CN110962106A - 一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微纳机器人操控平台，更具体的说是一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，包括显微镜、超声场产生装置、竖直位移台和磁场产生装置，所述超声场产生装置固定连接在显微镜的上下移动位移台上，竖直位移台台上设置有磁场产生装置，超声场产生装置上设置有载波片，载波片位于磁场产生装置内，载波片位于显微镜镜头焦点处，可以通过超声场产生装置和磁场产生装置提供磁场、超声场耦合的微纳机器人操控平台，用于微纳机器人集群、驱动研究；通过循环水冷水箱提供了一种循环水冷的方案及时将磁场线圈产生的大量热量疏散的方法，为磁场、超声场装置的长时间工作提供必要保障。

Description

一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台

技术领域

本发明涉及微纳机器人操控平台，更具体的说是一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台。

背景技术

自2004年第一次合成双金属纳米棒，从而在纳米棒的两端形成不同的化学反应以推动纳米棒向前移动开始，微纳机器人的探索研究迅速成为全世界共同关注的研究课题，经过不断的摸索，已经发展出各种驱动方式的微纳机器人，如化学驱动、生物驱动、磁场驱动、超声场驱动、光驱动、电场驱动等。而对于微纳机器人的方向控制、研究最多的是磁场控制，通过在微纳机器人的制备过程中引入磁性材料，则可使用外加磁场装置实现微纳机器人的方向控制。随着微纳机器人的研究深入，微纳机器人将会被用在各个领域，微纳机器人需要克服不同环境的阻碍来实现既定功能，从而多物理场的运用是一个绝佳的选择，通过将不同的场耦合来共同控制同样的微纳机器人，可以实现不同微纳机器人的集群形态变化、不用的运动状态切换等。磁场和超声场作为微纳机器人外场驱动能量来源，拥有强大的驱动功率、简单的控制算法、复杂多样的组合方式，因此耦合磁场、超声场从而实现微纳机器人的更复杂、更智能的运动和变化将推动微纳机器人的研究与应用更快发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，可以提供一种耦合磁场、超声场的实验装置设计方法，为微纳机器人的多场操控研究提供简捷方便实验装置。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，包括显微镜、超声场产生装置、竖直位移台和磁场产生装置，所述超声场产生装置固定连接在显微镜的上下移动位移台上，竖直位移台台上设置有磁场产生装置，超声场产生装置上设置有载波片，载波片位于磁场产生装置内，载波片位于显微镜镜头焦点处。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，所述超声场产生装置包括载波片、超声应变片、载玻片支撑、固定平板、锁紧卡扣、支撑平板和燕尾槽卡槽，燕尾槽卡槽固定连接在显微镜的上下移动位移台上，支撑平板插入燕尾槽卡槽内，固定平板通过锁紧卡扣固定连接在支撑平板上，固定平板上固定连接有两个载玻片支撑，两个载玻片支撑的上端之间固定连接有载波片，载波片的下侧粘有超声应变片。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，所述磁场产生装置包括线圈Ⅰ、线圈Ⅱ、双头螺柱Ⅰ和双头螺柱Ⅱ，线圈Ⅰ和线圈Ⅱ均设置有一对，两个线圈Ⅰ之间通过双头螺柱Ⅰ固定连接，两个线圈Ⅱ之间通过双头螺柱Ⅱ固定连接。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，所述竖直位移台包括地脚螺栓、支柱和横梁，地脚螺栓设置有四个，横梁设置有两个，四个地脚螺栓上均设置有高度可调的支柱，四个支柱的上端分别固定连接在两个横梁的两端。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，所述磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台还包括循环水冷水箱，循环水冷水箱固定连接在竖直位移台上，载波片和磁场产生装置均设置在循环水冷水箱内。

作为本技术方案的进一步优化，本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，所述循环水冷水箱上设置有出水口、线圈固定支座、水箱固定螺栓孔和进水口，出水口设置在循环水冷水箱一侧的下端，线圈固定支座固定连接在循环水冷水箱内，进水口设置在循环水冷水箱另一侧的上端，循环水冷水箱的下侧设置有水箱固定螺栓孔。

本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台的有益效果为：

本发明一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，磁场、超声场，磁场和超声场可单独施加亦可同时施加，实现了双场耦合的一体化，为微纳机器人在多场作用下的运动状态、姿态变换研究提供一套可行性极高的操作平台，可以通过超声场产生装置和磁场产生装置提供磁场、超声场耦合的微纳机器人操控平台，用于微纳机器人集群、驱动研究；通过循环水冷水箱提供了一种循环水冷的方案及时将磁场线圈产生的大量热量疏散的方法，为磁场、超声场装置的长时间工作提供必要保障。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本发明做进一步详细的说明。

在本发明的描述中,需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”和“竖着”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接可以是直接连接，亦可以是通过中间媒介间接连接，可以是两个部件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中,除非另有说明，“多个”、“多组”、“多根”的含义是两个或两个以上。

图1是本发明的磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台整体结构示意图；

图2是本发明的磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台局部结构示意图一；

图3是本发明的磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台局部结构示意图二；

图4是本发明的循环水冷水箱结构示意图；

图5是本发明的超声场产生装置结构示意图一；

图6是本发明的超声场产生装置结构示意图二；

图7是本发明的竖直位移台局部结构示意图；

图8是本发明的磁场产生装置结构示意图。

图中：显微镜1；循环水冷水箱2；出水口2-1；线圈固定支座2-2；水箱固定螺栓孔2-3；进水口2-4；超声场产生装置3；载波片3-1；超声应变片3-2；载玻片支撑3-3；固定平板3-4；锁紧卡扣3-5；支撑平板3-6；燕尾槽卡槽3-7；竖直位移台4；地脚螺栓4-1；支柱4-2；横梁4-3；磁场产生装置5；线圈Ⅰ5-1；线圈Ⅱ5-2；双头螺柱Ⅰ5-3；双头螺柱Ⅱ5-4。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-8说明本实施方式，一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，包括显微镜1、超声场产生装置3、竖直位移台4和磁场产生装置5，所述超声场产生装置3固定连接在显微镜1的上下移动位移台上，竖直位移台4台上设置有磁场产生装置5，超声场产生装置3上设置有载波片3-1，载波片3-1位于磁场产生装置5内，载波片3-1位于显微镜1镜头焦点处；可以通过超声场产生装置3和磁场产生装置5提供磁场、超声场耦合的微纳机器人操控平台，用于微纳机器人集群、驱动研究；通过循环水冷水箱2提供了一种循环水冷的方案及时将磁场线圈产生的大量热量疏散的方法，为磁场、超声场装置的长时间工作提供必要保障；显微镜1的上下移动位移台可以通过旋转显微镜位移台旋钮进行高度调整，调节显微镜位移台旋钮使载玻片3-1上表面位于显微镜镜头焦点处。

具体实施方式二：

下面结合图1-8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述超声场产生装置3包括载波片3-1、超声应变片3-2、载玻片支撑3-3、固定平板3-4、锁紧卡扣3-5、支撑平板3-6和燕尾槽卡槽3-7，燕尾槽卡槽3-7固定连接在显微镜1的上下移动位移台上，支撑平板3-6插入燕尾槽卡槽3-7内，固定平板3-4通过锁紧卡扣3-5固定连接在支撑平板3-6上，固定平板3-4上固定连接有两个载玻片支撑3-3，两个载玻片支撑3-3的上端之间固定连接有载波片3-1，载波片3-1的下侧粘有超声应变片3-2；所述胶水可以是AB胶，硅胶粘接剂，502胶水，双面胶布等。然后将两片载玻片支撑3-3与固定平板3-4利用M1.5×8的螺栓固定，所述固定平板3-4，载玻片支撑3-3的作用是将载玻片平稳地固定在支撑平板3-6上以至于可以通过调节显微镜上下位移台旋钮调节载波片3-1高度；用于产生聚焦超声的超声应变片3-2以及配套使用的信号发生器和功率放大器，所述所述功率放大器为低频功率放大器；载波片3-1向上伸入的方式到循环水冷水箱2中，如图3所示，载波片3-1位于两组线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2之间。

具体实施方式三：

下面结合图1-8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述磁场产生装置5包括线圈Ⅰ5-1、线圈Ⅱ5-2、双头螺柱Ⅰ5-3和双头螺柱Ⅱ5-4，线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2均设置有一对，两个线圈Ⅰ5-1之间通过双头螺柱Ⅰ5-3固定连接，两个线圈Ⅱ5-2之间通过双头螺柱Ⅱ5-4固定连接；线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2为用于产生二维操控磁场的亥姆霍兹线圈，线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2均采用一体化成型方案，所用材料为兼具导热性能和刚度的铝合金；所述线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2磁场强度调节范围为1-20mT。

具体实施方式四：

下面结合图1-8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述竖直位移台4包括地脚螺栓4-1、支柱4-2和横梁4-3，地脚螺栓4-1设置有四个，横梁4-3设置有两个，四个地脚螺栓4-1上均设置有高度可调的支柱4-2，四个支柱4-2的上端分别固定连接在两个横梁4-3的两端；将循环水冷水箱2于横梁4-3通过M8×15的螺栓固连，将四个支柱4-2上的地脚螺栓4-1拧紧，支柱4-2作用是调节循环水冷水箱2、线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2的高度，使得两组线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2的中心点位于显微镜1的物镜焦平面共面，横梁4-3的作用是将循环水冷水箱2、线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2的重力分到四个离重心较远的位置，从而保证支柱4-2支撑起的水箱更加稳定，不会产生轻易晃动；支柱4-2可以是液压缸或者电动推杆等，或者支柱4-2通过螺纹连接在地脚螺栓4-1上。

具体实施方式五：

下面结合图1-8说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台还包括循环水冷水箱2，循环水冷水箱2固定连接在竖直位移台4上，载波片3-1和磁场产生装置5均设置在循环水冷水箱2内。

具体实施方式六：

下面结合图1-8说明本实施方式，本实施方式对实施方式五作进一步说明，所述循环水冷水箱2上设置有出水口2-1、线圈固定支座2-2、水箱固定螺栓孔2-3和进水口2-4，出水口2-1设置在循环水冷水箱2一侧的下端，线圈固定支座2-2固定连接在循环水冷水箱2内，进水口2-4设置在循环水冷水箱2另一侧的上端，循环水冷水箱2的下侧设置有水箱固定螺栓孔2-3；线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2放置于水箱2中的线圈固定支座2-2上并调整线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2姿态使两维线圈保持竖直向上的姿态，然后将Φ3的硅胶水管连接至水箱2的进水扣2-4，在出水口2-1处同样连接一根Φ3的硅胶水管，两根硅胶水管另一端连接水泵的出水口和进水口，在装置工作过程中，水箱2的作用是循环水冷，保证线圈Ⅰ5-1和线圈Ⅱ5-2的工作温度始终不高于130℃，进水口2-4的作用是将水池中的冷水泵入水箱2的底部，出水口2-1的作用是将水箱2中的热水泵出，保证冷热水随时更换。

当然，上述说明并非对本发明的限制，本发明也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，包括显微镜(1)、超声场产生装置(3)、竖直位移台(4)和磁场产生装置(5)，其特征在于：所述超声场产生装置(3)固定连接在显微镜(1)的上下移动位移台上，竖直位移台(4)台上设置有磁场产生装置(5)，超声场产生装置(3)上设置有载波片(3-1)，载波片(3-1)位于磁场产生装置(5)内，载波片(3-1)位于显微镜(1)镜头焦点处。

2.根据权利要求1所述的一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，其特征在于：所述超声场产生装置(3)包括载波片(3-1)、超声应变片(3-2)、载玻片支撑(3-3)、固定平板(3-4)、锁紧卡扣(3-5)、支撑平板(3-6)和燕尾槽卡槽(3-7)，燕尾槽卡槽(3-7)固定连接在显微镜(1)的上下移动位移台上，支撑平板(3-6)插入燕尾槽卡槽(3-7)内，固定平板(3-4)通过锁紧卡扣(3-5)固定连接在支撑平板(3-6)上，固定平板(3-4)上固定连接有两个载玻片支撑(3-3)，两个载玻片支撑(3-3)的上端之间固定连接有载波片(3-1)，载波片(3-1)的下侧粘有超声应变片(3-2)。

3.根据权利要求1所述的一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，其特征在于：所述磁场产生装置(5)包括线圈Ⅰ(5-1)、线圈Ⅱ(5-2)、双头螺柱Ⅰ(5-3)和双头螺柱Ⅱ(5-4)，线圈Ⅰ(5-1)和线圈Ⅱ(5-2)均设置有一对，两个线圈Ⅰ(5-1)之间通过双头螺柱Ⅰ(5-3)固定连接，两个线圈Ⅱ(5-2)之间通过双头螺柱Ⅱ(5-4)固定连接。

4.根据权利要求1所述的一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，其特征在于：所述竖直位移台(4)包括地脚螺栓(4-1)、支柱(4-2)和横梁(4-3)，地脚螺栓(4-1)设置有四个，横梁(4-3)设置有两个，四个地脚螺栓(4-1)上均设置有高度可调的支柱(4-2)，四个支柱(4-2)的上端分别固定连接在两个横梁(4-3)的两端。

5.根据权利要求1所述的一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，其特征在于：所述磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台还包括循环水冷水箱(2)，循环水冷水箱(2)固定连接在竖直位移台(4)上，载波片(3-1)和磁场产生装置(5)均设置在循环水冷水箱(2)内。

6.根据权利要求5所述的一种磁场与超声场耦合作用的微纳机器人操控平台，其特征在于：所述循环水冷水箱(2)上设置有出水口(2-1)、线圈固定支座(2-2)、水箱固定螺栓孔(2-3)和进水口(2-4)，出水口(2-1)设置在循环水冷水箱(2)一侧的下端，线圈固定支座(2-2)固定连接在循环水冷水箱(2)内，进水口(2-4)设置在循环水冷水箱(2)另一侧的上端，循环水冷水箱(2)的下侧设置有水箱固定螺栓孔(2-3)。

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