1 天津大学机械工程学院，天津 300072
2 天津大学机械工程学院机构理论与装备设计教育部重点实验室，天津 300072
微夹持器是微操作系统的重要组成部分。作为微操作系统末端执行器，微夹持器钳口端面在工作过程中容易出现磨损、吸附杂质、结冰或结霜等问题，而且目前微夹持器大多是一体化加工而成，整体更换将造成资源浪费。本文设计了一种可拆卸式微夹持器，利用中心波长为1064 nm的纳秒激光器，在执行操作的钳口端面上加工出粗糙的微纳结构，使用无毒害的硬脂酸溶液浸泡改性，获得仿生超疏水表面。通过电化学实验，测试了仿生超疏水表面在酸、盐和碱环境中的耐腐蚀性能，通过自清洁、抗结冰和抗菌实验测试了该表面的防污、防冻和防菌性能。实验结果表明：仿生超疏水表面能够有效抵抗酸、盐和碱环境中的腐蚀，具有良好的防腐性能；有效防止灰尘、水滴和细菌等杂质粘附于钳口端面，保证钳口端面的清洁与卫生；在低温环境中，有效防止端面结霜或结冰，使微夹持器能够在恶劣环境中正常工作。
激光技术 表面加工 仿生超疏水表面 微夹持器 耐腐蚀 自清洁 抗结冰 抗菌 中国激光
2022, 49(10): 1002602
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
针对惯性约束聚变靶零件的特点和靶装配应用环境, 研制了一种多用微夹持器。该微夹持器以压电陶瓷驱动柔性钳体, 集成张合量和夹持力控制功能, 可更换各种形状夹口和调整夹口初始开口距离, 以适应多种靶零件的夹持。利用有限元分析方法对钳体柔性机构进行了优化设计。通过检测钳体张合时不同部位柔性铰链的应变量, 实现了张合量和夹持力的独立控制, 并对张合量和夹持力进行了精确标定。实验结果表明：微夹持器张合量达到1 320 μm, 其控制分辨力为5 μm；夹持力为365.0 mN, 其控制分辨力1.3 mN。
微夹持器 柔性铰链 微力检测 有限元分析 ICF靶 microgripper flexure hinge micro-force detection finite element analysis ICF target
哈尔滨工业大学 机器人研究所,黑龙江 哈尔滨 150001
为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器。采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性。应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,S形柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化成末端夹爪的转动实现了夹持操作。两种不同尺寸的微夹持器,有效扩展了微夹持器的夹持范围。根据微夹持器的操作控制需求,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及气压控制系统。在80 V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移可达25 μm。针对100～200 μm的小球进行了微操作实验,实验结果表明,静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的气路正压力能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现可靠的释放操作。微夹持器基本满足100～200 μm微小构件的操作需求。
微机电系统 微操作 微夹持器 静电梳齿驱动 气动吸放 MEMS micromanipulation microgripper electrostatic comb driving aspirating and blowing operation
1 哈尔滨工业大学 机器人研究所,黑龙江 哈尔滨 150001
2 中国科学院 上海微系统与信息技术研究所 传感技术国家重点联合实验室,上海 200050
为使夹持器小型集成化且夹持力可控,采用体硅加工技术研制了一种基于单晶硅的、具有微力检测功能的新型四臂式MEMS微夹持器。以压阻检测技术为基础,利用MEMS侧面压阻刻蚀工艺将力传感器集成在微夹持器的夹持臂末端,实现夹持力的微力检测。采用有限元软件分析,微夹持器机构和传感器弹性体,并通过S型柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化为夹持臂末段的转动,然后结合四臂式的末段结构,有效地扩展夹持器的夹持范围。利用硅玻璃键合技术实现夹持臂的电隔离,通过施加80 V电压,夹持臂的单臂运动范围为25 μm,夹持器的夹持范围为30~130 μm。实验标定出传感器的最大量程在1 mN以上,分辨率为3 μN,可以实现夹持力的有效反馈。
微机电系统 MEMS微夹持器 侧面压阻 微操作 MEMS MEMS microgripper sidewall piezoresistor micromanipulation
哈尔滨工业大学,机器人研究所,黑龙江,哈尔滨,150001
提出了一种以压阻检测技术为基础,压电陶瓷为微驱动元件,具有两级位移放大且集成三维微力传感器的微夹持器.采用有限元软件对微操持器放大机构和传感器弹性体进行分析,并给出了传感器的标定方法.实验证明,该传感器具有无耦合、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点,满足了预计的设计要求,传感器最大量程为10 mN,X向与Y向的分辨率均为2.4 μN,Z向的分辨率为4.2μN;同时也验证了所设计的微夹持器的合理性和实用性,当压电陶瓷驱动电压取200 V时,微夹持器的张合量达到最大值274 μm.
三维微力传感器 压电陶瓷 解耦 微夹持器 有限元分析
微机械电子技术的快速发展及其系统结构的日趋复杂,促进了微机电系统中微装配技术的日益蓬勃发展.因此对微装配和微操作的研究日益引起国内外研究人员的重视.详细地综述了近年来微装配技术的国内外发展现状以及其发展过程中面临的一些关键技术,包括微装配机理、显微视觉技术、微夹持器、微驱动技术等,最后对微装配的发展进行了展望.
微机电系统 微装配 微夹持器 显微视觉
介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比梳状静电致动微夹持器的制作工艺.对微夹持器制作中的关键工艺进行分析,重点分析ICP蚀刻工艺的蚀刻时间对结构的影响,总结导致器件失效的原因,探讨了减少失效的方法.加工过程中采用分步加工的办法控制蚀刻时间,成功的释放了宽6 μm,厚60 μm,等效长度达5 470 μm的悬臂梁型微夹持臂.研制出一种良好性能的具有S形柔性结构夹持臂的梳状静电致动微夹持器.
体硅工艺 电感耦合等离子体 蚀刻 微夹持器
对一种梳状静电致动微夹持器的特性进行了测试.采用显微镜-CCD-微机测试方案,微夹持器的状态信息通过数据采集及图像处理获取,得到"电压-位移"特性曲线并建立了数学方程.对特性方程的分析表明理论设计与试验结果的一致性与合理性.并分析了从设计、加工到测试过程中引起理论设计与实际器件性能差异的主要因素,表明现有的微机械设计理论与加工水平存在一定的不足.由试验结果中获取了相关微机械器件的设计经验.
微夹持器 图像处理 实验分析
