10、基于柔性结构的力敏微夹爪概念的开发与评估

基于柔性结构的力敏微夹爪概念的开发与评估

1. 引言

随着消费电子和医疗技术的发展，小型化已成为全球趋势。尺寸在 100 微米至 10 毫米之间的微型设备的组装变得越来越具有挑战性。对于大规模生产，可以使用高度专业化和自动化的装配线，但对于独特的原型设备，开发和编程这样的装配线在经济上不可行。因此，出现了将机器人微型装配站与机械解耦的远程用户界面相结合的远程操作微装配系统。

然而，由于装配端和用户端的机械分离，微零件与装配站之间的相互作用力不再直接传递到用户手中，这使得远程操作微零件的装配比手动装配更具挑战性。在微观尺度下，表面力（如表面张力）比体积力（如重力）更占主导，这些表面力对于新手用户来说通常是未知的。为微装配系统添加力反馈可以帮助用户了解这种动态环境，提高装配质量和直观性。

微装配系统的核心组件之一是微夹爪或微操作仪器，用于抓取、移动和放置目标微零件。通用微夹爪对于一系列微系统的组装非常有效，因为它们的结构针对不同的零件几何形状和尺寸进行了优化。与工业应用中使用的高度专业化的机器人夹爪不同，通用微夹爪更具通用性。此外，大多数工业和外科夹持设备由刚性连杆和机械关节组成，会存在机械间隙，这会限制它们在操作小尺寸零件时的性能。

为了克服传统夹持设备在微装配中的这些问题，可以采用基于柔性结构的夹爪，这种结构本身没有机械间隙，还能实现软抓取，特别适合操作易碎物体和结构。柔性结构通常可以整体制造，不需要小型功能性机械零件，因此更容易小型化。如果与应变片、电容元件或相机等结合使用，这些结构可以直接根据其弹性变形来测量夹持力。

2. 方法

2.1 开发过程

开发过程如下：
1. 定义运动