自動(dòng)微操作裝置制造方法
【專利摘要】一種自動(dòng)微操作裝置，其特征在于包括設(shè)置在基座上的多自由度機(jī)械手部分、微定位平臺(tái)部分、自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分、微電腦控制部分。多自由度機(jī)械手部分包括設(shè)置在基座上的帶有關(guān)節(jié)傳感器的五自由度機(jī)械手，微定位平臺(tái)部分包括設(shè)置在基座上的宏動(dòng)臺(tái)，設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)上的微位移檢測(cè)器，自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分包括設(shè)置在基座上的垂直升降平臺(tái)、由垂直升降平臺(tái)帶動(dòng)的帶有照明光源的顯微鏡、設(shè)置在顯微鏡上的攝像機(jī)，在宏動(dòng)臺(tái)旁的基座上設(shè)置有大距離位移檢測(cè)器，關(guān)節(jié)傳感器的電信號(hào)輸出、大距離位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出、微位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制部分的電信號(hào)輸入相連。本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，具有適應(yīng)生物工程、微加工、微裝配和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域精細(xì)操作的需要，結(jié)合機(jī)械、電子、光學(xué)測(cè)量、智能控制等相關(guān)技術(shù)，具有低成本、較高精度的、操作方面、操作界面友善的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】自動(dòng)微操作裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及一種微操作裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微操作是指在微米、亞微米甚至納米級(jí)精度范圍內(nèi)，對(duì)微小尺寸的物體進(jìn)行穩(wěn)定、可靠地抓取、裝配或操作。它是集機(jī)械、材料、電子、控制以及計(jì)算機(jī)等多學(xué)科為一體的綜合應(yīng)用技術(shù)。目前在許多應(yīng)用領(lǐng)域，被操作對(duì)象不斷地向微小化發(fā)展，例如:生物細(xì)胞(10-150um)、微機(jī)電系統(tǒng)零件(IO-1OOum)、光導(dǎo)纖維(620_125um)、納米材料顆粒(1-1OOnm)等，操作者在顯微鏡下直接進(jìn)行操作的傳統(tǒng)方式，需要操作者具有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)和較高的心理素質(zhì)，并且勞動(dòng)強(qiáng)度較高。隨著顯微技術(shù)、精密測(cè)量和智能控制等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，人們可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種具備高精度測(cè)量和高智能化的微操作裝置。
[0003]目前，我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)和科研院所所使用的微操作裝置多數(shù)依賴進(jìn)口，價(jià)格十分昂貴，維修和調(diào)試不方便，而國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的微操作裝置普遍存在生產(chǎn)成本高、應(yīng)用范圍狹窄、精度有限等缺點(diǎn)，因此市場(chǎng)占有率不高，難以大量投入應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于提供一種適應(yīng)生物工程、微加工、微裝配和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域精細(xì)操作的需要，結(jié)合機(jī)械、電子、光學(xué)測(cè)量、智能控制等相關(guān)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種低成本、較高精度的、操作方便、操作界面友善的微操作裝置。
[0005]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括設(shè)置在基座上的多自由度機(jī)械手部分、微定位平臺(tái)部分、自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分、微電腦控制部分，多自由度機(jī)械手部分包括設(shè)置在基座上的帶有關(guān)節(jié)傳感器的五自由度機(jī)械手、由五自由度機(jī)械手帶動(dòng)的微夾鉗，微定位平臺(tái)部分包括設(shè)置在基座上的宏動(dòng)臺(tái)、設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的微動(dòng)臺(tái)、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)上的載物臺(tái)、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)上的微位移檢測(cè)器，自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分包括設(shè)置在基座上的垂直升降平臺(tái)、由垂直升降平臺(tái)帶動(dòng)的帶有照明光源的顯微鏡、設(shè)置在顯微鏡上的C⑶攝像機(jī)，在宏動(dòng)臺(tái)旁的基座上設(shè)置有大距離位移檢測(cè)器，關(guān)節(jié)傳感器的電信號(hào)輸出、大距離位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出、微位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制部分的電信號(hào)輸入相連，微電腦部分控制五自由度機(jī)械手、微夾鉗、宏動(dòng)臺(tái)、微動(dòng)臺(tái)、垂直升降平臺(tái)的動(dòng)作。
[0006]這里，宏動(dòng)臺(tái)是X軸、Y軸兩自由度的動(dòng)力移動(dòng)臺(tái)，大距離位移檢測(cè)器有兩個(gè)，分別位于宏動(dòng)臺(tái)的X軸、Y軸方向。大距離位移檢測(cè)器采用的是直線光柵位移檢測(cè)器。微動(dòng)臺(tái)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的X軸、Y軸兩自由度的基于柔性鉸鏈差式杠桿機(jī)構(gòu)，微位移檢測(cè)器有兩個(gè)，分別位于微動(dòng)臺(tái)的X軸、Y軸方向。微位移檢測(cè)器采用的是DVD激光探頭位移檢測(cè)器。
[0007]工作時(shí)首先對(duì)單目視覺(jué)測(cè)量的CCD攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，然后將微小零件固定在載物臺(tái)上，微電腦控制部分(計(jì)算機(jī))發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)五自由度機(jī)械手，將微夾鉗送至適當(dāng)位置，通過(guò)關(guān)節(jié)傳感器的檢測(cè)，微電腦控制部分可計(jì)算得到機(jī)械手的位姿信息，并可實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)械手姿態(tài)。啟動(dòng)垂直升降平臺(tái)的伺服電機(jī)，使垂直升降平臺(tái)上下移動(dòng)，以便于顯微鏡自動(dòng)調(diào)焦，微夾鉗所夾持的微小零件可處于顯微視覺(jué)系統(tǒng)的視野中，并能清晰顯示，由CCD攝像機(jī)的圖像采集卡采集到的圖像信號(hào)送至微電腦控制部分，作為自動(dòng)調(diào)焦系統(tǒng)的反饋信號(hào)。微電腦控制部分發(fā)出指令驅(qū)動(dòng)宏動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)微小零件在X和Y方向的大尺度直線運(yùn)動(dòng)，大距離位移檢測(cè)器反饋其實(shí)際位移，形成閉環(huán)控制。微小零件向微夾鉗趨進(jìn)的微運(yùn)動(dòng)由微動(dòng)臺(tái)完成，微動(dòng)臺(tái)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，采用基于柔性鉸鏈差式杠桿機(jī)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)位移縮放機(jī)構(gòu)，將驅(qū)動(dòng)器的宏觀輸入位移進(jìn)行比例縮小，從而實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的微觀輸出，降低了微動(dòng)臺(tái)的制作成本。在微動(dòng)臺(tái)的X和Y方向各裝有一個(gè)微位移檢測(cè)器，對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行閉環(huán)控制，提高微定位精度。當(dāng)微定位平臺(tái)在二維平面內(nèi)將微小零件送至距離微夾鉗適當(dāng)距離后，跟據(jù)顯微攝像機(jī)攝取的圖像采用Depth-From-Focus方法,對(duì)微夾鉗在深度方向進(jìn)行控制，最后在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，利用微夾鉗實(shí)現(xiàn)夾取或裝配等微操作。微夾鉗以彎曲型壓電雙晶片為手指，采用對(duì)稱兩指配置。手指一端固定在基座上，另一端懸空，構(gòu)成懸臂梁結(jié)構(gòu)，改變壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的輸出電場(chǎng)的極性和電壓大小，即可改變微夾鉗的開(kāi)或閉狀態(tài)及大小。
[0008]本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，具有適應(yīng)生物工程、微加工、微裝配和醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域精細(xì)操作的需要，結(jié)合機(jī)械、電子、光學(xué)測(cè)量、智能控制等相關(guān)技術(shù)，具有低成本、較高精度的、操作方面、操作界面友善的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】:
[0010]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2為本實(shí)用新型的微動(dòng)臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3為本實(shí)用新型的控制方框圖。
[0013]【具體實(shí)施方式】:
[0014]現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0015]如圖所示，本實(shí)用新型包括設(shè)置在基座16上的多自由度機(jī)械手部分、微定位平臺(tái)部分、自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分、微電腦控制部分(計(jì)算機(jī)系統(tǒng))1，自由度機(jī)械手部分包括設(shè)置在基座16上的帶有關(guān)節(jié)傳感器的五自由度機(jī)械手5、由五自由度機(jī)械手5帶動(dòng)的微夾鉗12，微定位平臺(tái)部分包括設(shè)置在基座16上的宏動(dòng)臺(tái)7、設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)7上的微動(dòng)臺(tái)13、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)13上的載物臺(tái)19、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)13上的微位移檢測(cè)器15、設(shè)置在基座16與宏動(dòng)臺(tái)7間的隔振臺(tái)17，自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分包括設(shè)置在基座16上的垂直升降平臺(tái)18、由垂直升降平臺(tái)18帶動(dòng)的帶有照明光源的顯微鏡9-1、設(shè)置在顯微鏡9-1上的CXD攝像機(jī)9-2，在宏動(dòng)臺(tái)7旁的基座16上設(shè)置有大距離位移檢測(cè)器10，五自由度機(jī)械手5的關(guān)節(jié)傳感器8的電信號(hào)輸出、大距離位移檢測(cè)器10的電信號(hào)輸出、微位移檢測(cè)器15的電信號(hào)輸出、CCD攝像機(jī)9-2的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制部分I的電信號(hào)輸入相連，微電腦控制部分I的控制電信號(hào)輸出分別通過(guò)多軸運(yùn)動(dòng)控制器2與五自由度機(jī)械手5的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器3的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制電信號(hào)輸入、垂直升降平臺(tái)6和宏動(dòng)臺(tái)7的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器4的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)控制電信號(hào)輸入、微夾鉗12和微動(dòng)臺(tái)13的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器14的驅(qū)動(dòng)控制電信號(hào)輸入相連。
[0016]這里，宏動(dòng)臺(tái)7是X軸、Y軸兩自由度的動(dòng)力移動(dòng)臺(tái)，宏動(dòng)臺(tái)7包括沿X軸導(dǎo)軌移動(dòng)的X軸基座以及沿X軸座上的Y軸導(dǎo)軌移動(dòng)的Y軸基座，X軸基座由X軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，Y軸基座由Y軸驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，大距離位移檢測(cè)器10有兩個(gè)，分別位于宏動(dòng)臺(tái)7的X軸、Y軸方向。大距離位移檢測(cè)器10采用的是直線光柵位移檢測(cè)器。微動(dòng)臺(tái)13由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的X軸、Y軸兩自由度的基于柔性鉸鏈差式杠桿機(jī)構(gòu)(如本發(fā)明人發(fā)明的已申請(qǐng)專利的技術(shù))，微位移檢測(cè)器15有兩個(gè)，分別位于微動(dòng)臺(tái)13的X軸、Y軸方向。微位移檢測(cè)器15采用的是DVD激光探頭位移檢測(cè)器。
【權(quán)利要求】
1.一種自動(dòng)微操作裝置，其特征在于包括設(shè)置在基座上的多自由度機(jī)械手部分、微定位平臺(tái)部分、自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分、微電腦控制部分，多自由度機(jī)械手部分包括設(shè)置在基座上的帶有關(guān)節(jié)傳感器的五自由度機(jī)械手、由五自由度機(jī)械手帶動(dòng)的微夾鉗，微定位平臺(tái)部分包括設(shè)置在基座上的宏動(dòng)臺(tái)、設(shè)置在宏動(dòng)臺(tái)上的微動(dòng)臺(tái)、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)上的載物臺(tái)、設(shè)置在微動(dòng)臺(tái)上的微位移檢測(cè)器，自動(dòng)變焦顯微視覺(jué)部分包括設(shè)置在基座上的垂直升降平臺(tái)、由垂直升降平臺(tái)帶動(dòng)的帶有照明光源的顯微鏡、設(shè)置在顯微鏡上的攝像機(jī)，在宏動(dòng)臺(tái)旁的基座上設(shè)置有大距離位移檢測(cè)器，關(guān)節(jié)傳感器的電信號(hào)輸出、大距離位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出、微位移檢測(cè)器的電信號(hào)輸出分別與微電腦控制部分的電信號(hào)輸入相連，微電腦部分控制五自由度機(jī)械手、微夾鉗、宏動(dòng)臺(tái)、微動(dòng)臺(tái)、垂直升降平臺(tái)的動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)微操作裝置，其特征在于在基座與宏動(dòng)臺(tái)間設(shè)置有隔振臺(tái)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的自動(dòng)微操作裝置，其特征在于宏動(dòng)臺(tái)是X軸、Y軸兩自由度的動(dòng)力移動(dòng)臺(tái)，大距離位移檢測(cè)器有兩個(gè)，分別位于宏動(dòng)臺(tái)的X軸、Y軸方向，微動(dòng)臺(tái)由壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)的X軸、Y軸兩自由度的基于柔性鉸鏈差式杠桿機(jī)構(gòu)，微位移檢測(cè)器有兩個(gè)，分別位于微動(dòng)臺(tái)的X軸、Y軸方向。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)微操作裝置，其特征在于大距離位移檢測(cè)器采用的是直線光柵位移檢測(cè)器，微位移檢測(cè)器采用的是DVD激光探頭位移檢測(cè)器。
【文檔編號(hào)】B25J19/04GK203380882SQ201320244342
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年5月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月8日
【發(fā)明者】袁慶丹, 盧清華 申請(qǐng)人:袁慶丹, 盧清華