CN116141347A - 一种精细操控压电机器人系统及采用该系统的操作方法 - Google Patents

Abstract

一种精细操控压电机器人系统及采用该系统的操作方法，属于机器人技术领域。本发明解决了现有的传统电磁电机驱动生物体操控器存在的结构复杂、体积和重量大、操控精度较低以及易受电磁干扰影响的问题。包括固定基座及固装在固定基座上的六自由度压电精密调姿平台、压电切割操控器、压电吸取操控器、压电夹取操控器、压电注射操控器及压电视觉反馈装置，通过所述六自由度压电精密调姿平台调整被操控物体的位姿，通过所述压电视觉反馈装置反馈被操控物体的位姿信息，通过所述压电切割操控器、所述压电吸取操控器、所述压电夹取操控器以及所述压电注射操控器分别完成对被操控物体的切割、吸取、夹持和穿刺注射的精细操控任务。

Description

一种精细操控压电机器人系统及采用该系统的操作方法

技术领域

本发明涉及一种精细操控压电机器人系统及采用该系统的操作方法，属于机器人技术领域。

背景技术

生物体精细操控是医工交叉创新领域的一项共性支撑技术，也是机器人技术的重要应用方向，主要利用机器人等智能器械突破人类操作极限，完成对生物体安全、稳定和精准的操控。基于电磁电机驱动的传统机器人系统，需要中间传动机构，整体尺寸大，结构复杂，操作精度较低，且易受电磁干扰影响，不能满足对复杂生物体的精细操控要求。而压电驱动技术具有响应速度快、运动分辨力高、不受外界电磁干扰、结构简单，易于实现小型化等优点，在生物体精细操控领域具有良好的应用前景。

发明内容

本发明是为了解决传统电磁电机驱动生物体操控器存在的结构复杂、体积和重量大、操控精度较低以及易受电磁干扰影响的问题，进而提供了一种精细操控压电机器人系统及采用该系统的操作方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种精细操控压电机器人系统，包括固定基座及固装在固定基座上的六自由度压电精密调姿平台、压电切割操控器、压电吸取操控器、压电夹取操控器、压电注射操控器及压电视觉反馈装置，其中，所述压电视觉反馈装置设置在所述六自由度压电精密调姿平台的上方，所述压电切割操控器、所述压电吸取操控器、所述压电夹取操控器以及所述压电注射操控器沿周向分布在所述六自由度压电精密凋姿平台与所述压电视觉反馈装置之间，通过所述六自由度压电精密调姿平台调整被操控物体的位姿，通过所述压电视觉反馈装置反馈被操控物体的位姿信息，通过所述压电切割操控器、所述压电吸取操控器、所述压电夹取操控器以及所述压电注射操控器分别完成对被操控物体的切割、吸取、夹持和穿刺注射的精细操控任务。

进一步地，所述六自由度压电精密调姿平台包括由上到下依次串联联接的上层致动模块、中间层致动模块及下层致动模块，其中，通过所述上层致动模块实现绕X轴和Y轴的旋转运动，通过所述中间层致动模块实现沿Z轴的直线运动和绕Z轴的旋转运动，通过所述下层致动模块实现沿X轴和Y轴的直线运动。

进一步地，所述上层致动模块包括上基座、外支撑架、内转子、外转子及第一压电驱动器，其中所述上基座固装在所述外支撑架的底端，所述第一压电驱动器设置在外支撑架内部且竖向固装在上基座顶端，所述外转子通过一对第一转动关节转动安装在上基座的上部，所述内转子通过一对第二转动关节转动安装在外转子内部，且内转子的底端加工有球面凸起，第一压电驱动器的顶端与内转子底端的球面凸起之间通过静摩擦力传递运动。

进一步地，所述中间层致动模块包括中间基座、中间外壳、中间动子、直线轴承及两个第二压电驱动器，其中所述中间外壳套装在所述中间基座上，所述中间动子竖向固装在上层致动模块的底端，所述直线轴承竖向固装在中间基座上，中间动子的下端穿装在直线轴承内，两个所述第二压电驱动器相对布置在中间动子的两侧且均固装在中间基座上。

进一步地，所述下层致动模块包括下基座、下外壳、第三压电驱动器、下动子、X向滑动组件及Y向滑动组件，其中下动子固装在中间层致动模块的底端，所述下外壳套设在所述下基座的外部，所述第三压电驱动器竖向固装在下基座上，且第三压电驱动器的顶端与下动子之间通过静摩擦力传递运动，Y向滑动组件中的Y滑块与下动子固接，X向滑动组件中的X滑轨与下基座固接，X向滑动组件中的X滑块与Y向滑动组件中的Y滑轨之间通过过渡板连接。

进一步地，所述压电切割操控器包括第四压电驱动器、外圆筒、第一柔性平台及精密刀具，其中所述第一柔性平台固装在外圆筒的顶端，所述第四压电驱动器设置在外圆筒内，且第四压电驱动器的底部固装在外圆筒的底端，所述精密刀具穿装在第一柔性平台上。

进一步地，所述压电吸取操控器包括吸取管、气缸、第五压电驱动器、预紧螺钉、第一柔性放大结构及底座，其中所述吸取管连通固装在气缸的一端，所述气缸固装在底座上，第五压电驱动器嵌装在第一柔性放大结构中，且通过预紧螺钉施加预紧力，气缸的另一端与第一柔性放大结构的一侧固接，第一柔性放大结构的另一侧固装在底座上。

进一步地，所述气缸包括后端盖、缸筒、活塞杆、活塞及前端盖，其中后端盖上开设有排气孔，活塞杆通过活塞沿缸筒内壁直线移动，活塞与前端盖之间形成第一腔室，所述吸取管与第一腔室连通，活塞与后端盖之间形成第二腔室，所述排气孔与第二腔室连通。

进一步地，所述压电夹取操控器包括底板、第六压电驱动器、第二柔性放大结构、第三柔性放大结构、第一预调螺钉、第二预调螺钉及微镊，其中所述第六压电驱动器横向固装在底板上，第二柔性放大结构及第三柔性放大结构分别位于第六压电驱动器的左右两侧，且第二柔性放大结构的输入端与第六压电驱动器之间通过第一预调螺钉固接，第三柔性放大结构的输入端与第六压电驱动器之间通过第二预调螺钉固接，第二柔性放大结构与第三柔性放大结构沿第六压电驱动器轴向错位布置，微镊的两个爪体分别固装在第二柔性放大结构的输出端与第三柔性放大结构的输出端。

进一步地，所述第二柔性放大结构包括第一连接杆、第一矩形部及第一L形部，微镊的一个爪体通过第一连接杆固装在第一矩形部的一端，所述第一L形部的一端通过第一预调螺钉固装在第六压电驱动器的末端部，所述第一L形部的另一端固接在第一矩形部的另一端部，第一矩形部的另一端固装在底板上，第一L形部的一端部固装在底板上且固定支点位于第一预调螺钉远离微镊的一侧，所述第三柔性放大结构与第二柔性放大结构相同，其中第三柔性放大结构中的第二矩形部的另一端固装在底板上，第二L形部的一端固装在底板上且固定支点位于第二预调螺钉靠近微镊的一侧。

进一步地，所述第六压电驱动器包括安装座、四分区压电陶瓷、预紧螺栓及传递主体，其中安装座固装在底板上，四分区压电陶瓷位于安装座与传递主体之间，所述预紧螺栓依次穿装在安装座、四分区压电陶瓷及传递主体上，传递主体上远离安装座的一端侧壁开设有安装槽，所述安装槽内安装有连接组件，第二预调螺钉与传递主体之间通过所述连接组件转动连接。

进一步地，所述压电注射操控器包括壳体、光轴、针头、连接体、一对线性滚珠衬套及两个第七压电驱动器，其中所述连接体固装在壳体内，光轴通过一对线性滚珠衬套轴向滑动穿装在连接体内，光轴的一端伸出壳体外侧设置，所述针头固装在光轴的一端，两个第七压电驱动器对称分布在光轴的两侧，通过两个第七压电驱动器驱动光轴实现直线运动和旋转运动输出。

进一步地，所述第七压电驱动器包括由上到下依次固接的第二柔性平台、上圆筒、柔性圆盘及下圆筒，其中第二柔性平台的顶端固装有驱动足，所述上圆筒内竖向固装有上驱动单元，所述下圆筒内竖向固装有下驱动单元，通过所述下驱动单元输出直线运动，通过上驱动单元输出弯曲运动。

进一步地，第二柔性平台上粘贴有第二应变片。

进一步地，所述压电视觉反馈装置包括显微系统外壳及布置在显微系统外壳内部的CCD相机、平行光学镜头、半反半透镜、压电调焦器、支架立柱、镜头托架、同轴光源及显微镜物镜，其中所述支架立柱竖向固装在显微系统外壳内，所述平行光学镜头通过镜头托架固装在支架立柱上，CCD相机、平行光学镜头、半反半透镜、压电调焦器及显微镜物镜由上到下依次同轴固接，所述同轴光源与所述半反半透镜连接。

进一步地，所述压电调焦器包括调焦器外壳及布置在调焦器外壳内部的调焦器连接件、桥式位移放大机构及显微镜物镜连接件，其中，所述调焦器连接件与压电调焦器固接，所述显微镜物镜连接件与所述显微镜物镜连接，桥式位移放大机构的数量为两个且并排布置，每个所述桥式位移放大机构内部均嵌装有第八压电驱动器，且桥式位移放大机构固装在调焦器连接件与显微镜物镜连接件之间。

一种采用上述压电机器人系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤一、将被操控物体放置在六自由度压电精密调姿平台上，调整六自由度压电精密调姿平台的位姿，将被操控物体运送到压电切割操控器的可操作范围，控制压电切割操控器对被操控物体进行切割操作；

步骤二、切割操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台的位姿，将被操控物体被运送到压电吸取操控器的可操作范围，控制压电吸取操控器吸取被操控物体被切割部分；

步骤三、吸取操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台的位姿，将被操控物体剩余部分运送到压电夹取操控器的可操作范围，控制压电夹取操控器夹取被操控物体剩余部分，将其移送到另一位置；

步骤四、移位操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台的位姿，将被操控物体剩余部分运送到压电注射操控器的可操作范围，控制压电注射操控器对被操控物体剩余部分进行穿刺注射操作；

步骤五、穿刺注射完成后，调整六自由度压电精密调姿平台的位姿，将被注射过的被操控物体剩余部分传送到指定区域；步骤一至五的全部操作过程均在压电视觉反馈装置的监测下完成。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

六自由度压电精密调姿平台具有厘米级行程、纳米级分辨力、低运动耦合和六维输出特性，用于精密调整被操控物体的位姿，用于辅助各类精密操控器完成一系列操控动作；

压电切割操控器、压电吸取操控器、压电夹取操控器和压电注射操控器均为高精度操控仪器，均具备纳米级分辨力、平稳位移输出和牛级操控力等基本特性，分别用来对被操控物体进行切割、吸附、夹取和穿刺操作，具体的，压电切割操控器，用于精准切割被操控物体；压电吸取操控器，用于吸取被操控物体；压电夹取操控器，用于夹取被操控物体；压电注射操控器，用于靶向注射被操控物体。

压电视觉反馈装置具有亚微米级对焦分辨力、秒级对焦时间以及位姿信息快速反馈能力，用于成像设备自动对焦并反馈被操控物体的位姿信息，实现原位监测被操控物体，辅助六自由度压电精密调姿平台、压电切割操控器、压电吸取操控器、压电夹取操控器和压电注射操控器高效完成操控任务。六自由度压电精密调姿平台、各操控器以及压电视觉反馈装置相互协作，可对复杂形态生物体进行精准操控。

本申请的精细操控压电机器人系统，与传统的电磁电机驱动生物体操控器相比，省去了中间复杂的传动机构，有效简化了结构，减小了体积和重量，操控精度大大提高。

附图说明

图1为精细操控压电机器人系统的立体结构示意图；

图2为六自由度压电精密调姿平台的立体结构示意图；

图3为六自由度压电精密调姿平台的局部剖视示意图；

图4为内转子的立体结构示意图；

图5为压电切割操控器的立体结构示意图(局部剖视)；

图6为压电切割操控器的俯视示意图；

图7为压电吸取操控器的立体结构示意图；

图8为气缸的剖视示意图；

图9为压电吸取操控器的吸取动作原理示意图(俯视状态下)；

图10为第一柔性放大结构的动作原理示意图(吸取动作下)；

图11为压电夹取操控器的立体结构示意图；

图12为第六压电驱动器的剖视示意图；

图13为四分区压电陶瓷的后视示意图；

图14为第六压电驱动器Z方向弯曲原理示意图；

图15为压电夹取操控器的俯视示意图；

图16为压电夹取操控器张开动作原理示意图；

图17为平面微镊的结构示意图；

图18为锯齿面微镊的结构示意图；

图19为尖端微镊的结构示意图；

图20为圆弧面微镊的结构示意图；

图21为压电注射操控器的主剖视示意图(第七压电驱动器及线性滚珠衬套未剖视)；

图22为第七压电驱动器的局部剖视示意图；

图23为压电视觉反馈装置的结构示意图(显微系统外壳剖视)；

图24为压电调焦器的爆炸示意图；

图25为压电视觉反馈装置粗精结合的正焦位置搜索算法的流程图。

图中：1、固定基座；2、六自由度压电精密调姿平台；2-1、上层致动模块；2-11、上基座；2-12、外支撑架；2-13、内转子；2-131、球面凸起；2-14、外转子；2-15、第一压电驱动器；2-16、第一转动关节；2-17第二转动关节；2-2、中间层致动模块；2-21、中间基座；2-22、中间外壳；2-23、中间动子；2-231、中间圆盘动子；2-232、连接螺栓；2-233、中间圆柱动子；2-24、直线轴承；2-25、第二压电驱动器；2-3、下层致动模块；2-31、下基座；2-32、下外壳；2-33、第三压电驱动器；2-34、下动子；2-351、X滑块；2-352、X滑轨；2-361、Y滑块；2-362、Y滑轨；2-37、过渡板；3、压电切割操控器；3-1、第四压电驱动器；3-2、外圆筒；3-3、第一柔性平台；3-4、精密刀具；4、压电吸取操控器；4-1、吸取管；4-2、气缸；4-21、后端盖；4-211、排气孔；4-22、缸筒；4-23、活塞杆；4-24、活塞；4-25、前端盖；4-3、第五压电驱动器；4-4、预紧螺钉；4-5、第一柔性放大结构；4-6、底座；4-7、固定盖；5、压电夹取操控器；5-1、底板；5-2、第六压电驱动器；5-21、安装座；5-22、四分区压电陶瓷；5-23、预紧螺栓；5-24、传递主体；5-25、滚动轴承；5-26、弹性挡圈；5-27、轴承螺钉连接器；5-3、第二柔性放大结构；5-31、第一连接杆；5-32、第一矩形部；5-33、第一L形部；5-34、第一应变片；5-4、第三柔性放大结构；5-41、第二矩形部；5-42、第二L形部；5-43、第二连接杆；5-5、第一预调螺钉；5-6、第二预调螺钉；5-7、微镊；6、压电注射操控器；6-1、壳体；6-2、光轴；6-3、针头；6-4、连接体；6-5、线性滚珠衬套；6-6、第七压电驱动器；6-61、第二柔性平台；6-62、上圆筒；6-63、柔性圆盘；6-64、下圆筒；6-65、驱动足；6-66、上驱动单元；6-67、下驱动单元；6-68、第二应变片；6-7、限位挡块；7、压电视觉反馈装置；7-1、显微系统外壳；7-2、CCD相机；7-3、平行光学镜头；7-4、半反半透镜；7-5、压电调焦器；7-51、调焦器外壳；7-52、调焦器连接件；7-53、桥式位移放大机构；7-54、显微镜物镜连接件；7-55、第八压电驱动器；7-6、支架立柱；7-7、镜头托架；7-8、同轴光源；7-9、显微镜物镜；8、被操控物体；9、第一安装架；10、第二安装架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

具体实施方式一：结合图1～25说明本实施方式，一种精细操控压电机器人系统，包括固定基座1及固装在固定基座1上的六自由度压电精密调姿平台2、压电切割操控器3、压电吸取操控器4、压电夹取操控器5、压电注射操控器6及压电视觉反馈装置7，其中，所述压电视觉反馈装置7设置在所述六自由度压电精密调姿平台2的上方，所述压电切割操控器3、所述压电吸取操控器4、所述压电夹取操控器5以及所述压电注射操控器6沿周向分布在所述六自由度压电精密凋姿平台与所述压电视觉反馈装置7之间，通过所述六自由度压电精密调姿平台2调整被操控物体8的位姿，通过所述压电视觉反馈装置7反馈被操控物体8的位姿信息，通过所述压电切割操控器3、所述压电吸取操控器4、所述压电夹取操控器5以及所述压电注射操控器6分别完成对被操控物体8的切割、吸取、夹持和穿刺注射的精细操控任务。

所述压电视觉反馈装置7设置在六自由度压电精密调姿平台2的正上方。

被操控物体8被放置在六自由度压电精密调姿平台2的上表面。

六自由度压电精密调姿平台2具有厘米级行程、纳米级分辨力、低运动耦合和六维输出特性，用于精密调整被操控物体8的位姿，用于辅助各类精密操控器完成一系列操控动作；

压电切割操控器3、压电吸取操控器4、压电夹取操控器5和压电注射操控器6均为高精度操控仪器，均具备纳米级分辨力、平稳位移输出和牛级操控力等基本特性，分别用来对被操控物体8进行切割、吸附、夹取和穿刺操作，具体的，压电切割操控器3，用于精准切割被操控物体8；压电吸取操控器4，用于吸取被操控物体8；压电夹取操控器5，用于夹取被操控物体8；压电注射操控器6，用于靶向注射被操控物体8。

压电视觉反馈装置7具有亚微米级对焦分辨力、秒级对焦时间以及位姿信息快速反馈能力，用于成像设备自动对焦并反馈被操控物体8的位姿信息，实现原位监测被操控物体8，辅助六自由度压电精密调姿平台2、压电切割操控器3、压电吸取操控器4、压电夹取操控器5和压电注射操控器6高效完成操控任务。六自由度压电精密调姿平台2、各操控器以及压电视觉反馈装置7相互协作，可对复杂形态生物体进行精准操控。

压电切割操控器3、压电吸取操控器4、压电夹取操控器5、压电注射操控器6分别通过第一安装架9安装在固定基座1上。压电视觉反馈装置7通过第二安装架10安装在固定基座1上。

所述六自由度压电精密调姿平台2包括由上到下依次串联联接的上层致动模块2-1、中间层致动模块2-2及下层致动模块2-3，其中，通过所述上层致动模块2-1实现绕X轴和Y轴的旋转运动，通过所述中间层致动模块2-2实现沿Z轴的直线运动和绕Z轴的旋转运动，通过所述下层致动模块2-3实现沿X轴和Y轴的直线运动。上层致动模块2-1、中间层致动模块2-2及下层致动模块2-3由上到下依次通过模块化重组方式串联联接形成一个整体，三个致动模块的串联组合，可实现沿X/Y/Z轴直线运动和绕X/Y/Z轴旋转运动的六自由度输出。

所述上层致动模块2-1包括上基座2-11、外支撑架2-12、内转子2-13、外转子2-14及第一压电驱动器2-15，其中所述上基座2-11固装在所述外支撑架2-12的底端，所述第一压电驱动器2-15设置在外支撑架2-12内部且竖向固装在上基座2-11顶端，所述外转子2-14通过一对第一转动关节2-16转动安装在上基座2-11的上部，所述内转子2-13通过一对第二转动关节2-17转动安装在外转子2-14内部，且内转子2-13的底端加工有球面凸起2-131，第一压电驱动器2-15的顶端与内转子2-13底端的球面凸起2-131之间通过静摩擦力传递运动。如此设计，上基座2-11与外支撑架2-12同轴布置。所述内转子2-13的顶端面为平面，球面凸起2-131的顶端面直径可以与内转子2-13的顶端面直径相同，也可以小于内转子2-13的顶端面直径，优选球面凸起2-131的顶端面直径小于内转子2-13的顶端面直径。第一压电驱动器2-15可实现两正交方向弯曲运动输出。第一压电驱动器2-15的顶端与内转子2-13底端的球面凸起2-131之间通过静摩擦力传递运动，经过步距累加，可实现大行程运动。两个转动关节均可实现绕定轴转动输出，内转子2-13可绕着第二转动关节2-17进行旋转运动，外转子2-14和内转子2-13整体可绕着第一转动关节2-16进行旋转运动。第一压电驱动器2-15沿Y轴方向弯曲时，内转子2-13可绕第二转动关节2-17实现绕X轴的旋转运动输出；第一压电驱动器2-15沿X轴方向弯曲时，外转子2-14和内转子2-13作为一个整体可绕第一转动关节2-16实现绕Y轴的旋转运动输出。

所述中间层致动模块2-2包括中间基座2-21、中间外壳2-22、中间动子2-23、直线轴承2-24及两个第二压电驱动器2-25，其中所述中间外壳2-22套装在中间基座2-21上，所述中间动子2-23竖向固装在上层致动模块2-1的底端，所述直线轴承2-24竖向固装在中间基座2-21上，中间动子2-23的下端穿装在直线轴承2-24内，两个所述第二压电驱动器2-25相对布置在中间动子2-23的两侧且均固装在中间基座2-21上。如此设计，中间基座2-21与中间外壳2-22同轴布置，中间外壳2-22的下部与中间基座2-21固接，通过中间外壳将整个中间层致动模块的内部结构围住，起到防尘、美化外观的作用。直线轴承2-24起运动导向作用。所述中间动子2-23包括中间圆盘动子2-231、连接螺栓2-232及中间圆柱动子2-233，其中中间圆盘动子2-231与中间圆柱动子2-233通过连接螺栓2-232固定连接，中间圆盘动子2-231与上基座2-11之间固定连接。两个第二压电驱动器2-25沿同一轴线对装，可同步实现两正交方向弯曲运动输出，驱动中间动子2-23实现沿Z轴的直线运动和绕Z轴的旋转运动。第二压电驱动器2-25的基座与中间基座2-21通过螺栓固接。

所述下层致动模块2-3包括下基座2-31、下外壳2-32、第三压电驱动器2-33、下动子2-34、X向滑动组件及Y向滑动组件，其中下动子2-34固装在中间层致动模块2-2的底端，所述下外壳2-32套设在所述下基座2-31的外部，所述第三压电驱动器2-33竖向固装在下基座2-31上，且第三压电驱动器2-33的顶端与下动子2-34之间通过静摩擦力传递运动，Y向滑动组件中的Y滑块2-361与下动子2-34固接，X向滑动组件中的X滑轨2-352与下基座2-31固接，X向滑动组件中的X滑块2-351与Y向滑动组件中的Y滑轨2-362之间通过过渡板2-37连接。如此设计，所述下外壳2-32与下基座2-31之间无固定连接，下外壳2-32主要起防尘及美观的作用。第三压电驱动器2-33可实现两正交方向弯曲运动输出，与下动子2-34之间通过静摩擦力来传递运动，经过步距累加，可实现大行程运动；第三压电驱动器2-33沿Y轴方向弯曲，下动子2-34通过Y滑块2-361沿着Y滑轨2-362可实现沿Y轴方向的直线运动；第三压电驱动器2-33沿X轴方向弯曲，下动子2-34、Y滑块2-361、Y滑轨2-362、过渡板2-37和X滑块2-351沿着X滑轨2-352可实现沿X轴方向的直线运动。

所述第三压电驱动器2-33沿X轴方向弯曲时，下动子2-34、上层致动模块2-1和中间层致动模块2-2可实现沿X轴方向的直线运动；所述第三压电驱动器2-33沿Y轴方向弯曲时，下动子2-34、上层致动模块2-1和中间层致动模块2-2可实现沿Y轴方向的直线运动。所述第三压电驱动器2-33沿Z轴方向上下弯曲时，中间动子2-23和上层致动模块2-1可实现沿Z轴竖直方向的直线运动；所述第二压电驱动器2-25沿水平方向左右弯曲时，中间动子2-23和上层致动模块2-1可实现绕Z轴方向的旋转运动。所述第一压电驱动器2-15沿Y轴方向弯曲时，内转子2-13可实现绕X轴方向的旋转运动；所述第一压电驱动器2-15沿X轴方向弯曲时，内转子2-13和外转子2-14可实现绕Y轴方向的旋转运动。

第一压电驱动器2-15至第三压电驱动器2-33分别用于输出弯曲运动，实现弯曲运动的结构为压电结构，所述压电结构为贴片式结构、压电管或压电叠堆。

利用任意两致动模块的组合，可实现四自由度运动的输出。

本申请中所述的固接，是指两结构件通过螺栓连接或胶水粘结成一个整体。

所述压电切割操控器3包括第四压电驱动器3-1、外圆筒3-2、第一柔性平台3-3及精密刀具3-4，其中所述第一柔性平台3-3固装在外圆筒3-2的顶端，所述第四压电驱动器3-1设置在外圆筒3-2内，且第四压电驱动器3-1的底部固装在外圆筒3-2的底端，所述精密刀具3-4穿装在第一柔性平台3-3上。如此设计，第四压电驱动器3-1用于输出弯曲运动，实现弯曲运动的结构为压电结构，所述压电结构为贴片式结构、或叠堆式结构或压电管。第一柔性平台3-3的中心区域与第四压电驱动器3-1的末端之间、第一柔性平台3-3的外围区域与外圆筒3-2之间以及外圆筒3-2与第四压电驱动器3-1的底部之间均通过螺栓连接。所述第一柔性平台3-3用于输出直线运动，实现第四压电驱动器3-1弯曲运动向第一柔性平台3-3直线运动转换的结构为柔性铰链机构。

所述第四压电驱动器3-1可实现两正交方向弯曲运动输出，其末端设置的圆形柔性铰链用于精密刀具3-4在竖直方向的运动解耦；第一柔性平台3-3采用叶式梁结构用于实现两正交方向解耦，用于将第四压电驱动器3-1的两自由度弯曲运动转换为第一柔性平台3-3中心区域的两自由度直线运动；因此，在第四压电驱动器3-1输出两正交方向弯曲运动时，第一柔性平台3-3上的精密刀具3-4可实现两正交方向直线运动输出。

所述压电吸取操控器4包括吸取管4-1、气缸4-2、第五压电驱动器4-3、预紧螺钉4-4、第一柔性放大结构4-5及底座4-6，其中所述吸取管4-1连通固装在气缸4-2的一端，所述气缸4-2固装在底座4-6上，第五压电驱动器4-3嵌装在第一柔性放大结构4-5中，且通过预紧螺钉4-4施加预紧力，气缸4-2的另一端与第一柔性放大结构4-5的一侧固接，第一柔性放大结构4-5的另一侧固装在底座4-6上。如此设计，气缸4-2通过固定盖4-7实现固装，弧形固定盖4-7盖设在气缸4-2上方，固定盖4-7两端的耳板与底座4-6之间通过螺栓固接，进而将气缸4-2夹紧安装在底座4-6与固定盖4-7之间。所述第五压电驱动器4-3可以是压电管、多个叠加的压电片等能够实现纵向运动的压电结构。第五压电驱动器4-3的输出通过第一柔性放大结构4-5放大后，输入到气缸4-2的活塞杆4-23上，第一柔性放大结构4-5的输出端通过螺钉与气缸4-2的活塞杆4-23连接。第一柔性放大结构4-5的另一侧固装在底座4-6上，当第五压电驱动器4-3被激励伸长后，第一柔性放大结构4-5纵向伸长，横向收缩，带动气缸4-2的活塞杆4-23运动，实现吸取动作。具体的，所述第一柔性放大结构4-5呈矩形设置，第五压电驱动器4-3的两端嵌入第一柔性放大结构4-5长度方向上的两端之间，并通过设置在一端的预紧螺钉4-4预紧，矩形的第一柔性放大结构4-5的一个侧边通过连接螺钉等与气缸4-2固接，另一个侧边通过连接螺钉等与底座4-6固接。

所述气缸4-2包括后端盖4-21、缸筒4-22、活塞杆4-23、活塞4-24及前端盖4-25，其中后端盖4-21上开设有排气孔4-211，活塞杆4-23通过活塞4-24沿缸筒4-22内壁直线移动，活塞4-24与前端盖4-25之间形成第一腔室，所述吸取管4-1与第一腔室连通，活塞4-24与后端盖4-21之间形成第二腔室，所述排气孔4-211与第二腔室连通。如此设计，活塞4-24与缸筒4-22内壁之间设置有第一密封圈，缸筒4-22与前端盖4-25之间设置有第二密封圈。当第五压电驱动器4-3被激励伸长后，第一柔性放大结构4-5纵向伸长，横向收缩，带动气缸4-2的活塞杆4-23运动，使得第一腔室气压减小，实现吸取动作；当第五压电驱动器4-3激励电压为0V时或断电时，第一柔性放大结构4-5恢复原状，活塞杆4-23回到原始位置。

所述压电夹取操控器5包括底板5-1、第六压电驱动器5-2、第二柔性放大结构5-3、第三柔性放大结构5-4、第一预调螺钉5-5、第二预调螺钉5-6及微镊5-7，其中所述第六压电驱动器5-2横向固装在底板5-1上，第二柔性放大结构5-3及第三柔性放大结构5-4分别位于第六压电驱动器5-2的左右两侧，且第二柔性放大结构5-3的输入端与第六压电驱动器5-2之间通过第一预调螺钉5-5固接，第三柔性放大结构5-4的输入端与第六压电驱动器5-2之间通过第二预调螺钉5-6固接，第二柔性放大结构5-3与第三柔性放大结构5-4沿第六压电驱动器5-2轴向错位布置，微镊5-7的两个爪体分别固装在第二柔性放大结构5-3的输出端与第三柔性放大结构5-4的输出端。如此设计，通过第六压电驱动器5-2实现水平方向和竖直方向的弯曲运动，第六压电驱动器5-2可以为贴片式结构、压电管或压电叠堆，通过第二柔性放大结构5-3及第三柔性放大结构5-4对第六压电驱动器5-2的输出位移进行放大及导向，进而带动微镊5-7动作，实现平行夹持与旋转调姿动作。

第二柔性放大结构5-3与第三柔性放大结构5-4由于固定位置布置的不同，当输入同向位移时可实现反向运动，即当第六压电驱动器5-2向X₅正向弯曲时，第二柔性放大结构5-3输出X₅负向位移，而第三柔性放大结构5-4输出X₅正向位移，实现微镊5-7张开动作；相反的，当第六压电驱动器5-2向X₅负向弯曲时，可实现微镊5-7闭合动作；当第六压电驱动器5-2向Z₅正方向弯曲时，第二柔性放大结构5-3输出Z₅负向位移，而第三柔性放大结构5-4输出Z₅正向位移，实现对夹持物体的逆时针旋转调姿动作；相反的，当第六压电驱动器5-2向Z₅负向弯曲时，可实现对夹持物体的顺时针旋转调姿动作。

第一预调螺钉5-5和第二预调螺钉5-6通过调整第一柔性放大结构4-5和第二柔性放大结构5-3的初始输入位移，进而调整微镊5-7的初始间隙，以满足不同操作要求。

微镊5-7的两个爪体与第二柔性放大结构5-3及第三柔性放大结构5-4之间优选通过螺栓固接。

根据操作对象的不同，微镊5-7可以设计成锯齿面微镊、尖端微镊和圆弧面微镊。例如对于形状比较规则的长方体可以使用平面微镊，对于藻类集群可以使用锯齿面微镊，对于微小物体可以使用尖端微镊，对于圆柱状或者球状物体可以使用圆弧面微镊。

第二柔性放大结构5-3、第三柔性放大结构5-4和第六压电驱动器5-2均固定在底板5-1上，底板5-1可固定在其它执行器上，压电夹取操控器5可作为末端操控器进行微操作。

所述第二柔性放大结构5-3包括第一连接杆5-31、第一矩形部5-32及第一L形部5-33，微镊5-7的一个爪体通过第一连接杆5-31固装在第一矩形部5-32的一端，所述第一L形部5-33的一端通过第一预调螺钉5-5固装在第六压电驱动器5-2的末端部，所述第一L形部5-33的另一端固接在第一矩形部5-32的另一端部，第一矩形部5-32的另一端固装在底板5-1上，第一L形部5-33的一端部固装在底板5-1上且固定支点位于第一预调螺钉5-5远离微镊5-7的一侧，所述第三柔性放大结构5-4与第二柔性放大结构5-3相同，其中第三柔性放大结构5-4中的第二矩形部5-41的另一端固装在底板5-1上，第二L形部5-42的一端固装在底板5-1上且固定支点位于第二预调螺钉5-6靠近微镊5-7的一侧。如此设计，第二柔性放大结构5-3及第三柔性放大结构5-4整体上由杠杆结构和平行四边形结构组成。第三柔性放大结构5-4包括第二连接杆5-43、第二矩形部5-41及第二L形部5-42，微镊5-7的另一个爪体通过第二连接杆5-43固装在第二矩形部5-41的一端，其它连接关系与第二柔性放大结构5-3相同。第一L形部及第二L形部均为一级放大杠杆结构，第一矩形部及第二矩形部均为二级放大平行四边形结构。所述第一L形部5-33的一端为输入端，所述第一L形部5-33的另一端为输出端。第一矩形部5-32的一端为输出端，第一矩形部5-32的另一端为输入端。

第一连接杆5-31上粘贴有第一应变片5-34。第一应变片5-34具体粘贴在第一连接杆5-31的柔性薄梁处。如此设计，当微镊5-7闭合夹紧物体后，第二柔性放大结构5-3末端的柔性薄梁会产生较大弯曲变形，通过粘贴在薄梁上的第一应变片5-34检测变形，进而将信号换算为夹持力，实现夹持力检测与控制。

所述第六压电驱动器5-2包括安装座5-21、四分区压电陶瓷5-22、预紧螺栓5-23及传递主体5-24，其中安装座5-21固装在底板5-1上，四分区压电陶瓷5-22位于安装座5-21与传递主体5-24之间，所述预紧螺栓5-23依次穿装在安装座5-21、四分区压电陶瓷5-22及传递主体5-24上，传递主体5-24上远离安装座5-21的一端侧壁开设有安装槽，所述安装槽内安装有连接组件，第二预调螺钉5-6与传递主体5-24之间通过所述连接组件转动连接。如此设计，传递主体上远离安装座的一端左侧设有螺纹孔，第一预调螺钉与传递主体通过螺纹连接，右侧壁开设有安装槽。通过预紧螺栓5-23固定四分区压电陶瓷5-22及传递主体5-24，通过传递主体5-24传递四分区压电陶瓷5-22的位移。所述连接组件包括滚动轴承5-25、弹性挡圈5-26及轴承螺钉连接器5-27，第二预调螺钉5-6与所述轴承螺钉连接器5-27的一端固接，轴承螺钉连接器5-27的另一端部通过滚动轴承5-25转动安装在安装槽内。第六压电驱动器5-2通过激励四分区压电陶瓷5-22实现两自由度位移输出，即当激励上下两区压电陶瓷时，陶瓷产生的伸缩变形经过传递主体5-24放大后输出Z₅方向位移；当激励左右两区压电陶瓷时，陶瓷产生的伸缩变形经过传递主体5-24放大后输出X₅方向位移。

所述压电注射操控器6包括壳体6-1、光轴4-2、针头6-3、连接体6-4、一对线性滚珠衬套6-5及两个第七压电驱动器6-6，其中所述连接体6-4固装在壳体6-1内，光轴4-2通过一对线性滚珠衬套6-5轴向滑动穿装在连接体6-4内，光轴4-2的一端伸出壳体6-1外侧设置，所述针头6-3固装在光轴4-2的一端，两个第七压电驱动器6-6对称分布在光轴4-2的两侧，通过两个第七压电驱动器6-6驱动光轴4-2实现直线运动和旋转运动输出。如此设计，第七压电驱动器6-6可实现三自由度直线运动输出，两个第七压电驱动器6-6分别通过螺栓与连接体6-4固接。两个第七压电驱动器6-6垂直于光轴4-2方向的直线运动用于调整正压力，两个第七压电驱动器6-6平行于和相切于光轴4-2方向的直线运动分别用于驱动光轴4-2实现直线运动和旋转运动输出。

针头6-3上加工有一个接口，用来连接泵装置，通过本申请的压电注射操控器6把曲针刺入被操作物体后，泵再工作，将液体通过针头6-3挤入被操作物体。

连接体6-4呈T形结构，一对线性滚珠衬套6-5安装在连接体6-4的前后两端部。

针头6-3安装在光轴4-2的前端，用于被操控物体8的穿刺。

壳体6-1包括罩体及后盖，所述后盖盖设在罩体的开口端，所述罩体及所述后盖分别通过螺栓与所述连接体6-4固接，后盖上加工有凹槽，光轴4-2的另一端插装在凹槽内，光轴4-2的另一端固装有限位挡块6-7，阻止光轴4-2从运动轴系中脱落。

所述第七压电驱动器6-6包括由上到下依次固接的第二柔性平台6-61、上圆筒6-62、柔性圆盘6-63及下圆筒6-64，其中第二柔性平台6-61的顶端固装有驱动足6-65，所述上圆筒6-62内竖向固装有上驱动单元6-66，所述下圆筒6-64内竖向固装有下驱动单元6-67，通过所述下驱动单元6-67输出直线运动，通过上驱动单元6-66输出弯曲运动。如此设计，柔性圆盘6-63为变截面结构，通过螺栓分别与下圆筒6-64和上圆筒6-62固定连接，第二柔性平台6-61通过螺栓分别与上驱动单元6-66和上圆筒6-62固定连接，驱动足6-65通过螺栓与第二柔性平台6-61固定连接。下驱动单元6-67可实现单自由度直线运动输出，用于实现驱动足6-65平行于光轴4-2方向的直线运动输出；上驱动单元6-66可实现两正交方向弯曲运动输出，上驱动单元6-66驱动末端设置完全对称的柔性铰链机构。第二柔性平台6-61采用叶式梁结构，用于将上驱动单元6-66的两自由度弯曲运动转换为第二柔性平台6-61的两自由度直线运动，第二柔性平台6-61带动驱动足6-65实现垂直于和相切于光轴4-2方向的两自由度直线运动。实现直线运动和弯曲运动的结构为压电结构，所述压电结构为贴片式结构、或叠堆式结构或压电管。所述第二柔性平台6-61用于输出直线运动，实现上驱动单元6-66弯曲运动向第二柔性平台6-61直线运动转换的结构为柔性铰链机构。

第二柔性平台6-61上粘贴有第二应变片6-68。如此设计，第二应变片6-68用于检测第二柔性平台6-61的弯曲应变，实现第七压电驱动器6-6对光轴4-2施加正压力的调控。

所述压电视觉反馈装置7包括显微系统外壳7-1及布置在显微系统外壳7-1内部的CCD相机7-2、平行光学镜头7-3、半反半透镜7-4、压电调焦器7-5、支架立柱7-6、镜头托架7-7、同轴光源7-8及显微镜物镜7-9，其中所述支架立柱7-6竖向固装在显微系统外壳7-1内，所述平行光学镜头7-3通过镜头托架7-7固装在支架立柱7-6上，CCD相机7-2、平行光学镜头7-3、半反半透镜7-4、压电调焦器7-5及显微镜物镜7-9由上到下依次同轴固接，所述同轴光源7-8与所述半反半透镜7-4连接。显微系统外壳7-1通过第二安装架10固装在固定基座1上，其形状优选圆筒形。支架立柱7-6与显微系统外壳7-1之间通过螺栓固接。平行光学镜头7-3通过镜头托架7-7实现位置固定，且可通过镜头托架7-7实现平行光学镜头7-3的高度调节。同轴光源7-8与半反半透镜7-4连接，为显微观测提供光照条件。所述CCD相机7-2与平行光学镜头7-3连接，用于显微成像；所述显微镜物镜7-9通过压电调焦器7-5与半反半透镜7-4连接，所述压电调焦器7-5可实现单自由度运动输出，携带显微镜物镜7-9运动，完成对焦工作。

所述压电调焦器7-5包括调焦器外壳7-51及布置在调焦器外壳7-51内部的调焦器连接件7-52、桥式位移放大机构7-53及显微镜物镜连接件7-54，其中，所述调焦器连接件7-52与压电调焦器7-5固接，所述显微镜物镜连接件7-54与所述显微镜物镜7-9连接，桥式位移放大机构7-53的数量为两个且并排布置，每个所述桥式位移放大机构7-53内部均嵌装有第八压电驱动器7-55，且桥式位移放大机构7-53固装在调焦器连接件7-52与显微镜物镜连接件7-54之间。如此设计，第八压电驱动器7-55为纵振压电陶瓷片、压电管或压电叠堆。两个对称布置的桥式位移放大机构7-53与第八压电驱动器7-55结合完成单自由度运动输出。两个第八压电驱动器7-55并联，同时驱动两个桥式位移放大机构7-53完成单自由度运动输出，当对两个第八压电驱动器7-55施加电压时，不同电压值对应所述第八压电驱动器7-55不同的伸长量，因此，在所述第八压电驱动器7-55的驱动下，桥式位移放大机构7-53可以带动显微镜物镜7-9上下运动，最终完成调焦任务。

正焦位置即所述压电调焦器7-5完成调焦任务时，显微镜物镜7-9所处的位置，此时，所述CCD相机7-2采集到的图像清晰度数值最大，当所述显微镜物镜7-9偏离正焦位置时，所述CCD相机7-2采集到的图像清晰度数值均会减小。所述显微镜物镜7-9的不同位置对应施加在所述第八压电驱动器7-55的电压值是不同的，因此，正焦位置的搜索即电压值的搜索。正焦位置搜索时所述压电视觉反馈装置7完成自动对焦的关键一步，参见图25，所述压电视觉反馈装置7采用粗精结合的正焦位置搜索算法。所述正焦位置搜索算法具体步骤如下，在开始搜索后，首先以4S作为所述压电调焦器7-5的运动步长即电压改变量为4S，采集三幅图像并计算图像的清晰度C₁、C₂和C₃，然后比较C₁、C₂和C₃的大小，如果C₁>C₂>C₃，则刚刚运动的三步都恰好处于正焦位置的另一侧，且刚刚跨过了正焦位置，需要缩小步长进行反向搜索，所以，将步长调整为2S并进行反向搜索；如果C₁<C₂<C₃或C₁>C₂<C₃，则说明还没有达到正焦位置，并且正焦位置在目前压电对焦器运动的方向上，因此以4S的步长继续按照原方向进行搜索；如果C₁<C₂>C₃，则说明正焦位置处于刚刚运动的三步范围内，此时将正焦位置的搜索范围限定在三步内，此时结束粗调阶段，进入精调阶段。在精调阶段，首先以S作为所述压电调焦器7-5的运动步长，采集三幅图像并计算图像的清晰度C₁、C₂和C₃，然后比较C₁、C₂和C₃的大小，如果C₁>C₂>C₃，则证明刚刚跨过了正焦位置，需要缩小步长进行反向搜索，所以，将步长调整为0.5S并进行反向搜索；如果C₁<C₂<C₃或C₁>C₂<C₃，则说明还没有达到正焦位置，并且正焦位置在目前压电对焦器运动的方向上，因此以S、步长继续按照原方向进行搜索；如果C₁<C₂>C₃，则说明达到正焦位置，结束搜索，所述压电视觉反馈装置7完成自动对焦任务。

一种采用上述压电机器人系统的操作方法，包括如下步骤：

步骤一、将被操控物体8放置在六自由度压电精密调姿平台2上，调整六自由度压电精密调姿平台2的位姿，将被操控物体8运送到压电切割操控器3的可操作范围，控制压电切割操控器3对被操控物体8进行切割操作；

步骤二、切割操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台2的位姿，将被操控物体8被运送到压电吸取操控器4的可操作范围，控制压电吸取操控器4吸取被操控物体8被切割部分；

步骤三、吸取操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台2的位姿，将被操控物体8剩余部分运送到压电夹取操控器5的可操作范围，控制压电夹取操控器5夹取被操控物体8剩余部分，将其移送到另一位置；

步骤四、移位操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台2的位姿，将被操控物体8剩余部分运送到压电注射操控器6的可操作范围，控制压电注射操控器6对被操控物体8剩余部分进行穿刺注射操作；

步骤五、穿刺注射完成后，调整六自由度压电精密调姿平台2的位姿，将被注射过的被操控物体8剩余部分传送到指定区域；步骤一至五的全部操作过程均在压电视觉反馈装置7的监测下完成。

被操控物体8可为复杂形态生物体，也可为其他需要被切割、吸取、夹持和穿刺注射等微纳被操控物体8。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (17)

1.一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：包括固定基座(1)及固装在固定基座(1)上的六自由度压电精密调姿平台(2)、压电切割操控器(3)、压电吸取操控器(4)、压电夹取操控器(5)、压电注射操控器(6)及压电视觉反馈装置(7)，其中，所述压电视觉反馈装置(7)设置在所述六自由度压电精密调姿平台(2)的上方，所述压电切割操控器(3)、所述压电吸取操控器(4)、所述压电夹取操控器(5)以及所述压电注射操控器(6)沿周向分布在所述六自由度压电精密凋姿平台与所述压电视觉反馈装置(7)之间，通过所述六自由度压电精密调姿平台(2)调整被操控物体(8)的位姿，通过所述压电视觉反馈装置(7)反馈被操控物体(8)的位姿信息，通过所述压电切割操控器(3)、所述压电吸取操控器(4)、所述压电夹取操控器(5)以及所述压电注射操控器(6)分别完成对被操控物体(8)的切割、吸取、夹持和穿刺注射的精细操控任务。

2.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述六自由度压电精密调姿平台(2)包括由上到下依次串联联接的上层致动模块(2-1)、中间层致动模块(2-2)及下层致动模块(2-3)，其中，通过所述上层致动模块(2-1)实现绕X轴和Y轴的旋转运动，通过所述中间层致动模块(2-2)实现沿Z轴的直线运动和绕Z轴的旋转运动，通过所述下层致动模块(2-3)实现沿X轴和Y轴的直线运动。

3.根据权利要求2所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述上层致动模块(2-1)包括上基座(2-11)、外支撑架(2-12)、内转子(2-13)、外转子(2-14)及第一压电驱动器(2-15)，其中所述上基座(2-11)固装在所述外支撑架(2-12)的底端，所述第一压电驱动器(2-15)设置在外支撑架(2-12)内部且竖向固装在上基座(2-11)顶端，所述外转子(2-14)通过一对第一转动关节(2-16)转动安装在上基座(2-11)的上部，所述内转子(2-13)通过一对第二转动关节(2-17)转动安装在外转子(2-14)内部，且内转子(2-13)的底端加工有球面凸起(2-141)，第一压电驱动器(2-15)的顶端与内转子(2-13)底端的球面凸起(2-141)之间通过静摩擦力传递运动。

4.根据权利要求2所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述中间层致动模块(2-2)包括中间基座(2-21)、中间外壳(2-22)、中间动子(2-23)、直线轴承(2-24)及两个第二压电驱动器(2-25)，其中所述中间外壳(2-22)套装在所述中间基座(2-21)上，所述中间动子(2-23)竖向固装在上层致动模块(2-1)的底端，所述直线轴承(2-24)竖向固装在中间基座(2-21)上，中间动子(2-23)的下端穿装在直线轴承(2-24)内，两个所述第二压电驱动器(2-25)相对布置在中间动子(2-23)的两侧且均固装在中间基座(2-21)上。

5.根据权利要求2所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述下层致动模块(2-3)包括下基座(2-31)、下外壳(2-32)、第三压电驱动器(2-33)、下动子(2-34)、X向滑动组件及Y向滑动组件，其中下动子(2-34)固装在中间层致动模块(2-2)的底端，所述下外壳(2-32)套设在所述下基座(2-31)的外部，所述第三压电驱动器(2-33)竖向固装在下基座(2-31)上，且第三压电驱动器(2-33)的顶端与下动子(2-34)之间通过静摩擦力传递运动，Y向滑动组件中的Y滑块(2-361)与下动子(2-34)固接，X向滑动组件中的X滑轨(2-352)与下基座(2-31)固接，X向滑动组件中的X滑块(2-351)与Y向滑动组件中的Y滑轨(2-362)之间通过过渡板(2-37)连接。

6.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电切割操控器(3)包括第四压电驱动器(3-1)、外圆筒(3-2)、第一柔性平台(3-3)及精密刀具(3-4)，其中所述第一柔性平台(3-3)固装在外圆筒(3-2)的顶端，所述第四压电驱动器(3-1)设置在外圆筒(3-2)内，且第四压电驱动器(3-1)的底部固装在外圆筒(3-2)的底端，所述精密刀具(3-4)穿装在第一柔性平台(3-3)上。

7.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电吸取操控器(4)包括吸取管(4-1)、气缸(4-2)、第五压电驱动器(4-3)、预紧螺钉(4-4)、第一柔性放大结构(4-5)及底座(4-6)，其中所述吸取管(4-1)连通固装在气缸(4-2)的一端，所述气缸(4-2)固装在底座(4-6)上，第五压电驱动器(4-3)嵌装在第一柔性放大结构(4-5)中，且通过预紧螺钉(4-4)施加预紧力，气缸(4-2)的另一端与第一柔性放大结构(4-5)的一侧固接，第一柔性放大结构(4-5)的另一侧固装在底座(4-6)上。

8.根据权利要求7所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述气缸(4-2)包括后端盖(4-21)、缸筒(4-22)、活塞杆(4-23)、活塞(4-24)及前端盖(4-25)，其中后端盖(4-21)上开设有排气孔(4-211)，活塞杆(4-23)通过活塞(4-24)沿缸筒(4-22)内壁直线移动，活塞(4-24)与前端盖(4-25)之间形成第一腔室，所述吸取管(4-1)与第一腔室连通，活塞(4-24)与后端盖(4-21)之间形成第二腔室，所述排气孔(4-211)与第二腔室连通。

9.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电夹取操控器(5)包括底板(5-1)、第六压电驱动器(5-2)、第二柔性放大结构(5-3)、第三柔性放大结构(5-4)、第一预调螺钉(5-5)、第二预调螺钉(5-6)及微镊(5-7)，其中所述第六压电驱动器(5-2)横向固装在底板(5-1)上，第二柔性放大结构(5-3)及第三柔性放大结构(5-4)分别位于第六压电驱动器(5-2)的左右两侧，且第二柔性放大结构(5-3)的输入端与第六压电驱动器(5-2)之间通过第一预调螺钉(5-5)固接，第三柔性放大结构(5-4)的输入端与第六压电驱动器(5-2)之间通过第二预调螺钉(5-6)固接，第二柔性放大结构(5-3)与第三柔性放大结构(5-4)沿第六压电驱动器(5-2)轴向错位布置，微镊(5-7)的两个爪体分别固装在第二柔性放大结构(5-3)的输出端与第三柔性放大结构(5-4)的输出端。

10.根据权利要求9所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述第二柔性放大结构(5-3)包括第一连接杆(5-31)、第一矩形部(5-32)及第一L形部(5-33)，微镊(5-7)的一个爪体通过第一连接杆(5-31)固装在第一矩形部(5-32)的一端，所述第一L形部(5-33)的一端通过第一预调螺钉(5-5)固装在第六压电驱动器(5-2)的末端部，所述第一L形部(5-33)的另一端固接在第一矩形部(5-32)的另一端部，第一矩形部(5-32)的另一端固装在底板(5-1)上，第一L形部(5-33)的一端部固装在底板(5-1)上且固定支点位于第一预调螺钉(5-5)远离微镊(5-7)的一侧，所述第三柔性放大结构(5-4)与第二柔性放大结构(5-3)相同，其中第三柔性放大结构(5-4)中的第二矩形部(5-41)的另一端固装在底板(5-1)上，第二L形部(5-42)的一端固装在底板(5-1)上且固定支点位于第二预调螺钉(5-6)靠近微镊(5-7)的一侧。

11.根据权利要求9所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述第六压电驱动器(5-2)包括安装座(5-21)、四分区压电陶瓷(5-22)、预紧螺栓(5-23)及传递主体(5-24)，其中安装座(5-21)固装在底板(5-1)上，四分区压电陶瓷(5-22)位于安装座(5-21)与传递主体(5-24)之间，所述预紧螺栓(5-23)依次穿装在安装座(5-21)、四分区压电陶瓷(5-22)及传递主体(5-24)上，传递主体(5-24)上远离安装座(5-21)的一端侧壁开设有安装槽，所述安装槽内安装有连接组件，第二预调螺钉(5-6)与传递主体(5-24)之间通过所述连接组件转动连接。

12.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电注射操控器(6)包括壳体(6-1)、光轴(4-2)、针头(6-3)、连接体(6-4)、一对线性滚珠衬套(6-5)及两个第七压电驱动器(6-6)，其中所述连接体(6-4)固装在壳体(6-1)内，光轴(4-2)通过一对线性滚珠衬套(6-5)轴向滑动穿装在连接体(6-4)内，光轴(4-2)的一端伸出壳体(6-1)外侧设置，所述针头(6-3)固装在光轴(4-2)的一端，两个第七压电驱动器(6-6)对称分布在光轴(4-2)的两侧，通过两个第七压电驱动器(6-6)驱动光轴(4-2)实现直线运动和旋转运动输出。

13.根据权利要求12所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述第七压电驱动器(6-6)包括由上到下依次固接的第二柔性平台(6-61)、上圆筒(6-62)、柔性圆盘(6-63)及下圆筒(6-64)，其中第二柔性平台(6-61)的顶端固装有驱动足(6-65)，所述上圆筒(6-62)内竖向固装有上驱动单元(6-66)，所述下圆筒(6-64)内竖向固装有下驱动单元(6-67)，通过所述下驱动单元(6-67)输出直线运动，通过上驱动单元(6-66)输出弯曲运动。

14.根据权利要求13所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：第二柔性平台(6-61)上粘贴有应变片(6-68)。

15.根据权利要求1所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电视觉反馈装置(7)包括显微系统外壳(7-1)及布置在显微系统外壳(7-1)内部的CCD相机(7-2)、平行光学镜头(7-3)、半反半透镜(7-4)、压电调焦器(7-5)、支架立柱(7-6)、镜头托架(7-7)、同轴光源(7-8)及显微镜物镜(7-9)，其中所述支架立柱(7-6)竖向固装在显微系统外壳(7-1)内，所述平行光学镜头(7-3)通过镜头托架(7-7)固装在支架立柱(7-6)上，CCD相机(7-2)、平行光学镜头(7-3)、半反半透镜(7-4)、压电调焦器(7-5)及显微镜物镜(7-9)由上到下依次同轴固接，所述同轴光源(7-8)与所述半反半透镜(7-4)连接。

16.根据权利要求15所述的一种精细操控压电机器人系统，其特征在于：所述压电调焦器(7-5)包括调焦器外壳(7-51)及布置在调焦器外壳(7-51)内部的调焦器连接件(7-52)、桥式位移放大机构(7-53)及显微镜物镜连接件(7-54)，其中，所述调焦器连接件(7-52)与压电调焦器(7-5)固接，所述显微镜物镜连接件(7-54)与所述显微镜物镜(7-9)连接，桥式位移放大机构(7-53)的数量为两个且并排布置，每个所述桥式位移放大机构(7-53)内部均嵌装有第八压电驱动器(7-55)，且桥式位移放大机构(7-53)固装在调焦器连接件(7-52)与显微镜物镜连接件(7-54)之间。

17.一种采用上述权利要求1～16所述压电机器人系统的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将被操控物体(8)放置在六自由度压电精密调姿平台(2)上，调整六自由度压电精密调姿平台(2)的位姿，将被操控物体(8)运送到压电切割操控器(3)的可操作范围，控制压电切割操控器(3)对被操控物体(8)进行切割操作；

步骤二、切割操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台(2)的位姿，将被操控物体(8)被运送到压电吸取操控器(4)的可操作范围，控制压电吸取操控器(4)吸取被操控物体(8)被切割部分；

步骤三、吸取操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台(2)的位姿，将被操控物体(8)剩余部分运送到压电夹取操控器(5)的可操作范围，控制压电夹取操控器(5)夹取被操控物体(8)剩余部分，将其移送到另一位置；

步骤四、移位操作完成后，调整六自由度压电精密调姿平台(2)的位姿，将被操控物体(8)剩余部分运送到压电注射操控器(6)的可操作范围，控制压电注射操控器(6)对被操控物体(8)剩余部分进行穿刺注射操作；

步骤五、穿刺注射完成后，调整六自由度压电精密调姿平台(2)的位姿，将被注射过的被操控物体(8)剩余部分传送到指定区域；步骤一至五的全部操作过程均在压电视觉反馈装置(7)的监测下完成。

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