CN108481363A - 一种微驱动机器人手臂制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微驱动机器人手臂制备方法，通过将传感器植入到驱动结构，实现二者的一体化制备，简化制备工艺，并消除了响应迟滞；同时，利用复合的压电材料复合层，形成具有较高的形变检测敏感度的传感器。
Description
技术领域
本发明涉及微驱动装置领域，具体涉及一种微驱动机器人手臂制备方法。
背景技术
微驱动机器人已经被应用到工业、生活和科研等方方面。它们由一系列子系统组成，例如传感器，执行器和控制器，这些子系统一起构成一个能够精确控制的机器人。众多的设计着眼于机器人结构和致动器的关键部件，为了进一步提高操作的精确性和稳定性。驱动器可分为以下四个大类，热驱动，电驱动，光驱动和磁驱动。大多数现有的微致动器都采用驱动装置和传感装置分立的结构，导致检测的滞后性，不利于致动器的响应速度；同时对于分立的结构，需要多次制备工艺以及组装程序，后处理/装配以及冗长的迭代，不利于成本的降低。特别对于常规的压电传感器，压电材料的组合对于传感器的灵敏度至关重要，以及常规的电极结构并不能在频繁的形变过程中提供稳定的电性连接。为了避免当前制造工艺繁琐和器件性能不足的方面，本发明探索一种合适的制造方法来有效地制造微驱动机器。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种微驱动机器人手臂制备方法，以解决现有技术中多次制备工艺以及组装程序，后处理/装配以及冗长的迭代的不利因素；特别对于常规的压电传感器，压电材料的组合检测灵敏度不足，以及常规的电极结构并不能在频繁的形变过程中提供稳定的电性连接的技术问题。本发明探索一种合适的制造方法来有效地制造微驱动机器。
为实现上述目的，本发明提供的一种微驱动机器人手臂制备方法：
提供一壳体，所述壳体包含位于其两端的通孔；
在所述壳体内部设置依次排列的弹性定位结构、滑动杆和驱动结构，其中所述弹性定位结构用于弹性定位所述滑动杆，所述滑动杆通过位于所述壳体一端的通孔伸出，所述驱动结构连接有驱动管，所述驱动管通过所述壳体的另一端的通孔连接至所述驱动结构；
所述驱动结构为聚二甲基硅氧烷构成的空腔结构，所述空腔结构通过将液态的聚二甲基硅氧烷的置于模具中，并在空腔结构的侧壁内植入传感器单元，经退火固化获得所述驱动结构；
所述传感器单元的制备工艺为提供PDMS衬底，通过浸渍提拉法在所述PDMS衬底表面形成银纳米线有序阵列作为第一电极，在第一电极表面制备钛酸钡和PVDF纳米复合层，在所述复合层上制备第二电极；所述纳米复合层具有第一层和第二层，其中第一层和第二层均通过纳米压印工艺制备形成。
其中，钛酸钡和PVDF纳米复合层，所述钛酸钡和PVDF均具有纳米颗粒结构，钛酸钡和PVDF纳米粒径比例为1：(2.6-4.5)。对于采用常规工艺的旋涂法或真空蒸镀法，形成的都是无序结构，容易发生堆积出现导电不均匀的现象，且在堆积处产生较大的应力容易导致破损，获得的表面粗糙度也较高，不利于后续功能层的制备，同时在弯曲形变过程中容易产生剥离，导致器件性能不稳定。而通过采用浸渍提拉法形成有序的纳米线阵列，一方面避免了常规工艺的堆积现象，提高层间接触稳定性，另一方面通过银纳米线的高强度提高了导电性能。
其中，所述第一层和第二层的均具有平整表面和所述平整表面对置的凹凸表面，所述第一层和第二层的凹凸表面相对设置，所述凹凸表面的凸出结构具有矩阵的结构。通过采用凹凸表面的结构设置，可以提高压电层的形变检测灵敏度。
其中，所述空腔结构为椭圆形结构，所述传感器单元设置在所述空腔结构靠近所述驱动管的位置。
其中,所述驱动管通过向驱动结构内输送液体实现对驱动结构的形变驱动。
综上所述，本发明提供了一种微驱动机器人手臂制备方法，通过将传感器植入到驱动结构，实现二者的一体化制备，简化制备工艺，并消除了响应迟滞；同时，利用复合的压电材料复合层，形成具有较高的形变检测敏感度的传感器，以及利用有序的银纳米线结构构建电极提高器件的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的一种微驱动机器人手臂制备流程图；
图2是本发明的一种微驱动机器人手臂示意图；
图3是本发明的传感器结构的示意图；
图4是本发明的传感器结构的复合层结构示意图；
图5是本发明的机器人手臂结构的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
具体的实施方式如下。
实施例1
一种微驱动机器人手臂制备流程图如图1所示。首先，提供一壳体1，所述壳体1包含位于其两端的通孔；
在所述壳体1内部设置依次排列的弹性定位结构3、滑动杆2和驱动结构5，其中所述弹性定位结构3用于弹性定位所述滑动杆2，所述滑动杆2通过位于所述壳体1一端的通孔伸出，所述驱动结构5连接有驱动管6，所述驱动管6通过所述壳体1的另一端的通孔连接至所述驱动结构5；
所述驱动结构5为聚二甲基硅氧烷构成的空腔结构，所述空腔结构通过将液态的聚二甲基硅氧烷的置于模具中，并在空腔结构的侧壁内植入传感器单元7，经退火固化获得驱动结构5，所述退火固化工艺为30摄氏度下退火24小时，固化后获得半椭球型空腔结构，驱动管6连接至空腔结构的开口处，如图2所示；
所述传感器单元7的制备工艺为提供PDMS衬底71，通过浸渍提拉法在所述PDMS衬底表面形成银纳米线有序阵列作为第一电极72，在第一电极72表面制备钛酸钡和PVDF纳米复合层73，钛酸钡和PVDF纳米复合层，所述钛酸钡和PVDF均具有纳米颗粒结构，钛酸钡和PVDF纳米粒径比例为1：3；在所述复合层73上制备第二电极74,第二电极74与第一电极72的制备工艺相同，如图3所示；所述纳米复合层具有第一层81和第二层82，其中第一层81和第二层82均通过纳米压印工艺制备形成，所述第一层81和第二层82的均具有平整表面和所述平整表面对置的凹凸表面，所述第一层81和第二层82的凹凸表面相对设置，所述凹凸表面的凸出结构9具有矩阵的结构，如图4所示。在完成传感器单元7的组装后对其进行80摄氏度下保持24小时的退火工艺。
实施例2
实施例2,提供一支撑臂结构3，在支撑臂结构3的一侧设置有两个对立的微驱动机器人手臂11和12，可以利用两个微驱动机器人手臂的伸缩实现对物体的夹持操作,如图5所示，其中微驱动机器人手臂11和12通过实施例1所述的方法制备获得。
以上所述仅是本发明的优选应用实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种微驱动机器人手臂制备方法：
提供一壳体，所述壳体包含位于其两端的通孔；
在所述壳体内部设置依次排列的弹性定位结构、滑动杆和驱动结构，其中所述弹性定位结构用于弹性定位所述滑动杆，所述滑动杆通过位于所述壳体一端的通孔伸出，所述驱动结构连接有驱动管，所述驱动管通过所述壳体的另一端的通孔连接至所述驱动结构；
其中，所述驱动结构为聚二甲基硅氧烷构成的空腔结构，所述空腔结构通过将液态的聚二甲基硅氧烷的置于模具中，并在空腔结构的侧壁内植入传感器单元，经退火固化获得所述驱动结构；
其中，所述传感器单元的制备工艺为提供PDMS衬底，通过浸渍提拉法在所述PDMS衬底表面形成银纳米线有序阵列作为第一电极，在第一电极表面制备钛酸钡和PVDF纳米复合层，在所述复合层上制备第二电极；所述纳米复合层具有第一层和第二层，其中第一层和第二层均通过纳米压印工艺制备形成。
2.如权利要求1所述的一种微驱动机器人手臂制备方法，其特征在于，钛酸钡和PVDF纳米复合层，所述钛酸钡和PVDF均具有纳米颗粒结构，钛酸钡和PVDF纳米粒径比例为1：(2.6-4.5)。
3.如权利要求2所述的一种微驱动机器人手臂制备方法，其特征在于，所述第一层和第二层的均具有平整表面和所述平整表面对置的凹凸表面，所述第一层和第二层的凹凸表面相对设置，所述凹凸表面的凸出结构具有矩阵的结构。
4.如权利要求2所述的一种微驱动机器人手臂制备方法，其特征在于，所述空腔结构为椭圆形结构，所述传感器单元设置在所述空腔结构靠近所述驱动管的位置。
5.如权利要求1-4所述的一种微驱动机器人手臂制备方法，其特征在于，所述驱动管通过向驱动结构内输送液体实现对驱动结构的形变驱动。
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