[實(shí)用新型]微操作智能儀器

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 99256145.0
• 申請(qǐng)日: 1999-12-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN2434105Y
• 公開(kāi)（公告）日: 2001-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣莊德;劉曉峰;馬少?gòu)?qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J13/00
• 分類號(hào): B25J13/00
• 代理公司: 西安交通大學(xué)專利事務(wù)所
• 代理人: 賈玉健

本實(shí)用新型涉及一種微操作智能儀器，屬于精密儀器技術(shù)領(lǐng)域，在生物工程、醫(yī)學(xué)、MEMS(微型機(jī)械電子系統(tǒng))領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)微操作。

多自由度微操作是微操作儀器完成微操作的核心，根據(jù)抓取原理和驅(qū)動(dòng)方式的不同，微夾持器主要有以下幾種：

(1)靜電式夾持器：通常以硅為材料，采用叉指式結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)小型化與集成化，但是由于靜電場(chǎng)的特性，難以實(shí)現(xiàn)大的力和位移輸出。

(2)真空吸附式微夾持器：對(duì)特定的操作，如抓取球形透鏡，可以使用真空吸附原理。但是這樣的動(dòng)作只限于抓取和松開(kāi)兩種，而且只能對(duì)于有規(guī)則表面形狀的物體。在夾持器上還可以裝上一維力傳感器，以測(cè)量施加于透鏡上的力。

(3)電磁驅(qū)動(dòng)式微夾持器：這種微夾持器是以電磁力為驅(qū)動(dòng)電源，帶動(dòng)斜楔推動(dòng)夾爪完成夾持動(dòng)作，是一個(gè)將電磁能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能實(shí)現(xiàn)夾持功能的組件。它的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，裝配精度要求高。

(4)壓電驅(qū)動(dòng)式夾持器壓：電驅(qū)動(dòng)式微突持器是一個(gè)將電場(chǎng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的集成化組件。它的驅(qū)動(dòng)元件采用壓電元件，執(zhí)行機(jī)構(gòu)多采用柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)，工作時(shí)，施加相應(yīng)的電壓，壓電元件產(chǎn)生伸縮變形，驅(qū)動(dòng)柔性鉸鏈機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位移放大，并完成突持動(dòng)作。它的投入較大。

本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提出一種微操作智能儀器，其微機(jī)械手主要是由熱雙金屬構(gòu)成，控制它的溫度，便可使它變形、彎曲，完成夾持及擺臂運(yùn)動(dòng)，具有原理簡(jiǎn)單、投入少、易實(shí)現(xiàn)、動(dòng)作平穩(wěn)、動(dòng)作范圍大等優(yōu)點(diǎn)。

圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型微機(jī)械手12的運(yùn)動(dòng)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型微機(jī)械手12的結(jié)構(gòu)原理圖。

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作詳細(xì)說(shuō)明。

參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型包括一微機(jī)7，受微機(jī)7控制的步進(jìn)電機(jī)8，微動(dòng)工作臺(tái)9，視覺(jué)監(jiān)視系統(tǒng)10，微機(jī)械手12，步進(jìn)電機(jī)8置于微動(dòng)工作臺(tái)9上，微機(jī)械手12與步進(jìn)電機(jī)8的軸相連接，并被視覺(jué)監(jiān)視系統(tǒng)10所監(jiān)控。上述結(jié)構(gòu)均置于三維工作臺(tái)11上。

參見(jiàn)圖2，通過(guò)微機(jī)7的控制軟件控制步進(jìn)電機(jī)8、微動(dòng)工作臺(tái)9輔助微機(jī)械手12提供軸向旋轉(zhuǎn)和前后的運(yùn)動(dòng)，微機(jī)械手12的擺臂和抓取動(dòng)作的控制是由與之配置的單片機(jī)(圖中標(biāo)出)完成，微機(jī)通過(guò)串口向單片機(jī)發(fā)送需要的控制命令。三維工作臺(tái)11提供大范圍內(nèi)的宏觀運(yùn)動(dòng)。視覺(jué)監(jiān)視系統(tǒng)10提供視覺(jué)反饋。

參見(jiàn)圖3，微機(jī)械手12包括一熱雙金屬片1，熱雙金屬片1上纏繞有漆包線2、3，熱雙金屬片1通過(guò)隔熱層4與一彈性金屬片5相配置，彈性金屬片5上配置有應(yīng)變片6。

使用時(shí)，漆包線2、3分別與電源相連接，通過(guò)PWM(脈寬調(diào)制)的控制方式控制電源的開(kāi)關(guān)、可將加熱功率細(xì)分成許多份，漆包線2或3發(fā)熱后熱雙金屬1就發(fā)生變形。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是容易控制夾持力的大小，當(dāng)彈性金屬片5受到來(lái)自變形后的發(fā)熱雙金屬片1的擠壓就會(huì)發(fā)生彈性變形，應(yīng)變片6的電阻隨之改變。通過(guò)電橋?qū)㈦娮璧淖兓儞Q成電壓的變化，再經(jīng)過(guò)A/D后反饋給單片機(jī)的CPU，即可準(zhǔn)確、迅速達(dá)到設(shè)定的夾持力。

本實(shí)用新型是一個(gè)集機(jī)器人操作手、力覺(jué)系統(tǒng)、顯微鏡視覺(jué)系統(tǒng)為一體的微型物體的作業(yè)系統(tǒng)，在微型零件裝配、細(xì)胞操作、集成電路組裝等技術(shù)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景和重要的研究意義。