[发明专利]微纳机器人末端执行器自动更换装置

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统技术领域，具体的涉及一种SEM中微纳机器人末 端执行器自动更换装置。

背景技术

纳米技术是推动21世纪人类社会节能降耗、绿色环保、智能便捷和健康 生活方向发展的重要科学技术。纳米操作技术在纳米材料的表征，由纳米材 料组装搭建而成纳米器件的操作、加工、装配及测试中起着关键作用，目前 已经成为纳米技术中的关键技术。扫描电子显微镜(SEM)是用于微观结构 形态和化学成分表征检测和分析的最通用的工具之一。因其具有实时纳精度 实时观测、高洁净，高真空度等优点，且能够提供充足的真空室空间，可集 成多种检测装置和定位装置，因此基于SEM的微纳操作系统实现纳米对象的 三维操作与装配是纳米操作领域未来的理想发展方向。

针对纳米器件的三维操作与装配，目前主要基于扫描电子显微镜(SEM) 实时图像的高精度纳米操作机器人来完成。纳米材料的尺寸介于1纳米～100 纳米范围之间，要对纳米材料进行表征和操作则要求纳米操作机器人的末端 执行器为极精密的探针如AFM探针等。但是受显微镜观测空间限制，纳米机 器人系统的精密度与灵活度不足，视觉反馈与力反馈受操作条件的限制，阻 碍了纳米机器人的实时控制与精确定位，操纵纳米机器人对纳米对象进行复 杂操作时常常会造成末端执行器的损坏从而需要对末端执行器进行更换。

目前在SEM内部并没有搭建自动的微纳机器人末端执行器更换装置，所 有的更换工作只能由人工完成。而SEM工作时内部样品室为真空环境，要对 纳米操作机器人的末端执行器进行更换则需要打开SEM的样品仓，对末端执 行器更换之后还需要对样品室进行抽真空之后才能继续进行相关实验和操 作。这种人工更换末端执行器的方式会消耗操作者大量的时间，而且由于末 端执行器前端针尖尺寸极小，人眼分辨较困难，在操作过程中稍有不慎或是 工作人员操作不当可能会导致末端执行器的针尖在更换过程中受到损坏而使 其报废。末端执行器一般为较精密的探针，相应的价格也较高。在更换过程 中损坏探针也会造成资金和资源的损失。另外，频繁的开关仓门也会导致扫 描电镜样品室内的真空度降低，对纳米材料的观测和操作造成影响。

因此，针对上述技术问题，有必要提供一种SEM中能自动更换的微纳机 器人末端执行器更换装置，以克服上述缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种微纳机器人末端执行器自动更换 装置，该装置能够解决人工更换末端执行器的方式效率低且操作难度大等问 题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种微纳机器人末端执行器自动更换装置，其包括能进行三维运动的电 动夹持器装置以及旋转定位装置，所述旋转定位装置上设有末端执行器，所 述电动夹持器装置设有用以夹持末端执行器的夹持器。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述电动夹持 器装置包括X轴微动平台、Z轴微动平台以及Y轴微动平台，所述X、Y、Z 轴三维微动平台均与夹持器连接，所述X、Y、Z轴三维微动平台能实现夹持 器在X，Y，Z三个方向上的直线运动。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述夹持器包 括两个用以从两侧夹持末端执行器的夹持臂。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述旋转定位 装置包括圆盘转台以及控制圆盘转台转动的微型电动马达。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，在所述圆盘转 台上设有能放置不同型号末端执行器的若干个第一卡槽。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，若干所述第一 卡槽均匀分布于圆盘转台远离圆心的外边缘。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述末端执行 器嵌入在第一卡槽内。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述末端执行 器装入第一卡槽后将第一卡槽分隔形成两个分别位于末端执行器两侧的第二 卡槽。

优选的，在上述微纳机器人末端执行器自动更换装置中，所述圆盘转台 的直径范围在40mm-80mm之间。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例通过对扫描电镜内部空间的合 理利用，设计了放置末端执行器的高精度旋转定位装置，能在电镜的有限空 间内及高真空环境下稳定工作，既可以用于放置不同功能的末端执行器，也 可以用于回收废旧末端执行器。