本實用新型涉及微機電系統技術領域，具體的涉及一種壓電驅動夾持器。

背景技術：

當前基于原子、分子及納米尺度物質的操縱、加工技術的納米技術已經成為熱點技術。納米技術包含兩個含義，第一是納米尺度的器件，如納米材料、納米計算機及納米機器人等；第二是本身為宏觀尺度的，但其操作對象是納米尺度的，如納米操作系統等。利用納米操作系統，通過末端執行器人們可以對納米尺度的對象進行拉壓、剪裁、提取——移動——放置、定位、裝配、壓印、彎曲、扭曲等操作。在納米操作系統中，末端執行器一般與納米機器人的夾持器連接，通過控制納米機器人的運動從而實現末端執行器的各項操作。

針對納米器件的三維操作與裝配，目前主要基于掃描電子顯微鏡（以下簡稱SEM）實時圖像的高精度納米操作機器人來完成。納米材料的尺寸介于1納米~100納米范圍之間，要對納米材料進行表征和操作則要求納米操作機器人的末端執行器為極精密的探針如AFM探針等。

目前在SEM內部并沒有自動的末端執行器夾持器裝置，裝夾末端執行器的工作只能由人工完成。目前使用的夾持器是采用手動擰緊緊定螺釘的方式來實現末端執行器的裝夾。采用手動的方式裝夾末端執行器在操作上難度較大，由于末端執行器前端針尖尺寸極小，人眼分辨較困難，在操作過程中稍有不慎或是工作人員操作不當可能會導致末端執行器的針尖在裝夾過程中受到損壞而使其報廢。此外，在很多應用場合，末端執行器常被用于對象電學性能的檢測，所以需要將末端執行器與外部檢測電路相連。

目前的末端夾持器上并沒有集成與外部線路想連接的線路接口裝置，因此在需要進行電學性能測試的情況下，需要不斷重復將末端執行器與外部線路接線的動作，同時還需要檢測線路的通斷防止因接觸不良而導致的測試結果錯誤的情況，接線和檢測電路通斷的過程繁瑣且耗費大量時間。

因此，針對手動裝夾末端執行器的方式效率低且操作難度大，接線以及檢測電路通斷繁瑣等問題，有必要提供一種壓電驅動夾持器，以克服上述缺陷。

技術實現要素：

有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種SEM中真空環境下能自動裝夾末端執行器的壓電驅動夾持器，解決了手動裝夾末端執行器的方式效率低且操作難度大，接線以及檢測電路通斷繁瑣等問題。

為實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案：

一種壓電驅動夾持器，其包括基座，所述壓電驅動夾持器包括自基座一側向外延伸的夾持臂、與夾持臂連接的壓電陶瓷塊、與夾持臂連接的PCB板以及位于夾持臂末端的末端執行器，所述壓電驅動夾持器在真空環境下使用，所述壓電陶瓷塊的變形能帶動夾持臂朝夾緊末端執行器的方向運動并實現真空中自動夾緊末端執行器。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述夾持臂為一杠桿結構，所述夾持臂包括支點部、位于支點部一側的第一杠桿部及位于支點部另一側的第二杠桿部，所述壓電陶瓷塊設于第一杠桿部上，通過夾持臂的杠桿結構將壓電陶瓷塊的變形量放大使得第二杠桿部朝夾緊末端執行器的方向運動并實現自動夾緊末端執行器的操作。通過夾持臂的杠桿結構將壓電陶瓷塊的變形量放大使得下夾持臂向上移動從而實現自動夾緊末端執行器的操作。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述第二杠桿部包括上夾持臂和下夾持臂，通過夾持臂的杠桿結構將壓電陶瓷塊的變形量放大使得下夾持臂向上移動從而實現自動夾緊末端執行器的操作。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述PCB板的一端嵌入在上夾持臂的前端。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述PCB板的另一端的可插拔接口與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連，夾持末端執行器時將PCB板的引腳與末端執行器的引腳一一對應。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述第一杠桿部包括自基座一體延伸的第一臂部以及與第一臂部相對設置的第二臂部，所述壓電陶瓷塊安裝于第一臂部與第二臂部之間。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述第一臂部與第二臂部相互平行。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述壓電陶瓷塊放置于第二臂部上并被第二臂部做支撐，所述第二臂部為懸臂，所述壓電陶瓷塊的變形量放大使得第二杠桿部移動從而實現自動夾緊末端執行器的操作。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述PCB板是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成。是具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路板，具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點，可以構成電路的阻抗，可形成具有一定的高速傳輸電路，可以設定電路、電磁屏蔽層，還可安裝金屬芯層滿足特殊熱隔熱等功能與需求；安裝方便、可靠性高。

優選的，在上述壓電驅動夾持器中，所述PCB板的一端嵌入在夾持臂內，所述PCB板的另一端的可插拔接口與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連，夾持末端執行器時將PCB板的引腳與末端執行器的引腳一一對應。基于柔性電路板的以上優點，以及考慮到防止電鏡內部其他微操作器產生的信號干擾，巧妙設計了將柔性電路板一端嵌入到夾持器上夾持臂前端的結構。柔性PCB板另一端的可插拔接口則與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連。夾持末端執行器時只需將柔性電路板的引腳與末端執行器的引腳一一對應，便能實現測試對象電學性能檢測。

從上述技術方案可以看出，本實用新型實施例通過夾持臂的杠桿結構將壓電陶瓷塊的變形量放大使得下夾持臂向上移動從而實現自動夾緊末端執行器的操作。另外，基于柔性電路板的以上優點，以及考慮到防止電鏡內部其他微操作器產生的信號干擾，巧妙設計了將柔性電路板一端嵌入到夾持器上夾持臂前端的結構。柔性PCB板另一端的可插拔接口則與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連。夾持末端執行器時只需將柔性電路板的引腳與末端執行器的引腳一一對應，便能實現測試對象電學性能檢測。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果包括：

（1）通過設計在真空環境下使用的微型壓電夾持器，在SEM中能夠進行微納機器人末端執行器自動裝夾；

（2）通過設計夾持器末端線路接口結構，便于與末端執行器引腳相匹配；

（3）通過設計末端執行器的微型壓電夾持器，可以穩定夾持不同功能，不同型號的末端執行器。

附圖說明

圖1為本實用新型壓電驅動夾持器的立體示意圖；

圖2為圖1中圓圈部分示意的末端執行器懸臂梁的放大圖；

圖3為壓電驅動夾持器前端與末端執行器的連接示意圖。

其中：基座10、壓電陶瓷塊1、PCB板2、夾持臂3、支點部30、第一杠桿部31、第一臂部311、第二臂部312、第二杠桿部32、上夾持臂33、下夾持臂34、末端執行器4、柔性PCB板引腳5、端執行器引腳6。

具體實施方式

本實用新型公開了一種SEM中在真空環境下能自動裝夾末端執行器的壓電驅動夾持器，解決了手動裝夾末端執行器的方式效率低且操作難度大，接線以及檢測電路通斷繁瑣等問題。

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

如圖1及圖2所示，一種壓電驅動夾持器，其包括基座10，所述壓電驅動夾持器包括自基座10一側向外延伸的夾持臂3、與夾持臂3連接的壓電陶瓷塊1、與夾持臂3連接的PCB板2以及位于夾持臂3末端的末端執行器4，所述壓電驅動夾持器在真空環境下使用，壓電陶瓷塊1的變形能帶動夾持臂3朝夾緊末端執行器4的方向運動并實現真空中自動夾緊末端執行器4。夾持臂3為一杠桿結構，通過夾持臂3的杠桿結構將壓電陶瓷塊1的變形量放大使得夾持臂3朝夾緊末端執行器4的方向運動并實現自動夾緊末端執行器4的操作。

如圖1所示，夾持臂3包括支點部30、位于支點部一側的第一杠桿部31及位于支點部另一側的第二杠桿部32。壓電陶瓷塊1設于第一杠桿部31上，通過夾持臂3的杠桿結構將壓電陶瓷塊1的變形量放大使得第二杠桿部32朝夾緊末端執行器4的方向運動并實現自動夾緊末端執行器4的操作。第二杠桿部包括上夾持臂33和下夾持臂34，通過夾持臂3的杠桿結構將壓電陶瓷塊1的變形量放大使得下夾持臂34向上移動從而實現自動夾緊末端執行器4的操作。

如圖1及圖3所示，PCB板2的一端嵌入在上夾持臂33內側。PCB板2的另一端的可插拔接口與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連，夾持末端執行器4時將PCB板2的PCB板引腳5與末端執行器4的末端執行器引腳6一一對應。

如圖1所示，第一杠桿部31包括自基座10一體延伸的第一臂部311以及與第一臂部311相對設置的第二臂部312，壓電陶瓷塊1安裝于第一臂部311與第二臂部312之間。在一個實施例中，可以將第一臂部311與第二臂部312設置為相互平行。壓電陶瓷塊1放置于第二臂部312上并被第二臂部312做支撐，第二臂部312為懸臂，壓電陶瓷塊1的變形量放大使得第二臂部312移動，從而使得下夾持臂34向上移動從而實現自動夾緊末端執行器4的操作。

PCB板2是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成。PCB板2的一端嵌入在夾持臂3內，PCB板2的另一端的可插拔接口與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連，夾持末端執行器4時將PCB板2的引腳與末端執行器的引腳一一對應。

本實用新型壓電驅動夾持器的工作原理:

壓電驅動夾持器的主要工作原理是基于壓電陶瓷的壓電效應。壓電效應是指某些電介質在沿一定方向上受到外力的作用而變形時，其內部會產生極化象，同時在它的兩個相對表面上出現正負相反的電荷。當外力去掉后，它又會恢復到不帶電的狀態，這種現象稱為正壓電效應。當作用力的方向改變時，電荷的極性也隨之改變。相反，當在電介質的極化方向上施加電場，這些電介質也會發生變形，電場去掉后，電介質的變形隨之消失，這種現象稱為逆壓電效應，或稱為電致伸縮現象。本實用新型壓電驅動夾持器就是利用壓電陶瓷的逆壓電效應，當對壓電陶瓷施加電壓時，陶瓷的高度會發生微弱的變化，通過夾持臂3的杠桿結構將陶瓷的變形量放大使得下夾持臂34向上移動從而實現自動夾緊末端執行器4的操作。

在壓電驅動夾持器的前端設計中，在上夾持臂33內側創造性的將柔性PCB板2嵌入其中。PCB板2是以聚酰亞胺或聚酯薄膜為基材制成的一種具有高度可靠性，絕佳的可撓性印刷電路板。具有配線密度高、重量輕、厚度薄、彎折性好的特點。同時可以構成電路的阻抗，可形成具有一定的高速傳輸電路，可以設定電路、電磁屏蔽層，還可安裝金屬芯層滿足特殊熱隔熱等功能與需求；安裝方便、可靠性高。基于PCB板2的以上優點，以及考慮到防止電鏡內部其他微操作器產生的信號干擾，巧妙設計了將PCB板2一端嵌入到夾持器3上夾持臂33前端的結構。PCB板2另一端的可插拔接口則與掃描電鏡的過真空裝置及外部電路相連。夾持末端執行器4時只需將PCB板2的PCB板引腳5與末端執行器4的端執行器引腳6一一對應，便能實現測試對象電學性能檢測，壓電驅動夾持器前端與末端執行器的連接示意圖如圖3所示。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果包括：

（1）通過設計微型壓電夾持器，在SEM中能夠進行微納機器人末端執行器自動裝夾；

（2）通過設計夾持器末端線路接口結構，便于與末端執行器引腳相匹配；

（3）通過設計末端執行器的微型壓電夾持器，可以穩定夾持不同功能，不同型號的末端執行器。