[发明专利]自动微操作装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种微操作装置。

背景技术

微操作是指在微米、亚微米甚至纳米级精度范围内，对微小尺寸的物体进行稳定、可靠地抓取、装配或操作。它是集机械、材料、电子、控制以及计算机等多学科为一体的综合应用技术。目前在许多应用领域，被操作对象不断地向微小化发展，例如:生物细胞(10-150um)、微机电系统零件(10-100um)、光导纤维(620-125um)、纳米材料颗粒(1-100nm)等，操作者在显微镜下直接进行操作的传统方式，需要操作者具有丰富的操作经验和较高的心理素质，并且劳动强度较高。随着显微技术、精密测量和智能控制等相关技术的发展，人们可以根据需要设计开发一种具备高精度测量和高智能化的微操作装置。

目前，我国生产企业和科研院所所使用的微操作装置多数依赖进口，价格十分昂贵，维修和调试不方便，而国内设计生产的微操作装置普遍存在生产成本高、应用范围狭窄、精度有限等缺点，因此市场占有率不高，难以大量投入应用。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种适应生物工程、微加工、微装配和医学工程等领域精细操作的需要，结合机械、电子、光学测量、智能控制等相关技术，设计一种低成本、较高精度的、操作方便、操作界面友善的微操作装置。

本发明是这样实现的：包括设置在基座上的多自由度机械手部分、微定位平台部分、自动变焦显微视觉部分、微电脑控制部分，多自由度机械手部分包括设置在基座上的带有关节传感器的五自由度机械手、由五自由度机械手带动的微夹钳，微定位平台部分包括设置在基座上的宏动台、设置在宏动台上的微动台、设置在微动台上的载物台、设置在微动台上的微位移检测器，自动变焦显微视觉部分包括设置在基座上的垂直升降平台、由垂直升降平台带动的带有照明光源的显微镜、设置在显微镜上的CCD摄像机，在宏动台旁的基座上设置有大距离位移检测器，关节传感器的电信号输出、大距离位移检测器的电信号输出、微位移检测器的电信号输出分别与微电脑控制部分的电信号输入相连，微电脑部分控制五自由度机械手、微夹钳、宏动台、微动台、垂直升降平台的动作。

这里，宏动台是X轴、Y轴两自由度的动力移动台，大距离位移检测器有两个，分别位于宏动台的X轴、Y轴方向。大距离位移检测器采用的是直线光栅位移检测器。微动台由压电陶瓷驱动的X轴、Y轴两自由度的基于柔性铰链差式杠杆机构，微位移检测器有两个，分别位于微动台的X轴、Y轴方向。微位移检测器采用的是DVD激光探头位移检测器。

工作时首先对单目视觉测量的CCD摄像机进行标定，然后将微小零件固定在载物台上，微电脑控制部分（计算机）发出指令驱动五自由度机械手，将微夹钳送至适当位置，通过关节传感器的检测，微电脑控制部分可计算得到机械手的位姿信息，并可实时调整机械手姿态。启动垂直升降平台的伺服电机，使垂直升降平台上下移动，以便于显微镜自动调焦，微夹钳所夹持的微小零件可处于显微视觉系统的视野中，并能清晰显示，由CCD摄像机的图像采集卡采集到的图像信号送至微电脑控制部分，作为自动调焦系统的反馈信号。微电脑控制部分发出指令驱动宏动台运动，实现微小零件在X和Y方向的大尺度直线运动，大距离位移检测器反馈其实际位移，形成闭环控制。微小零件向微夹钳趋进的微运动由微动台完成，微动台由压电陶瓷驱动器驱动，采用基于柔性铰链差式杠杆机构，通过设计位移缩放机构，将驱动器的宏观输入位移进行比例缩小，从而实现平台的微观输出，降低了微动台的制作成本。在微动台的X和Y方向各装有一个微位移检测器，对压电陶瓷驱动器进行闭环控制，提高微定位精度。当微定位平台在二维平面内将微小零件送至距离微夹钳适当距离后，跟据显微摄像机摄取的图像采用Depth-From-Focus方法，对微夹钳在深度方向进行控制，最后在三维空间内实现准确定位，利用微夹钳实现夹取或装配等微操作。微夹钳以弯曲型压电双晶片为手指,采用对称两指配置。手指一端固定在基座上，另一端悬空，构成悬臂梁结构，改变压电陶瓷驱动器的输出电场的极性和电压大小，即可改变微夹钳的开或闭状态及大小。

    本发明与已有技术相比，具有适应生物工程、微加工、微装配和医学工程等领域精细操作的需要，结合机械、电子、光学测量、智能控制等相关技术，具有低成本、较高精度的、操作方面、操作界面友善的优点。

 

附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的微动台的结构示意图；

图3为本发明的控制方框图。

 

具体实施方式：