[發明專利]自動微操作裝置

有效

• 申請號: 201310166431.0
• 申請日: 2013-05-08
• 公開（公告）號: CN103264385A
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 袁慶丹;盧清華
• 申請（專利權）人: 袁慶丹;盧清華
• 主分類號: B25J7/00
• 分類號: B25J7/00;B25J13/08;B25J19/04;B25J19/00
• 代理公司: 佛山市永裕信專利代理有限公司 44206
• 代理人: 楊啟成

技術領域

本發明涉及一種微操作裝置。

背景技術

微操作是指在微米、亞微米甚至納米級精度范圍內，對微小尺寸的物體進行穩定、可靠地抓取、裝配或操作。它是集機械、材料、電子、控制以及計算機等多學科為一體的綜合應用技術。目前在許多應用領域，被操作對象不斷地向微小化發展，例如:生物細胞(10-150um)、微機電系統零件(10-100um)、光導纖維(620-125um)、納米材料顆粒(1-100nm)等，操作者在顯微鏡下直接進行操作的傳統方式，需要操作者具有豐富的操作經驗和較高的心理素質，并且勞動強度較高。隨著顯微技術、精密測量和智能控制等相關技術的發展，人們可以根據需要設計開發一種具備高精度測量和高智能化的微操作裝置。

目前，我國生產企業和科研院所所使用的微操作裝置多數依賴進口，價格十分昂貴，維修和調試不方便，而國內設計生產的微操作裝置普遍存在生產成本高、應用范圍狹窄、精度有限等缺點，因此市場占有率不高，難以大量投入應用。

發明內容

本發明的發明目的在于提供一種適應生物工程、微加工、微裝配和醫學工程等領域精細操作的需要，結合機械、電子、光學測量、智能控制等相關技術，設計一種低成本、較高精度的、操作方便、操作界面友善的微操作裝置。

本發明是這樣實現的：包括設置在基座上的多自由度機械手部分、微定位平臺部分、自動變焦顯微視覺部分、微電腦控制部分，多自由度機械手部分包括設置在基座上的帶有關節傳感器的五自由度機械手、由五自由度機械手帶動的微夾鉗，微定位平臺部分包括設置在基座上的宏動臺、設置在宏動臺上的微動臺、設置在微動臺上的載物臺、設置在微動臺上的微位移檢測器，自動變焦顯微視覺部分包括設置在基座上的垂直升降平臺、由垂直升降平臺帶動的帶有照明光源的顯微鏡、設置在顯微鏡上的CCD攝像機，在宏動臺旁的基座上設置有大距離位移檢測器，關節傳感器的電信號輸出、大距離位移檢測器的電信號輸出、微位移檢測器的電信號輸出分別與微電腦控制部分的電信號輸入相連，微電腦部分控制五自由度機械手、微夾鉗、宏動臺、微動臺、垂直升降平臺的動作。

這里，宏動臺是X軸、Y軸兩自由度的動力移動臺，大距離位移檢測器有兩個，分別位于宏動臺的X軸、Y軸方向。大距離位移檢測器采用的是直線光柵位移檢測器。微動臺由壓電陶瓷驅動的X軸、Y軸兩自由度的基于柔性鉸鏈差式杠桿機構，微位移檢測器有兩個，分別位于微動臺的X軸、Y軸方向。微位移檢測器采用的是DVD激光探頭位移檢測器。

工作時首先對單目視覺測量的CCD攝像機進行標定，然后將微小零件固定在載物臺上，微電腦控制部分（計算機）發出指令驅動五自由度機械手，將微夾鉗送至適當位置，通過關節傳感器的檢測，微電腦控制部分可計算得到機械手的位姿信息，并可實時調整機械手姿態。啟動垂直升降平臺的伺服電機，使垂直升降平臺上下移動，以便于顯微鏡自動調焦，微夾鉗所夾持的微小零件可處于顯微視覺系統的視野中，并能清晰顯示，由CCD攝像機的圖像采集卡采集到的圖像信號送至微電腦控制部分，作為自動調焦系統的反饋信號。微電腦控制部分發出指令驅動宏動臺運動，實現微小零件在X和Y方向的大尺度直線運動，大距離位移檢測器反饋其實際位移，形成閉環控制。微小零件向微夾鉗趨進的微運動由微動臺完成，微動臺由壓電陶瓷驅動器驅動，采用基于柔性鉸鏈差式杠桿機構，通過設計位移縮放機構，將驅動器的宏觀輸入位移進行比例縮小，從而實現平臺的微觀輸出，降低了微動臺的制作成本。在微動臺的X和Y方向各裝有一個微位移檢測器，對壓電陶瓷驅動器進行閉環控制，提高微定位精度。當微定位平臺在二維平面內將微小零件送至距離微夾鉗適當距離后，跟據顯微攝像機攝取的圖像采用Depth-From-Focus方法，對微夾鉗在深度方向進行控制，最后在三維空間內實現準確定位，利用微夾鉗實現夾取或裝配等微操作。微夾鉗以彎曲型壓電雙晶片為手指,采用對稱兩指配置。手指一端固定在基座上，另一端懸空，構成懸臂梁結構，改變壓電陶瓷驅動器的輸出電場的極性和電壓大小，即可改變微夾鉗的開或閉狀態及大小。

????本發明與已有技術相比，具有適應生物工程、微加工、微裝配和醫學工程等領域精細操作的需要，結合機械、電子、光學測量、智能控制等相關技術，具有低成本、較高精度的、操作方面、操作界面友善的優點。

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附圖說明：

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明的微動臺的結構示意圖；

圖3為本發明的控制方框圖。

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具體實施方式：