阅读说明：本技术 一种二级放大气缸驱动微夹钳 (Two-stage amplification cylinder driving micro clamp ) 是由 谭惠丰 陈晓东 卫剑征 陈雪岩 于 2021-10-12 设计创作，主要内容包括：一种二级放大气缸驱动微夹钳,属于微夹钳技术领域,解决了目前微夹钳存在的输出位移无法进一步提升等问题,引入小型气缸驱动,通过汽缸活塞杆伸缩特性使微夹钳钳口实现张开和闭合,进一步提升了其输出位移；另一方面,针对现有驱动器存在的非线性特性、输出力小、寿命短、热膨胀量很难控制等问题,小型气缸作为驱动器不存在以上缺点；它包含气泵通过电磁阀来连接气缸,在气泵与电磁阀之间设置有精密减压阀,精密减压阀还与数字压力传感器连接,气缸的活塞杆与桥式放大器的输入端固定连接,桥式放大器的两个输出端分别通过支杆来与对应的夹臂连接,形成一整套调压系统,通过调节压力值,精确控制钳口咬合力大小；本发明用于微米级尺度零件操作。(A two-stage amplification cylinder driven micro clamp belongs to the technical field of micro clamps, solves the problems that the output displacement of the existing micro clamp cannot be further improved, introduces a small cylinder for driving, realizes the opening and closing of a micro clamp jaw through the telescopic characteristic of a cylinder piston rod, and further improves the output displacement; on the other hand, aiming at the problems of non-linear characteristic, small output force, short service life, difficult control of thermal expansion amount and the like of the existing driver, the small air cylinder as the driver does not have the defects; the device comprises an air pump, a cylinder, a precision pressure reducing valve, a digital pressure sensor, a bridge amplifier, a pressure regulating system and a control system, wherein the air pump is connected with the cylinder through an electromagnetic valve, the precision pressure reducing valve is arranged between the air pump and the electromagnetic valve and is also connected with the digital pressure sensor, a piston rod of the air cylinder is fixedly connected with the input end of the bridge amplifier, two output ends of the bridge amplifier are respectively connected with corresponding clamping arms through supporting rods to form a whole set of pressure regulating system, and the size of the bite force of a jaw is accurately controlled by regulating the pressure value; the invention is used for the operation of parts with micron-scale dimensions.)

一种二级放大气缸驱动微夹钳

技术领域

本发明属于微夹钳技术领域，具体涉及一种二级放大气缸驱动微夹钳。

背景技术

微夹钳是微米级尺度零件操作工具，传统微夹钳输出位移无法进一步提升，目前微操作领域常用的驱动器有压电驱动器、静电驱动器、电热驱动器和形状记忆合金驱动器等，存在缺点如下：

压电驱动器具有体积小、输出力大、灵敏度高等优点；但是压电驱动器自身的输入和输出存在非线性特性，主要为迟滞和蠕变；

静电驱动器被较早地引入微机电系统中，应用较广；但是静电驱动器的输出力小，通常以μN计，应用范围有限；

电热驱动的优势是驱动力大，可达几百毫牛以上，驱动电压低，且易于与集成电路集成；但是电热驱动器是通过受热膨胀实现位移变化，但热膨胀量很难控制，且工作温度高；

形状记忆合金驱动器具有极高的工作体积比、大挠度和高功输出的特性；但是形状记忆合金驱动器的滞后时间长，寿命短。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前微夹钳存在的输出位移无法进一步提升，及非线性特性、输出力小、寿命短、热膨胀量控制困难等问题，提供了一种二级放大气缸驱动微夹钳，其技术方案如下：

一种二级放大气缸驱动微夹钳，它包含气泵、精密减压阀、数字压力传感器、电磁阀、气缸、桥式放大器和夹臂，气泵通过电磁阀来连接气缸，控制气缸的活塞杆伸缩，在气泵与电磁阀之间设置有精密减压阀，精确控制气压输出，精密减压阀还与数字压力传感器连接，反馈气缸输入气压，气缸的活塞杆与桥式放大器的输入端固定连接，桥式放大器的固定端固定连接在壳体上，壳体与气缸的缸体固定连接；在桥式放大器的两侧分别设置有一个夹臂，夹臂的根部与所述壳体固定连接，桥式放大器的两个输出端分别通过支杆来与对应的夹臂连接，控制两个夹臂开合；由于夹臂具有弹性，气缸通过桥式放大器来控制夹臂开合，形成一整套调压系统，通过调节气缸压力值，精确控制钳口咬合力大小。

本发明的有益效果为：针对现有微夹钳输出位移无法进一步提升的问题，引入小型气缸作为驱动器，通过汽缸活塞杆伸缩特性使微夹钳的钳口实现张开和闭合，通过桥式放大器和夹臂进行二级放大，进一步提升了其输出位移，并且能够实现对钳口扩张的驱动。

另一方面，解决了现有驱动器存在的非线性特性、输出力小、寿命短、热膨胀量很难控制等问题，气缸作为驱动器不存在以上缺点。

气缸驱动微夹钳实现钳口张开和闭合，其输出位移大幅提升。具有大位移、输出力大、装配简单、易于控制且可长期使用等优点；

采用气缸作为驱动器有效解决了现有驱动器存在的非线性特性、输出力小、寿命短、热膨胀量很难控制等问题，随着近年来微小型气缸的技术成熟，本发明具备压电驱动器具体积小、输出力大、灵敏度高等优点；并且容易装配；

也解决了静电驱动器输出力小的问题；例如CQ2A20-5D型气缸，缸径20mm，经桥式放大器放大后，在0.5Mpa气压下，理论输出力可达到157N。

气缸与气源之间通过精密减压阀有效控制输出气压，位移变化很容易控制，还解决了电热驱动工作温度高的缺点；

本发明解决了形状记忆合金驱动器的滞后时间长，寿命短的问题，也具有极高的工作体积比、大挠度和高功输出的特性。

附图说明

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图1是本发明的整体结构原理示意图；

图2是气缸通过桥式放大器来控制夹臂的示意图；

图3是图2的分解示意图（壳体未示出）。

具体实施方式

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参照图1至图3，一种二级放大气缸驱动微夹钳，它包含气泵1、精密减压阀2、数字压力传感器3、电磁阀4、气缸5、桥式放大器6、夹臂7和壳体8，气泵1通过电磁阀4来连接气缸5，控制气缸5的活塞杆伸缩，在气泵1与电磁阀4之间设置有精密减压阀2，精确控制气压输出，精密减压阀2还与数字压力传感器3连接，反馈气缸5输入气压，气缸5的活塞杆与桥式放大器6的输入端固定连接，桥式放大器6的固定端6-1固定连接在壳体8上，壳体8与气缸5的缸体固定连接；在桥式放大器6的两侧分别设置有一个夹臂7，夹臂7的根部7-1与所述壳体8固定连接，桥式放大器6的两个输出端6-2分别通过支杆9来与对应的夹臂7连接，控制两个夹臂7开合；由于夹臂7具有弹性，气缸5通过桥式放大器6来控制夹臂7开合，形成一整套调压系统，通过调节气缸压力值，精确控制钳口咬合力大小。

所述壳体8也可以是一块固定连接在气缸5的缸体上的平板，能起到固定连接作用即可。

气泵1的出气口连接精密减压阀2的进气口，精密减压阀2的侧孔内插入数字压力传感器3的探头，精密减压阀2出气口与两位的电磁阀4相连，通过调节精密减压阀2的气压控制阀控制气压值，对应的气压值可以通过数字压力传感器3反馈，两位的电磁阀4的两个出气口分别与气缸5的两个进气口相连，气缸5与桥式放大器6通过螺纹连接，微夹钳输出的位移可以通过激光位移传感器查看。

气泵1提供气源，将气压传递给气缸5，为保证气缸5输出的可控性，设置了精密减压阀2，并利用数字压力传感器3反馈气缸5输入气压，通过电磁阀4控制气缸5的推拉动作；气缸5作为微操作设备的驱动器与桥式放大器6直接连接，桥式放大器6将输入的轴向位移转变为径向位移，控制两个夹臂7开合；选择两位电磁阀4的两个出气口分别与气缸5的两个进气口连接，当活塞上侧压力P₁大于下侧压力P₂，活塞带动活塞杆向下运动同时拉伸桥式放大器6，输出端6-2扩张推动夹臂将钳口打开；当P₂大于P₁，活塞带动活塞杆向上运动，钳口闭合；最终微操作设备的执行数据可以通过数据测量设备获得。

优选的是，夹臂7采用平行四连杆结构，在夹臂7上设置工字型镂空即可，能够使夹口实现平移夹持。