微型装配用的硅夹钳

　　高度柔性和可靠的夹钳与搬运机器人，广泛地应用在电子工业和机器制造的许多领域。然而，现有夹持工具的几何尺寸、造型及其控制，阻碍了夹持系统在微系统、微操作、微装配以及微并接技术中的应用。简单的解决办法也许是线性缩小传统的夹钳，但这是不可能实现的，因为，这方面需要的夹持系统本身，已属于微技术系统。所以需要在微技术基础之上寻求新的解决方案。

　　开发夹持系统的另一个重点，就是实现传感器性能的集成化。因此，目的是要在微型技术中开发微型夹钳，通过它的各种性能(如传感能力的集成、尺寸、材料特性以及无损耗无间隙的运动传递)表现出一种全新的解决办法。

　　1.硅是最适宜做夹钳的材料

　　硅由于其机械性能，是除玻璃之外最常用作微机械元件的材料。硅具有面心立方晶格。计算机械变形与应力的一个重要前提，是了解所用材料的弹性特征。这在弹性变形中完全是通过一般的虎克定律来说明的。这就是说，当变形小的时侯，应力分量是变形分量的均匀线性表达。下面总结了硅在被选择为夹钳开发中重要材料的主要优点。

　　硅与钢的弹性模数之间几乎没有多大区别，然而在导热性、热负载或耐腐蚀性方面，硅却优于大多数金属(见表1)。它由于无磁滞、抗老化、非常适用于机械材料。此外，硅还提供了机械功能与电功能混合或单体集成的最佳基础，也提供了传感能力集成的基础。最后，硅是目前能够廉价生产纯度最高、无缺陷晶体尺寸最大、供应量充足、几何尺寸多样的材料。

　　2.作为单体驱动的压电变换器

　　为产生小的静力学长度变化，特别要利用反转压电效应。压电变换器与其他电动变换器相比，优点在于无间隙、长度变化快、分辨率高、力量大、结构尺寸小。一个变换器的几何长度变化，可按静力学方式用下列方程式说明:

3.变换器运动的传动机构

　　图2示出硅制微型夹钳。它与用作单体驱动的压电变换器(1)一起固定在一块基板(2)上。通过施加电压，压电变换器产生长度变化，即收缩。因为通过压电变换器的力较大，但在偏移小的情况下并不能直接用于夹持功能，所以仍需要一个传动机构;这里发挥作用的传动机构是有变速功能的微型结钩。因此能够达到使压电变换器的长度变化从几个微米放大10至50倍，可用于火持运功。

　　通过能够连同压电变涣器一起运动的连接件(3)将力进一步传递给力传递部于。〔4-7)。它们都是有口的地这样设讨的:即在低于硅极限应力的机械应力下，把它们用作弹性弯曲关节(弹性固体活节)、在这些部件中产生机械应力，而这些应力又引起小的局部弹性变形，并因此使力或运动以一定的变速比继续传导。这样，夹钳臂(8.9)便做相互张开的运动;而在返回原位时做相互合拢的运动。这样的运动便可用来夹持处在两个夹持面(10)中问的元件。