CN112497186A - 一种基于仿生表面的微操作装置及方法 - Google Patents

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崔良玉
胡高峰
韩建鑫
靳刚
李占杰
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J7/00—Micromanipulators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements

Abstract

本发明提供一种基于仿生表面的微操作装置，包括柔性铰链机械臂，所述柔性铰链机械臂腔体的底部固定连接有压电陶瓷驱动器，所述柔性铰链机械臂顶部的中心处螺纹连接有预紧螺栓，所述预紧螺栓的底部贯穿柔性铰链机械臂且与压电陶瓷驱动器的连接处紧密贴合，所述柔性铰链机械臂内表面左右两侧的顶部均卡接有聚合物仿生表面，本发明所述的一种基于仿生表面的微操作装置及方法，通过定位销、凹槽、筒体、滑板、压簧和限位销，能够方便对聚合物仿生表面进行固定，通过设置柔性铰链机械臂、压电陶瓷驱动器、预紧螺栓和聚合物仿生表面，能够具备扩张控制功能，通过设置以上结构，方便对聚合物仿生表面进行更换同时具备扩张控制功能。

Description

一种基于仿生表面的微操作装置及方法
技术领域
本发明属于夹持器领域，尤其是一种基于仿生表面的微操作装置及方法。
背景技术
夹持器是握住物体进而操控物体的设备，它能够在执行某些动作的同时夹住和松开物体，运动设备往往模仿人体的运动，就夹持器而言，模仿的是手指的运动，“手指”本身并不属于夹持器，它们只是用于夹持物体的专用定制工具，称为“夹片，而目前夹持器只提高夹持功能，不具备扩张控制功能，而且不方便对聚合物仿生表面进行更换，因此，有必要提供一种基于仿生表面的微操作装置及方法解决上述技术问题。
发明内容
发明目的：针对现有技术中的问题，本发明提供了一种基于仿生表面的微操作装置及方法。
技术方案：一种基于仿生表面的微操作装置，包括柔性铰链机械臂，所述柔性铰链机械臂腔体的底部固定连接有压电陶瓷驱动器，所述柔性铰链机械臂顶部的中心处螺纹连接有预紧螺栓，所述预紧螺栓的底部贯穿柔性铰链机械臂且与压电陶瓷驱动器的连接处紧密贴合，所述柔性铰链机械臂内表面左右两侧的顶部均卡接有聚合物仿生表面，两个所述聚合物仿生表面相背离一侧的上下位置均固定连接有定位销，所述柔性铰链机械臂内表面左右两侧的上下位置均开设有与定位销配合使用的凹槽，所述定位销远离聚合物仿生表面的一端延伸至凹槽的内腔，所述凹槽内腔的顶部和底部均嵌入式安装有筒体，所述筒体的内腔滑动连接有滑板，所述滑板远离限位销的一侧固定连接有压簧，所述压簧远离滑板的一端与筒体的连接处固定连接，所述滑板远离压簧的一端固定连接有限位销，所述限位销远离滑板的一端贯穿筒体且延伸至凹槽的内腔，所述定位销的外表面与限位销的外表面紧密贴合。
优选的，所述筒体内腔的左右两侧均开设有与滑板配合使用的滑槽，所述滑板的外表面与滑槽的内表面滑动连接。
优选的，所述柔性铰链机械臂正面底部的左右两侧均开设有螺栓孔。
优选的，所述柔性铰链机械臂正面的左右两侧均开设有辅助通槽。
一种基于仿生表面的微操作装置的操作方法，具体步骤包括：
S1：将聚合物仿生表面带动定位销插入凹槽的内腔，使得定位销在移动的同时，挤压两侧的限位销，使限位销带动滑板在滑槽的内表面滑动挤压压簧，从而使限位销进入筒体的内腔，当聚合物仿生表面带动定位销移动到指定位置时，压簧在反作用力下推动滑板在滑槽的内表面滑动，使滑板带动限位销移动，从而使限位销的外表面与定位销的外表面紧密贴合，使得限位销对定位销进行固定；
S2：当需要拆卸聚合物仿生表面时，反之上述操作即可，从而方便对聚合物仿生表面进行更换；
S3：通过螺栓孔，将该装置与外接微动机构连接，然后通过预紧螺栓，将压电陶瓷驱动器在腔体内预紧；
S4：然后将压电陶瓷驱动器插头通电，启动压电陶瓷驱动器外部控制器，使压电陶瓷驱动器在电压作用下伸长，通过柔性铰链机械臂的弹性变形实现微操作器末端的夹紧，从而实现细胞等生物组织微夹持功能，微纳米结构有利于细胞的获取、释放。
本发明的有益效果：
（1）本发明所述的一种基于仿生表面的微操作装置及方法，通过定位销、凹槽、筒体、滑板、压簧和限位销，能够方便对聚合物仿生表面进行固定，通过设置柔性铰链机械臂、压电陶瓷驱动器、预紧螺栓和聚合物仿生表面，能够具备扩张控制功能，通过设置以上结构，方便对聚合物仿生表面进行更换同时具备扩张控制功能；
（2）本发明所述的一种基于仿生表面的微操作装置及方法，通过设置滑槽，能够方便对滑板进行支撑，同时对其进行限位，通过设置螺栓孔，能够方便对该装置进行固定，通过设置辅助通槽，能够方便该装置使用。
附图说明
图1为本发明提出的一种基于仿生表面的微操作装置的整体示意图；
图2是图1所示的柔性铰链机械臂结构剖视图；
图3是图2所示的筒体结构剖视图；
图4是图1所示的柔性铰链机械臂和聚合物仿生表面结构连接立体图；
图5是图1所示的聚合物仿生表面结构侧视图；
图6是图1所示的聚合物仿生表面结构立体图。
附图标记为：1、柔性铰链机械臂；2、压电陶瓷驱动器；3、预紧螺栓；4、聚合物仿生表面；5、定位销；6、凹槽；7、筒体；8、滑板；9、压簧；10、限位销；11、滑槽；12、螺栓孔；13、辅助通槽。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-图6所示，本发明的一种基于仿生表面的微操作装置，包括柔性铰链机械臂1，柔性铰链机械臂1为聚合物3D打印的柔性铰链机械臂1，柔性铰链机械臂1腔体的底部固定连接有压电陶瓷驱动器2，柔性铰链机械臂1顶部的中心处螺纹连接有预紧螺栓3，预紧螺栓3的底部贯穿柔性铰链机械臂1且与压电陶瓷驱动器2的连接处紧密贴合，柔性铰链机械臂1内表面左右两侧的顶部均卡接有聚合物仿生表面4，聚合物仿生表面4采用微纳米压印工艺加工而成，聚合物材料具有生物相容性，防止生物组织在操作过程中被金属质的微操作装置污染，仿生表面：在微操作过程中，微纳米结构可以避免夹持力对细胞等生物组织的破坏，通过不同的表面修饰技术，可形成超疏水、超亲水、疏油、亲油等特性，适应不同环境下的微操作，两个聚合物仿生表面4相背离一侧的上下位置均固定连接有定位销5，柔性铰链机械臂1内表面左右两侧的上下位置均开设有与定位销5配合使用的凹槽6，定位销5远离聚合物仿生表面4的一端延伸至凹槽6的内腔，凹槽6内腔的顶部和底部均嵌入式安装有筒体7，筒体7的内腔滑动连接有滑板8，滑板8远离限位销10的一侧固定连接有压簧9，压簧9远离滑板8的一端与筒体7的连接处固定连接，滑板8远离压簧9的一端固定连接有限位销10，限位销10远离滑板8的一端贯穿筒体7且延伸至凹槽6的内腔，定位销5的外表面与限位销10的外表面紧密贴合。
具体的，筒体7内腔的左右两侧均开设有与滑板8配合使用的滑槽11，滑板8的外表面与滑槽11的内表面滑动连接。
具体的，柔性铰链机械臂1正面底部的左右两侧均开设有螺栓孔12。
具体的，柔性铰链机械臂1正面的左右两侧均开设有辅助通槽13。
一种基于仿生表面的微操作装置的操作方法，具体步骤包括：
S1：将聚合物仿生表面4带动定位销5插入凹槽6的内腔，使得定位销5在移动的同时，挤压两侧的限位销10，使限位销10带动滑板8在滑槽11的内表面滑动挤压压簧9，从而使限位销10进入筒体7的内腔，当聚合物仿生表面4带动定位销5移动到指定位置时，压簧9在反作用力下推动滑板8在滑槽11的内表面滑动，使滑板8带动限位销10移动，从而使限位销10的外表面与定位销5的外表面紧密贴合，使得限位销10对定位销5进行固定；
S2：当需要拆卸聚合物仿生表面4时，反之上述操作即可，从而方便对聚合物仿生表面4进行更换；
S3：通过螺栓孔12，将该装置与外接微动机构连接，然后通过预紧螺栓3，将压电陶瓷驱动器2在腔体内预紧；
S4：然后将压电陶瓷驱动器2插头通电，启动压电陶瓷驱动器2外部控制器，使压电陶瓷驱动器2在电压作用下伸长，通过柔性铰链机械臂1的弹性变形实现微操作器末端的夹紧，从而实现细胞等生物组织微夹持功能，微纳米结构有利于细胞的获取、释放。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于仿生表面的微操作装置，其特征在于，包括柔性铰链机械臂（1），所述柔性铰链机械臂（1）腔体的底部固定连接有压电陶瓷驱动器（2），所述柔性铰链机械臂（1）顶部的中心处螺纹连接有预紧螺栓（3），所述预紧螺栓（3）的底部贯穿柔性铰链机械臂（1）且与压电陶瓷驱动器（2）的连接处紧密贴合，所述柔性铰链机械臂（1）内表面左右两侧的顶部均卡接有聚合物仿生表面（4），两个所述聚合物仿生表面（4）相背离一侧的上下位置均固定连接有定位销（5），所述柔性铰链机械臂（1）内表面左右两侧的上下位置均开设有与定位销（5）配合使用的凹槽（6），所述定位销（5）远离聚合物仿生表面（4）的一端延伸至凹槽（6）的内腔，所述凹槽（6）内腔的顶部和底部均嵌入式安装有筒体（7），所述筒体（7）的内腔滑动连接有滑板（8），所述滑板（8）远离限位销（10）的一侧固定连接有压簧（9），所述压簧（9）远离滑板（8）的一端与筒体（7）的连接处固定连接，所述滑板（8）远离压簧（9）的一端固定连接有限位销（10），所述限位销（10）远离滑板（8）的一端贯穿筒体（7）且延伸至凹槽（6）的内腔，所述定位销（5）的外表面与限位销（10）的外表面紧密贴合。
2.如权利要求1所述的一种基于仿生表面的微操作装置，其特征在于，所述筒体（7）内腔的左右两侧均开设有与滑板（8）配合使用的滑槽（11），所述滑板（8）的外表面与滑槽（11）的内表面滑动连接。
3.如权利要求1所述的一种基于仿生表面的微操作装置，其特征在于，所述柔性铰链机械臂（1）正面底部的左右两侧均开设有螺栓孔（12）。
4.如权利要求1所述的一种基于仿生表面的微操作装置，其特征在于，所述柔性铰链机械臂（1）正面的左右两侧均开设有辅助通槽（13）。
5.一种基于仿生表面的微操作装置的操作方法，其特征在于，具体步骤包括：
S1：将聚合物仿生表面（4）带动定位销（5）插入凹槽（6）的内腔，使得定位销（5）在移动的同时，挤压两侧的限位销（10），使限位销（10）带动滑板（8）在滑槽（11）的内表面滑动挤压压簧（9），从而使限位销（10）进入筒体（7）的内腔，当聚合物仿生表面（4）带动定位销（5）移动到指定位置时，压簧（9）在反作用力下推动滑板（8）在滑槽（11）的内表面滑动，使滑板（8）带动限位销（10）移动，从而使限位销（10）的外表面与定位销（5）的外表面紧密贴合，使得限位销（10）对定位销（5）进行固定；
S2：当需要拆卸聚合物仿生表面（4）时，反之上述操作即可，从而方便对聚合物仿生表面（4）进行更换；
S3：通过螺栓孔（12），将该装置与外接微动机构连接，然后通过预紧螺栓（3），将压电陶瓷驱动器（2）在腔体内预紧；
S4：然后将压电陶瓷驱动器（2）插头通电，启动压电陶瓷驱动器（2）外部控制器，使压电陶瓷驱动器（2）在电压作用下伸长，通过柔性铰链机械臂（1）的弹性变形实现微操作器末端的夹紧，从而实现细胞等生物组织微夹持功能，微纳米结构有利于细胞的获取、释放。
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