微動機構，Z軸平動微動機構，Z軸轉動微動機構和末端執(zhí)行機構。三維平動通過壓電應變常數d33的壓電疊堆驅動器驅動柔性鉸鏈實現，Z軸轉動由壓電應變常數d15的壓電扭轉驅動器驅動扭轉臂實現，末端執(zhí)行機構為由基于壓電應變常數d31的壓電雙晶片懸臂梁組成的的微夾持器或微注射探針。在不同極化方式的壓電驅動器驅動下，實現三維平動，繞Z軸轉動，繞X軸擺動的高精度微動，通過不同的末端執(zhí)行臂，完成夾持、搬運、探刺以及注射等操作。具有自由度解耦、結構緊湊、操作靈活、控制方便、運動精度高等優(yōu)點，本發(fā)明可用于生物醫(yī)學及微機電工程等領域。
文檔編號H02N2/02GK102497129SQ20111039986
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月6日 優(yōu)先權日2011年12月6日
發(fā)明者婁軍強, 楊宇峰, 陳德坤, 魏燕定 申請人:浙江大學