专利摘要

一种压电驱动夹持器，其包括基座，所述压电驱动夹持器包括自基座一侧向外延伸的夹持臂、与夹持臂连接的压电陶瓷块、与夹持臂连接的PCB板以及位于夹持臂末端的末端执行器，所述压电陶瓷块的变形能带动夹持臂朝夹紧末端执行器的方向运动并实现扫描电镜真空中自动进行末端夹持器的装夹，所述夹持臂包括上夹持臂和下夹持臂。本发明通过夹持臂的杠杆结构将压电陶瓷块的变形量放大使得下夹持臂向上移动从而实现自动夹紧末端执行器的操作。

权利要求

1.一种压电驱动夹持器，其包括基座，其特征在于：所述压电驱动夹持器包括自基座一侧向外延伸的夹持臂、与夹持臂连接的压电陶瓷块、与夹持臂连接的PCB板以及位于夹持臂末端的末端执行器，所述压电驱动夹持器在真空环境下使用，所述压电陶瓷块的变形能带动夹持臂朝夹紧末端执行器的方向运动，所述夹持臂为一杠杆结构，所述夹持臂包括支点部、位于支点部一侧的第一杠杆部及位于支点部另一侧的第二杠杆部，所述第一杠杆部包括第一臂部以及与第一臂部相对设置的第二臂部，所述压电陶瓷块安装于第一臂部与第二臂部之间，所述压电陶瓷块放置于第二臂部上并被第二臂部做支撑，所述第二臂部为悬臂，所述第二杠杆部包括上夹持臂和下夹持臂，所述压电陶瓷块的变形量放大使得下夹持臂朝夹紧末端执行器的方向运动并实现自动夹紧末端执行器的操作。

2.根据权利要求1所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述PCB板的一端嵌入在上夹持臂的前端。

3.根据权利要求2所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述PCB板的另一端的可插拔接口与一扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器时将PCB板的引脚与末端执行器的引脚一一对应。

4.根据权利要求1所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述第一臂部自基座一体延伸。

5.根据权利要求1所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述第一臂部与第二臂部相互平行。

6.根据权利要求1所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述PCB板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。

7.根据权利要求1所述的压电驱动夹持器，其特征在于：所述PCB板的一端嵌入在夹持臂内，所述PCB板的另一端的可插拔接口与一扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器时将PCB板的引脚与末端执行器的引脚一一对应。

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体的涉及一种压电驱动夹持器。

背景技术

当前基于原子、分子及纳米尺度物质的操纵、加工技术的纳米技术已经成为热点技术。纳米技术包含两个含义，第一是纳米尺度的器件，如纳米材料、纳米计算机及纳米机器人等；第二是本身为宏观尺度的，但其操作对象是纳米尺度的，如纳米操作系统等。利用纳米操作系统，通过末端执行器人们可以对纳米尺度的对象进行拉压、剪裁、提取——移动——放置、定位、装配、压印、弯曲、扭曲等操作。在纳米操作系统中，末端执行器一般与纳米机器人的夹持器连接，通过控制纳米机器人的运动从而实现末端执行器的各项操作。

针对纳米器件的三维操作与装配，目前主要基于扫描电子显微镜（以下简称SEM）实时图像的高精度纳米操作机器人来完成。纳米材料的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间，要对纳米材料进行表征和操作则要求纳米操作机器人的末端执行器为极精密的探针如AFM探针等。

目前在SEM内部并没有自动的末端执行器夹持器装置，装夹末端执行器的工作只能由人工完成。目前使用的夹持器是采用手动拧紧紧定螺钉的方式来实现末端执行器的装夹。采用手动的方式装夹末端执行器在操作上难度较大，由于末端执行器前端针尖尺寸极小，人眼分辨较困难，在操作过程中稍有不慎或是工作人员操作不当可能会导致末端执行器的针尖在装夹过程中受到损坏而使其报废。此外，在很多应用场合，末端执行器常被用于对象电学性能的检测，所以需要将末端执行器与外部检测电路相连。

目前的末端夹持器上并没有集成与外部线路想连接的线路接口装置，因此在需要进行电学性能测试的情况下，需要不断重复将末端执行器与外部线路接线的动作，同时还需要检测线路的通断防止因接触不良而导致的测试结果错误的情况，接线和检测电路通断的过程繁琐且耗费大量时间。

因此，针对手动装夹末端执行器的方式效率低且操作难度大，接线以及检测电路通断繁琐等问题，有必要提供一种压电驱动夹持器，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种SEM中真空环境下能自动装夹末端执行器的压电驱动夹持器，解决了手动装夹末端执行器的方式效率低且操作难度大，接线以及检测电路通断繁琐等问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种压电驱动夹持器，其包括基座，所述压电驱动夹持器包括自基座一侧向外延伸的夹持臂、与夹持臂连接的压电陶瓷块、与夹持臂连接的PCB板以及位于夹持臂末端的末端执行器，所述压电驱动夹持器在真空环境下使用，所述压电陶瓷块的变形能带动夹持臂朝夹紧末端执行器的方向运动并实现真空中自动夹紧末端执行器。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述夹持臂为一杠杆结构，所述夹持臂包括支点部、位于支点部一侧的第一杠杆部及位于支点部另一侧的第二杠杆部，所述压电陶瓷块设于第一杠杆部上，通过夹持臂的杠杆结构将压电陶瓷块的变形量放大使得第二杠杆部朝夹紧末端执行器的方向运动并实现自动夹紧末端执行器的操作。通过夹持臂的杠杆结构将压电陶瓷块的变形量放大使得下夹持臂向上移动从而实现自动夹紧末端执行器的操作。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述第二杠杆部包括上夹持臂和下夹持臂，通过夹持臂的杠杆结构将压电陶瓷块的变形量放大使得下夹持臂向上移动从而实现自动夹紧末端执行器的操作。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述PCB板的一端嵌入在上夹持臂的前端。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述PCB板的另一端的可插拔接口与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器时将PCB板的引脚与末端执行器的引脚一一对应。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述第一杠杆部包括自基座一体延伸的第一臂部以及与第一臂部相对设置的第二臂部，所述压电陶瓷块安装于第一臂部与第二臂部之间。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述第一臂部与第二臂部相互平行。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述压电陶瓷块放置于第二臂部上并被第二臂部做支撑，所述第二臂部为悬臂，所述压电陶瓷块的变形量放大使得第二杠杆部移动从而实现自动夹紧末端执行器的操作。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述PCB板是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。是具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板，具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点，可以构成电路的阻抗，可形成具有一定的高速传输电路，可以设定电路、电磁屏蔽层，还可安装金属芯层满足特殊热隔热等功能与需求；安装方便、可靠性高。

优选的，在上述压电驱动夹持器中，所述PCB板的一端嵌入在夹持臂内，所述PCB板的另一端的可插拔接口与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器时将PCB板的引脚与末端执行器的引脚一一对应。基于柔性电路板的以上优点，以及考虑到防止电镜内部其他微操作器产生的信号干扰，巧妙设计了将柔性电路板一端嵌入到夹持器上夹持臂前端的结构。柔性PCB板另一端的可插拔接口则与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连。夹持末端执行器时只需将柔性电路板的引脚与末端执行器的引脚一一对应，便能实现测试对象电学性能检测。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例通过夹持臂的杠杆结构将压电陶瓷块的变形量放大使得下夹持臂向上移动从而实现自动夹紧末端执行器的操作。另外，基于柔性电路板的以上优点，以及考虑到防止电镜内部其他微操作器产生的信号干扰，巧妙设计了将柔性电路板一端嵌入到夹持器上夹持臂前端的结构。柔性PCB板另一端的可插拔接口则与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连。夹持末端执行器时只需将柔性电路板的引脚与末端执行器的引脚一一对应，便能实现测试对象电学性能检测。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

（1）通过设计在真空环境下使用的微型压电夹持器，在SEM中能够进行微纳机器人末端执行器自动装夹；

（2）通过设计夹持器末端线路接口结构，便于与末端执行器引脚相匹配；

（3）通过设计末端执行器的微型压电夹持器，可以稳定夹持不同功能，不同型号的末端执行器。

附图说明

图1为本发明压电驱动夹持器的立体示意图；

图2为图1中圆圈部分示意的末端执行器悬臂梁的放大图；

图3为压电驱动夹持器前端与末端执行器的连接示意图。

其中：基座10、压电陶瓷块1、PCB板2、夹持臂3、支点部30、第一杠杆部31、第一臂部311、第二臂部312、第二杠杆部32、上夹持臂33、下夹持臂34、末端执行器4、柔性PCB板引脚5、端执行器引脚6。

具体实施方式

本发明公开了一种SEM中在真空环境下能自动装夹末端执行器的压电驱动夹持器，解决了手动装夹末端执行器的方式效率低且操作难度大，接线以及检测电路通断繁琐等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1及图2所示，一种压电驱动夹持器，其包括基座10，所述压电驱动夹持器包括自基座10一侧向外延伸的夹持臂3、与夹持臂3连接的压电陶瓷块1、与夹持臂3连接的PCB板2以及位于夹持臂3末端的末端执行器4，所述压电驱动夹持器在真空环境下使用，压电陶瓷块1的变形能带动夹持臂3朝夹紧末端执行器4的方向运动并实现真空中自动夹紧末端执行器4。夹持臂3为一杠杆结构，通过夹持臂3的杠杆结构将压电陶瓷块1的变形量放大使得夹持臂3朝夹紧末端执行器4的方向运动并实现自动夹紧末端执行器4的操作。

如图1所示，夹持臂3包括支点部30、位于支点部一侧的第一杠杆部31及位于支点部另一侧的第二杠杆部32。压电陶瓷块1设于第一杠杆部31上，通过夹持臂3的杠杆结构将压电陶瓷块1的变形量放大使得第二杠杆部32朝夹紧末端执行器4的方向运动并实现自动夹紧末端执行器4的操作。第二杠杆部包括上夹持臂33和下夹持臂34，通过夹持臂3的杠杆结构将压电陶瓷块1的变形量放大使得下夹持臂34向上移动从而实现自动夹紧末端执行器4的操作。

如图1及图3所示，PCB板2的一端嵌入在上夹持臂33内侧。PCB板2的另一端的可插拔接口与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器4时将PCB板2的PCB板引脚5与末端执行器4的末端执行器引脚6一一对应。

如图1所示，第一杠杆部31包括自基座10一体延伸的第一臂部311以及与第一臂部311相对设置的第二臂部312，压电陶瓷块1安装于第一臂部311与第二臂部312之间。在一个实施例中，可以将第一臂部311与第二臂部312设置为相互平行。压电陶瓷块1放置于第二臂部312上并被第二臂部312做支撑，第二臂部312为悬臂，压电陶瓷块1的变形量放大使得第二臂部312移动，从而使得下夹持臂34向上移动从而实现自动夹紧末端执行器4的操作。

PCB板2是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成。PCB板2的一端嵌入在夹持臂3内，PCB板2的另一端的可插拔接口与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连，夹持末端执行器4时将PCB板2的引脚与末端执行器的引脚一一对应。

本发明压电驱动夹持器的工作原理:

压电驱动夹持器的主要工作原理是基于压电陶瓷的压电效应。压电效应是指某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩现象。本发明压电驱动夹持器就是利用压电陶瓷的逆压电效应，当对压电陶瓷施加电压时，陶瓷的高度会发生微弱的变化，通过夹持臂3的杠杆结构将陶瓷的变形量放大使得下夹持臂34向上移动从而实现自动夹紧末端执行器4的操作。

在压电驱动夹持器的前端设计中，在上夹持臂33内侧创造性的将柔性PCB板2嵌入其中。PCB板2是以聚酰亚胺或聚酯薄膜为基材制成的一种具有高度可靠性，绝佳的可挠性印刷电路板。具有配线密度高、重量轻、厚度薄、弯折性好的特点。同时可以构成电路的阻抗，可形成具有一定的高速传输电路，可以设定电路、电磁屏蔽层，还可安装金属芯层满足特殊热隔热等功能与需求；安装方便、可靠性高。基于PCB板2的以上优点，以及考虑到防止电镜内部其他微操作器产生的信号干扰，巧妙设计了将PCB板2一端嵌入到夹持器3上夹持臂33前端的结构。PCB板2另一端的可插拔接口则与扫描电镜的过真空装置及外部电路相连。夹持末端执行器4时只需将PCB板2的PCB板引脚5与末端执行器4的端执行器引脚6一一对应，便能实现测试对象电学性能检测，压电驱动夹持器前端与末端执行器的连接示意图如图3所示。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

（1）通过设计微型压电夹持器，在SEM中能够进行微纳机器人末端执行器自动装夹；

（2）通过设计夹持器末端线路接口结构，便于与末端执行器引脚相匹配；

（3）通过设计末端执行器的微型压电夹持器，可以稳定夹持不同功能，不同型号的末端执行器。

一种压电驱动夹持器专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。