CN103266056A - 一种精密显微操作平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密显微操作平台，动滑块（1）设置于定滑块（2）下方，动滑块（1）和定滑块（2）之间通过精密直线运动导轨（3）滑动连接；与微螺距丝杆（4）连接的精密步进电机（7）固定于定滑块（2）的一端，微螺距螺母（6）固定在动滑块（1）的支板（8）上，微螺距丝杆（4）穿过微螺距螺母（6）与固定于定滑块（2）一端的精密步进电机（7）连接；MCU控制器分别与液晶显示模块、脉冲编码器和驱动器连接，驱动器与精密步进电机（7）连接，电源分别与脉冲编码器、MCU控制器和驱动器电连接。有益效果是具有微驱动精度高、行程大、性能稳定、参数可视、执行机构简单小巧。

Description

一种精密显微操作平台

技术领域

本发明涉及一种精密显微操作平台，具体是一种适用于膜片钳生物细胞电生理显微操作的精密显微操作平台。

背景技术

精密显微操作平台是微驱动的核心，微驱动是精密测量、精密制造的基础，具有微米、纳米级显微位移、精确定位的功能，主要应用于基因技术、基础医学、分子力学、集成电路、航天军事等高科技领域，是衡量一个国家科技发展水平的重要标志之一。目前主要实现方式为压电陶瓷微驱动和液压传动微驱动。

压电陶瓷微驱动主要是利用特种陶瓷的压电效应通过控制电压的精确调制实现压电陶瓷的精密微位移，具有精密位移、定位准确的特点。但由于其总体行程短（最大行程仅数十微米），控制电压高易击穿且无运动速度控制、无运动行程实时显示等不足，制约了其在微动领域的应用。

液压传动的微驱动是通过控制液压缸和执行液压缸两个缸径比的差值从而实现执行液压缸的微驱动来实现微位移的，但由于液体介质具有较大的热胀冷缩性，会使运动机构位移精度差并产生漂移，破坏其稳定性，同时该装置无运动速度控制，无运动行程实时显示且结构复杂，从而使安装空间受限制。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种精密显微操作平台，具有微驱动精度高、行程大、性能稳定、参数可视、执行机构简单小巧。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种精密显微操作平台，包括动滑块、定滑块、精密直线运动导轨、微螺距丝杆、微螺距螺母、精密步进电机和控制系统，所述的控制系统包括电源、脉冲编码器、MCU控制器、液晶显示模块和驱动器，动滑块设置于定滑块下方，动滑块和定滑块之间通过精密直线运动导轨滑动连接；与微螺距丝杆连接的精密步进电机固定于定滑块的一端，微螺距螺母固定在动滑块的支板上，微螺距丝杆穿过微螺距螺母与固定于定滑块一端的精密步进电机连接；MCU控制器分别与液晶显示模块、脉冲编码器和驱动器连接，驱动器与精密步进电机连接，电源分别与脉冲编码器、MCU控制器和驱动器连接。

进一步，还包括限位报警蜂鸣器，限位报警蜂鸣器与MCU控制器连接。

进一步，还包括限位开关，限位开关固定在定滑块的内侧壁上，限位开关与MCU控制器连接。

与现有技术相比，本发明采用动滑块、定滑块、微螺距丝杆和步进电机脉冲细分相结合原理，通过微螺距丝杆和微螺距螺母传动副的作用，将精确细分转角后的精密步进电机按脉冲数把旋转运动转化为定滑块和动滑块之间的直线位移运动，实现了精密显微操作平台装置的微米、纳米级精确微运动及全行程微运动，具有结构简单、微位移精确、微运动行程大的特点；另外采用MCU控制器和步进电机驱动模块驱动器进行控制具有结构简单、控制准确方便的特点，同时MCU还通过驱动脉冲、转向控制电平以及它们与精密步进电机转角和精密步进电机微螺距丝杆行程之间的转换关系由MCU判断计算出精密显微操作平台的相对实时位移数值，并由液晶显示模块进行实时显示，实现运动过程的参数可视化。

附图说明

图1是本发明的剖面结构示意图；

图2是图1中的A向视图；

图3是本发明的控制系统的电原理框图。

图中：1、动滑块，2、定滑块，3、精密直线运动导轨，4、微螺距丝杆，5、限位开关，6、微螺距螺母，7、精密步进电机，8、支板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1、图2和图3所示，本发明包括动滑块1、定滑块2、精密直线运动导轨3、微螺距丝杆4、微螺距螺母6、精密步进电机7和控制系统，所述的控制系统包括电源、脉冲编码器、MCU控制器、液晶显示模块和驱动器，动滑块1设置于定滑块2下方，动滑块1和定滑块2之间通过精密直线运动导轨3滑动连接；与微螺距丝杆4连接的精密步进电机7固定于定滑块2的一端，微螺距螺母6固定在动滑块1的支板8上，微螺距丝杆4穿过微螺距螺母6与固定于定滑块2一端的精密步进电机7连接；MCU控制器分别与液晶显示模块、脉冲编码器和驱动器连接，驱动器与精密步进电机7连接，电源分别与脉冲编码器、MCU控制器和驱动器连接。

作为本发明的一种改进，还包括限位报警蜂鸣器，限位报警蜂鸣器与MCU控制器连接；增加限位报警蜂鸣器能在微螺距丝杆超过设定位置时，能及时的发出报警声提醒相关工作人员，同时液晶显示模块显示限位报警区段。

作为本发明的另一种改进，还包括限位开关5，限位开关5固定在定滑块2的内侧壁上，限位开关5与MCU控制器连接；增加限位开关，能控制动滑块在安全范围内运动，对精密步进电机7和操作平台本身进行保护。

工作过程：MCU控制器接收到脉冲编码器传来的驱动脉冲和转向控制电平后，由MCU控制器进行分析处理并向驱动器输出相应的驱动精密步进电机7的驱动脉冲、细分电平信号和转向控制电平；MCU控制器输出的驱动器的驱动脉冲、细分电平信号和转向控制电平，分别进入驱动器的步进电机驱动模块的相应端口，由驱动模块自行转换成精密步进电机7各相线圈绕组驱动脉冲，完成精密步进电机7的精确旋转驱动动作，精密步进电机带动微螺距丝杆进行旋转，使在微螺距丝杆4上微螺距螺母6相对微螺距丝杆4产生位移，由于的微螺距螺母6固定在动滑块1上，而精密步进电机7固定在定滑块2上，即动滑块1相对定滑块2产生相对位移，从而实现精密显微操作平台的微米、纳米级精确微运动。与此同时MCU控制器还通过驱动脉冲、转向控制电平以及它们与精密步进电机7转角和微螺距丝杆4行程之间的转换关系，由MCU控制器计算出精密显微操作平台的相对实时位移数值，并通过液晶显示模块进行实时显示。当动滑块向前或向后滑动时，触碰到两个限位开关5中的任意一个时，此时MCU控制器接收到设置在定滑块2上限位开关5发出的限位报警信号，MCU控制器中断正在进行的驱动脉冲，只接收反向驱动脉冲，进而使微螺距丝杆4带动动滑块1进行反向运动，同时通过液晶显示模块显示限位报警位置，另外限位报警蜂鸣器发声报警。从而对精密步进电机7和操作平台本身进行保护。当动滑块1已经复位到正常范围内时，限位开关5向MCU控制器发出限位报警解除信号，MCU控制器控制的各项限位报警取消，同时由液晶显示模块进行实时显示，实现运动全过程的参数可视化。

Claims (3)

1.一种精密显微操作平台，其特征在于，包括动滑块（1）、定滑块（2）、精密直线运动导轨（3）、微螺距丝杆（4）、微螺距螺母（6）、精密步进电机（7）和控制系统，所述的控制系统包括电源、脉冲编码器、MCU控制器、液晶显示模块和驱动器，动滑块（1）设置于定滑块（2）下方，动滑块（1）和定滑块（2）之间通过精密直线运动导轨（3）滑动连接；与微螺距丝杆（4）连接的精密步进电机（7）固定于定滑块（2）的一端，微螺距螺母（6）固定在动滑块（1）的支板（8）上，微螺距丝杆（4）穿过微螺距螺母（6）与固定于定滑块（2）一端的精密步进电机（7）连接；MCU控制器分别与液晶显示模块、脉冲编码器和驱动器连接，驱动器与精密步进电机（7）连接，电源分别与脉冲编码器、MCU控制器和驱动器连接。

2.根据权利要求1所述的一种精密显微操作平台，其特征在于，还包括限位报警蜂鸣器，限位报警蜂鸣器与MCU控制器连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种精密显微操作平台，其特征在于，还包括限位开关（5），限位开关（5）固定在定滑块（2）的内侧壁上，限位开关（5）与MCU控制器连接。

Images