[发明专利]具备高精度运动控制功能的微纳操作机构

说明书

本发明所公开的一种具备高精度运动控制功能的微纳操作机构，包括底座、安装于底座上的位移传感器、位移放大机构；位移放大机构包括动作件和设置于动作件上的微动伸缩装置，动作件上设置有位移部，位移部上设置有穿刺件，微动伸缩装置伸长驱动动作件发生动作以使位移部发生位移，位移传感器的感应头与位移部位置对应，且微动伸缩装置与位移部之间呈正交状态。其利用压电陶瓷进行微动横向伸缩两驱动柔性铰链发生动作后促使位移部发生微动纵向位移，且位移部的纵向位移来驱动穿刺件实现纵向微动，同时位移传感器用于监测穿刺件进行位移的距离，以便于操作者进行控制穿刺件进行位移的距离。

技术领域

本发明涉及一种微动穿刺机构技术领域，尤其是一种具备高精度运动控制功能的微纳操作机构。

背景技术

传统技术中，对于细胞等的穿刺一般采用玻璃微针手动方式进行穿刺动作，然而手动根本无法控制穿刺距离，从而在做实验过程中导致实验失败率较高。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足而设计的一种具备高精度运动控制功能的微纳操作机构。

本发明所设计的具备高精度运动控制功能的微纳操作机构，包括底座、安装于底座上的位移传感器、位移放大机构；位移放大机构包括动作件和设置于动作件上的微动伸缩装置，动作件上设置有位移部，位移部上设置有穿刺件，微动伸缩装置伸长驱动动作件发生动作以使位移部发生位移，位移传感器的感应头与位移部位置对应，且微动伸缩装置与位移部之间呈正交状态。

对于位移放大机构，将其质量定义为M(x)，哥氏力定义为重力定义为G(x)，驱动力学定义为f＝ku，扰动力矩定义为f_扰动。

则位移放大机构的动力学模型表达如下：

其中，x、和分别表示为位移、速度和加速度，k为压电系数，u为微动伸缩装置的激励电压。为了简化表达，将M(x)简写为M，简写为C，G(x)简写为G；

由于质量、哥氏力和重力在辨识过程中包含有误差项，因此将其分别表示为名义项和误差项之和，令：名义质量为名义哥氏力为名义重力为质量误差为哥氏力误差为重力误差为

鲁棒控制的目标是达到，在微动伸缩装置的驱动下实现位移部的精确运动控制，即，对于给定的一段期望轨迹，位移部能够精确跟踪期望轨迹。为此，定义期望位移x_d和实际位移x之间的差值作为位移误差

e＝x_d-x

定义一个位移误差综合指数：

其中，比例系数β＞0。

定义一个中间状态则可以推导出

其中，

则，微动伸缩装置采用如下的鲁棒控制器进行控制：

其中，比例系数K_P＞0，积分技术K_i＞0，鲁棒系数K_鲁棒＞0，符号函数定义如下

作为优选，位移传感器包括激光位移传感器，激光位移传感器的感应头发出的射线与位移部接触。

作为优选，位移传感器包括机械接触式位移传感机，机械接触式的感应头的感应接触头与位移部接触。