[发明专利]基于SPM探针增强作业的纳米操作系统

权利要求书

1.一种基于SPM探针增强作业的纳米操作系统，包括人机交互界面及SPM装置，其特征在于：还包括规划层、操作层，其中所述人机交互界面提供操作者操作需求，由规划层求取增强探针起始位置与终止位置的水平坐标差和垂直坐标差及起始位置与终止位置的角度差，再将这些差值分解成增强探针的一系列平动和转动基本操作，将分解后的基本操作的起始和终止坐标通过以太网发送给操作层；操作层利用起始和终止坐标作为输入数据，采用SPM探针增强作业方法进行增强探针的平动操作规划和转动操作规划，并将规划后的探针位置信息向SPM发送，由SPM装置控制探针进行操作；

所述规划层根据操作者在确定的起始位置和终止位置进行任务的规划，具体如下：

1)求解增强探针的宽度：在SPM探针运动平面xoy内由用户选定的两点连线确定操作的起始位置，两点坐标分别为(xi′，yi′)，则增强探针的宽度为：

2)求解增强探针的初始斜率：两点坐标(xi′，yi′)为参数，根据式(2)求斜率ki：

3)求解操作的终止位置：由用户在SPM探针运动平面xoy内取点(xo′，yo′)确定终止位置为

4)根据式(3)求解操作的最终斜率：

5)根据式(4)求解增强探针中点的起始位置与终止位置的水平坐标差和垂直坐标差：

6)根据式(5)增强探针的起始位置与终止位置的角度差：

7)求解平动和转动的组合：根据起始位置与终止位置的水平坐标差和垂直坐标差及起始位置与终止位置的角度差，组合一系列平动操作和转动操作；求解公式如下：

其中：r_j为SPM探针增强作业第j次转动操作，m_xk为SPM探针增强作业第k次水平平动操作，m_y1为SPM探针增强作业第1次垂直平动操作；

在任务分解结束后，所述规划层将所述一系列的基本平动转动操作的起始坐标和终止坐标逐一发送给操作层；

所述操作层中SPM探针增强作业方法是通过控制参数设定操作的起始位置和终止位置，结合基于探针预编程的平动操作规划方法或转动操作规划方法中规定的单步操作距离或旋转角度、操作点间距和方向，计算出探针的操作点数，实现平动或转动操作；

所述探针平动操作规划方法：定义SPM探针运动平面为xoy，起始坐标为(x_is，y_is)，终止坐标为(x_ie，y_ie)，则第i次单步操作的起始和终止的坐标：

其中L为探针操作宽度，n为作用于宽度L上的作用点数，d为单步操作距离；

所述转动操作规划方法：设旋转坐标系x′o′y′的中心O′在SPM探针运动平面xoy内，旋转坐标系的中心O′在SPM探针运动平面xoy中的坐标为(x₀，y₀)，则旋转坐标系x′o′y′中任意点(x′，y′)的坐标在SPM探针运动平面xoy中的坐标表示为：

x＝x′+x₀和y＝y′+y₀

若初始的角度为0⁰，探针的首次操作的起始坐标为(x′_1s，y′_1s)，终止坐标为(x′_1e，y′_1e)，则在SPM探针运动平面xoy内，第i步推动操作的起始和终止的坐标表示为：

其中：n为推动操作次数，增强后探针的宽度为L，m为操作点间距，θ为旋转角度；

所述探针预编程规划方法：通过平动或转动操作规划方法对被操作对象上等间距点进行n次推动操作，使其操作结果体现出一致性，获得增强后探针；按如下步骤进行SPM探针增强作业：预设操作点间距m和单步操作距离d或旋转角度θ，在操作者确定操作范围后，确定首次操作的起始坐标和增强后探针的宽度L；在已知操作点间距m的情况下，获得总的操作次数n；

操作的步数由变量i控制，i的初始值为1；每次执行操作之前i都要与n比较，操作在当i的值不大于n时进行；每次操作之后对变量i值加1，再根据平动或转动操作规划确定下次操作的起始和终止坐标。