[发明专利]一种液滴微操作机械手及控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及液滴微操作技术领域，特别涉及一种液滴微操作机械手及控制方法。

背景技术

随着机械电子产品的小型化，机电产品的元器件也逐渐趋向小型化，薄型化的发展趋势。在微型部件的装配中，往往涉及到微型部件位置和姿态的调整，这对微操作装置提出了很高的要求。

目前国内外对于微小部件的装配，主要有基于微操作工具的方法、真空吸附法与基于表面张力的方法等。

南京航空航天大学韩江义所提出一种夹钳式力反馈微遥操作系统，通过夹钳式主手，压电陶瓷驱动的微夹持器和主从式反馈控制模块，可使操作者在遥微操作中有夹持力觉临场感，实现对于微小物体的夹持和移动操作。

日本名古屋大学的TAMIO开发的一种双指微操作手，模仿筷子夹持物体的机理，实现对于物体的拾取、移动、旋转和释放。虽然这种直接夹持方法比较稳定，但是微尺度对于传感器的精度提出了很高的要求，而且夹持操作难免会导致夹持部件的变形，对部件造成一些不良的影响。

真空吸附法在微装配中应用最为广泛，通过负压的方式来吸持微小部件，但这种方法很难实现微小部件的姿态调整，而且对吸附表面有严格要求。

日本琦玉大学的芳贺哲也提出了一种通过毛细管内负压借助液体表面张力间接吸持部件的方法。这种方法避免了直接夹持对物体带来的挤压，但是机械操作的灵活性降低，只能实现部件的移动操作，而无法实现部件三维空间内姿态的调整。

Imperial College London的Richard提出基于表面张力的自适应微型机械装置，装置通过微型部件连接部位处的液体表面张力来控制连接部位的转动角度；东京工业大学的Kaiji Sato提出了一种液体表面张力驱动微小部件自适应定位方法，讨论了自适应运动方法的影响因素和改进方法，这些方法都是将表面张力应用到微小物体的姿态调整中，但只能调整特定的姿态。

除了上述的方法之外，微小机器人在微装配中应用也越来越多，但由于系统的复杂性和应用环境的限制，目前还没有得到广泛的应用。

发明内容

本发明的发明目的是针对现有基于液体表面张力的微操作技术不足，提供一种液滴微操作机械手，通过拉直的钨丝棒的上下移动，控制液滴的形态，改变吸附在液滴表面的微小物体的姿态，从而实现任何形状的微小物体空间范围内位置和姿态的控制。

进一步地，提供一种液滴微操作机械手的控制方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种液滴微操作机械手，包括上、下定位板及设在上、下定位板之间的定位环；上定位板上安装有多个微型步进马达；所述机械手还包括毛细微管，毛细微管的下端穿过定位环及下定位板；下定位板上安装有与微型步进马达相同数目的多个三角形连接板，每个微型步进马达的丝杆式输出轴与导轨均穿过定位环安装在一个三角形连接板上，且该三角形连接板能够沿着该微型步进马达的导轨移动；毛细微管的下端环绕有与三角形连接板相同数目且拉直的多根钨丝棒，每个钨丝棒的上端与一个三角形连接板连接；每个钨丝棒的下端也穿过下定位板，液体通过毛细微管流入钨丝棒所围成的环形区域并在钨丝棒所围成的环形区域的下端端面形成液滴。

优选地，所述钨丝棒为6-10根，且钨丝棒的下端面表面光滑。

优选地，所述钨丝棒为6根，6根钨丝棒的直径一致，钨丝棒直线度小于0.008mm，其长度为5cm-6cm，其直径为300μｍ-500μｍ。

优选地，微型步进马达为6个，其单步移动的步长为小于0.3um。

优选地，微型步进马达的顶端设有固定板，毛细微管的上端穿过该固定板；微型步进马达的丝杆式输出轴通过矩形螺母安装在三角形连接板上, 矩形螺母能够沿着微型步进电机的导轨运动,每个钨丝棒通过胶水与对应的三角形连接板固定连接。固定板通过螺栓固定在上定位板上，主要起固定作用。

优选地，所述毛细微管的外径为1mm—0.5mm，内径为0.3-0.7mm，且毛细微管的下端面缩进六根钨丝棒的下端面1.5mm—2mm，液体通过注射器注入毛细微管中，并保持一定的压力。

进一步地，提供一种液滴微操作机械手的控制方法，往毛细微管中注入液体，液体流经钨丝棒所围成的环形区域，在钨丝棒所围成的环形区域的下端端面形成液滴；通过控制各钨丝棒的上下移动量，改变钨丝棒所围成的环形区域的下端端面形状，使端面形成液滴的形态也随之改变，基于表面张力吸附在液滴上的微小部件的姿态将随之变化；当钨丝棒的上下移动时，液滴的位置随之改变，从而实现对于微小部件位置和姿态控制。