KR20100006831A - Micro multi-dof manipulator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A multi-DOF micro manipulator is provided to perform high precision operation control by employing a multilayered piezoelectric actuator using a PMN-PT(PbMgNbO3-PbTiO3) monocrystal piezoelectric element. CONSTITUTION: A first moving object(120) is installed to move up and down within a horizontal path. A second moving object(130) is perpendicular to the first moving object and slides upward with friction. The second moving object is installed to move up and down within an upper path on a micro stage(110). A micro-processor applies power in the first and second moving objects. A first and a second PMN-PT multilayered piezoelectric actuator(140,150) are extended/restored by the micro-processor. A tip element(160) is operated by the fist and the second multilayered piezoelectric actuator.

Description

다자유도 마이크로 매니퓰레이터{Micro Multi-DOF Manipulator}Multi-DOF Manipulator

본 발명은 PMN-PT(PbMgNbO3-PbTiO3)단결정 단판을 적층시켜 만든 적층형 액추에이터를 이용한 다자유도, 특히 3자유도를 가지는 마이크로 매니퓰레이터에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micromanipulator having multiple degrees of freedom, in particular three degrees of freedom, using a multilayer actuator made by stacking PMN-PT (PbMgNbO3-PbTiO3) single crystal single plates.

일반적으로, 산업계에서 사용되는 로봇은 크게 매니퓰레이터와 이동 로봇의 두가지로 분류된다. 우선, 매니퓰레이터는 여러개의 팔을 가지고 물체를 집어 옮기거나 엔드-이펙터를 사용하여 조립하는 작업 등의 기능을 수행하며, 이동 로봇은 자율적으로 장애물을 피해가며 주어진 경로를 따라가서 물체를 이송하는 작업을 수행한다. 매니퓰레이터 로봇은 회전 운동 또는 선 운동의 관절을 가질 수 있으며 그 자유도에 따라 연결된 링크의 운동이 결정된다. 이동 로봇은 센서와 액튜에이터를 가지고 자유로이 움직여 위치를 바꾸어 나가는 것이다.In general, robots used in industry are largely classified into two types: manipulators and mobile robots. First of all, the manipulator has functions such as moving objects with multiple arms or assembling them using end-effectors, and mobile robots autonomously avoid obstacles and move objects along a given path. To perform. The manipulator robot may have joints of rotational or linear motion, and the degrees of freedom determine the motion of the linked links. Mobile robots move freely with sensors and actuators to change positions.

초정밀 분야에서 선형 액추에이터를 구성하기 위하여 압전 재료를 이용하는 기술이 다양한 분야에서 연구 및 개발 되어 왔으며 최근 여러 종류의 초정밀 압전 액추에이터들이 상용화 되었다. 기존의 액추에이터 보다 높은 출력 밀도를 가지는 지능 재료를 이용한 액추에이터는 최근 10년 동안 많은 분야에서 연구 되고 있다. 이러한 연구 분야는 진동 제어, 음향 제어, 위치 제어, 유체 제어 등 매우 다양하다. 특히 압전 재료를 이용한 액추에이터는 빠른 응답 속도를 보이고 초정밀 운동이 가능하여 초정밀 가공 및 제어 분야에 다양하게 적용되고 있다.In the field of ultra-precision, piezoelectric materials have been researched and developed in various fields to construct linear actuators. Recently, various kinds of ultra-precision piezoelectric actuators have been commercialized. Actuators using intelligent materials with higher power densities than conventional actuators have been studied in many fields in recent decades. These research fields are diverse, such as vibration control, acoustic control, position control, and fluid control. In particular, actuators using piezoelectric materials have fast response speeds and are capable of ultra-precision movement, and have been applied to various fields of ultra-precision processing and control.

그러나, 현재 대부분의 압전 작동기에서 사용되는 압전 재료는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3)로 저변위 및 저출력의 한계로 실제 선형 액추에이터로 사용하기 위해서는 기계적 증폭 장치(Mechanical Amplifier)를 포함하는 구조로 적용되고 있는 것이 현실이다.However, the piezoelectric material used in most piezoelectric actuators is PZT (Pb (Zr, Ti) O3), which has a structure including a mechanical amplifier to be used as an actual linear actuator due to the limitation of low displacement and low power. The reality is that it is being applied.

또한, 이러한 부가 장치의 포함으로 보다 정밀한 제어 및 빠른 응답성이 요구되는 시스템에서는 각종 히스테리시스(Hysteresis) 및 시간 지연(Time delay) 현상을 발생하여 초정밀 제어를 수행하는데 어려움이 있다.In addition, in the system requiring more precise control and quick response due to the inclusion of such additional devices, it is difficult to perform ultra-precision control by generating various hysteresis and time delay phenomena.

기존의 소재인 PZT 세라믹에 비해 PMN-PT의 경우 같은 측정 조건에서 6배 정도의 변위를 보이기 때문에 카메라 폰용 소재로 압전 단결정 소재의 적용 가능성이 높다.Compared to conventional PZT ceramics, PMN-PT shows six times the displacement under the same measurement conditions. Therefore, piezoelectric single crystal materials are highly applicable to camera phones.

또한, 압전 단결정이 갖는 높은 압전 계수와 전기기계 결합계수로 인해 의료용 초음파 분야에서 우수한 성능을 나타내는 것으로 알려져 있다.In addition, due to the high piezoelectric coefficient and electromechanical coupling coefficient of the piezoelectric single crystal, it is known that the piezoelectric single crystal exhibits excellent performance in the medical ultrasound field.

특히, 압전 단결정을 사용하는 심장용 프로브의 경우 기존의 PZT 세라믹으로 찾아낼 수 없는 혈류를 잡아낼 수 있는 고감도의 기능을 제공한다.In particular, heart probes using piezoelectric single crystals provide high sensitivity to capture blood flow that cannot be found with conventional PZT ceramics.

또, 매니퓰레이터의 기본은 3차원 좌표 변환, 다관절의 운동학, 센서와 액튜에이터 등이며, 이러한 매니퓰레이터에 있어, 작동 액츄이이터로서의 대부분의 압 전 작동기에서 사용되는 압전 재료는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3)로 저변위 및 저출력의 한계로 실제 선형 액추에이터로 사용하기 위해서는 기계적 증폭 장치(Mechanical Amplifier)를 포함하는 구조로 적용되고 있는 것이 현실이다.The basics of the manipulator are three-dimensional coordinate transformation, kinematics of multiple joints, sensors and actuators, etc. In such manipulators, the piezoelectric material used in most piezoelectric actuators as operating actuators is PZT (Pb (Zr, Ti). In reality, it is applied to a structure including a mechanical amplifier to use as a linear actuator due to the limitation of low displacement and low power.

보다 상세하게 설명하면, PZT계 압전 재료의 저변위 저출력 문제, 증폭 메커니즘 적용으로 인한 에너지 손실 및 초정밀 제어 불리, 마이크로 단위에서의 기계적 마찰이 발생할 때 초정밀 제어 불가능, 초정밀 작동을 할시 외부로부터의 작은 힘에도 정밀한 작동이 불가하다는 등의 단점을 내포하고 있었다.More specifically, low displacement low power problems of PZT-based piezoelectric materials, energy loss and disadvantages of ultra-precision control due to the application of amplification mechanisms, super-precision control when mechanical friction occurs in micro-units, and small force from the outside during ultra-precision operation Equipped with the disadvantages, such as the impossibility of precise operation.

또한, 이러한 부가 장치의 포함으로 보다 정밀한 제어 및 빠른 응답성이 요구되는 시스템에서는 각종 히스테리시스(Hysteresis) 및 시간 지연(Time delay) 현상을 발생하여 초정밀 제어를 수행하는데 어려움이 있다.In addition, in the system requiring more precise control and quick response due to the inclusion of such additional devices, it is difficult to perform ultra-precision control by generating various hysteresis and time delay phenomena.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기존의 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 PMN-PT 단결정을 이용한 적층형 액추에이터를 기반으로 마이크로단위의 마찰을 고려, 새로운 마찰 모델을 제시하고 이를 제어하기위해 강건 제어 알고리즘을 개발, 다자유도, 특히 3자유도의 스마트 마이크로 매니퓰레이터 시스템를 제공함에 주된 기술적 해결과제가 있다.The present invention to achieve the above object, in order to overcome the existing problems, based on the multi-layered actuator using the PMN-PT single crystal, considering the friction of the micro unit, a robust friction algorithm to propose and control a new friction model The main technical challenge is to develop a smart micro manipulator system with multiple degrees of freedom, especially three degrees of freedom.

다시 말해서, 본 발명에서는 PMN-PT 단결정 압전소자를 이용한 적층 압전 액추에이터를 적용하여 미세 범위에서의 높은 정밀 동작 제어를 할 수 있고 외부 저항요소 및 스틱-슬립 마찰 현상에 강인한 3자유도(3축) 매니퓰레이터 장치를 제공 함을 주된 목적으로 한다.In other words, in the present invention, by applying a laminated piezoelectric actuator using a PMN-PT single crystal piezoelectric element, high precision motion control can be performed in a fine range, and three degrees of freedom (three axes) that are robust to external resistance elements and stick-slip friction phenomenon Its main purpose is to provide a manipulator device.

상기한 목적을 실현하기 위한 본 발명에 따른 다자유도 마이크로 매니퓰레이터는, The multiple degree of freedom micro manipulator according to the present invention for realizing the above object,

기대로서의 역할을 수행하는 삼축(Tri-axial) 방향 마이크로 스테이지와,A tri-axial micro stage serving as an expectation,

상기 마이크로 스테이지 상에서 수평방향으로 마찰접촉하여 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 수평 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제1 이동체와,A first movable body mounted on the micro-stage to be movable up and down in the horizontal path so as to be slidably moved in friction with the horizontal direction;

상기 제1 이동체와 직교하여 상부 방향으로 마찰접촉하여, 상기 마이크로 스테이지 상에서, 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 상향 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제2 이동체와,A second movable body mounted on the micro stage so as to be lifted and lowered in the upward path so as to be in sliding contact with the first movable body perpendicularly and frictionally in an upward direction;

상기 제 및 제2 이동체 내에서 전원을 인가하는 제어부에 의해 연장 및 복원 가능한 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터와,First and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators which can be extended and restored by a controller for applying power in the first and second moving bodies;

상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터에 의해 작동되는 말단 장치로 이루어진 것을 특징으로 한다.And end devices actuated by the first and second PMN-PT laminated piezo actuators.

또, 상기 제1 이동체는 상기 마이크로 스테이지 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제1 이동블록과 상기 제1 이동블록과 선대칭되게 배열된 제2 이동블록과 상기 제1 및 제2 이동블록 사이에 개재된 제1 PMN-PT 적층 압전 액추에이터로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the first moving body is interposed between the L-shaped first moving block fixedly disposed on the micro stage, the second moving block and the first and second moving blocks arranged in a line symmetry with the first moving block. It is preferred that the first PMN-PT laminated piezoelectric actuator is configured.

또한, 상기 제2 이동체는 상기 마이크로 스테이지 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제2 이동블록과 직교하여 배열된 L자형 제3 이동블록과, 상기 제3 이동블 록과 선대칭되게 배열된 제3 이동블록과 상기 제3 및 제4 이동블록 사이에 개재된 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터로 이루어짐이 바람직하다.The second movable body may further include an L-shaped third moving block arranged orthogonally to an L-shaped second moving block fixedly disposed on the micro stage, and a third movement arranged in line symmetry with the third moving block. It is preferable that the second PMN-PT laminated piezoelectric actuator is interposed between the block and the third and fourth moving blocks.

또, 상기 제1 및 제2 이동체의 단부와, 마이크로 스테이지에는 영점 조정용 마이크로미터헤드가 관통접속되어 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터에 직접적으로 접촉하도록 배열됨이 바람직하다.In addition, it is preferable that end points of the first and second moving bodies and the micro stage are arranged to be in direct contact with the zero-adjustment micrometer head so as to directly contact the first and second PMN-PT laminated piezo actuators.

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 매니퓰레이터는 간단한 구성으로 이루어지더라도, 세포내에 미량으로 주사하거나, 세포 내의 핵 등을 제거 또는 주입하거나 하는 등의 생명공학 기술에서 유용하게 사용됨과 동시에, 차세대 IT 제품 및 관련 부품의 고기능화, 초소형화 추세에 따라 이들 분야의 생산 공정에서 사용되는 초정밀 지능형 로봇에 적용 가능하고, MEMS 분야 및 기타 산업 분야에서도 매니퓰레이터로 적용하여 정밀 부품 제조 장비, 반도체 산업 장비, 마이크로 로봇, 게임 시뮬레이션, 자동차 주행 시뮬레이션, 원자력 폐기물 처리 장비, 차세대 컴퓨터용 인터페이스 등에 사용 가능하며, 또한 의료 산업의 경우 의료 시술기, 의료 시술 시뮬레이션 장비 등과 같은 초정밀 제어가 필요한 의료 장치의 매니퓰레이터 장치로 적용 하여 기존 국외 기술사용으로 인한 기술료의 외화 지출을 절감 시킬 수 있으며 바이오산업 분야의 난소핵 추출이나 줄기 세포 이식 연구용 장비에도 적용 가능케 되는 등의 매우 뛰어난 효과가 있는 것이다.As described above, the micro manipulator according to the present invention may be used in biotechnology such as a microscopic injection into a cell, a nucleus or the like removed from a cell, etc. According to the trend of high performance and miniaturization of related parts, it can be applied to ultra-precision intelligent robots used in the production process of these fields, and also applied as a manipulator in MEMS field and other industries to manufacture precision parts, semiconductor industry equipment, micro robots, and games. It can be used for simulation, automobile driving simulation, nuclear waste treatment equipment, next-generation computer interface, and in the medical industry, it can be applied as a manipulator device for medical devices that need high precision control such as medical instruments and medical procedure simulation equipment. It can reduce foreign exchange expenditure of royalties due to alcohol use, and which would have an excellent effect of transplantation of ovarian nuclear extracts of the biotechnology industry and the stem cells are applied to enable research equipment.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세 히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 다자유도 마이크로 매니퓰레이터는, 기대로서의 역할을 수행하는 삼축(Tri-axial) 방향 마이크로 스테이지(110)와, 상기 마이크로 스테이지(110) 상에서 수평방향으로 마찰접촉하여 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 수평 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제1 이동체(120)와, 상기 제1 이동체(120)와 직교하여 상부 방향으로 마찰접촉하여, 상기 마이크로 스테이지(110) 상에서, 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 상향 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제2 이동체(130)과, 상기 제1 및 제2 이동체(120, 130) 내에서 전원을 인가하는 제어부(300)에 의해 연장 및 복원 가능한 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(140, 150)와, 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(140, 150)에 의해 작동되는 말단장치(160)로 이루어진다.1 and 2, a multi-degree of freedom micromanipulator according to the present invention includes a tri-axial micro stage 110 serving as a base and a horizontal direction on the micro stage 110. On the micro-stage 110, the first movable body 120 mounted on the horizontal path so as to be slidably moved in frictional contact with the first movable body 120 is in frictional contact with the first movable body 120 in an upward direction. Extendable and restorable by a second movable body 130 mounted in the upward path so as to be slidably movable, and a controller 300 for applying power in the first and second movable bodies 120 and 130. First and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators 140 and 150 and end devices 160 operated by the first and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators 140 and 150.

또한, 상기 말단장치(160)는 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(140, 150)에 의해 작동되도록 상기 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(150)의 일측에 고정된 관절이음형 고정블록(161)과, 이 고정블록(161)에 삽입고정되는 엔드 이펙터(163, end-effector)로 이루어져 있다.In addition, the end device 160 is a joint type fixed to one side of the second PMN-PT laminated piezoelectric actuator 150 to be operated by the first and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators (140, 150). The fixed block 161 and an end effector 163 inserted into and fixed to the fixed block 161 are provided.

또, 상기 제1 이동체(120)는 상기 마이크로 스테이지(110) 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제1 이동블록(121)과 상기 제1 이동블록(121)과 선대칭되게 배열된 제2 이동블록(123)과 상기 제1 및 제2 이동블록(121, 123) 사이에 개재된 제1 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(140)로 이루어져 있다.In addition, the first moving body 120 is an L-shaped first moving block 121 and a second moving block arranged in a line symmetry with the first moving block 121 is fixedly disposed on the micro stage 110 horizontally. 123 and the first PMN-PT laminated piezoelectric actuator 140 interposed between the first and second moving blocks 121 and 123.

또한, 상기 제2 이동체(130)은 상기 마이크로 스테이지(110) 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제2 이동블록(123)과 직교하여 배열된 L자형 제3 이동블록(131)과, 상기 제3 이동블록(131)과 선대칭되게 배열된 제3 이동블록(131)과 상기 제3 및 제4 이동블록(131, 133) 사이에 개재된 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(150)로 이루어져 있다.In addition, the second moving body 130 is an L-shaped third moving block 131 arranged orthogonally to the L-shaped second moving block 123 fixedly disposed on the micro stage 110, and the first It consists of a third moving block 131 arranged in a line symmetry with the third moving block 131 and a second PMN-PT laminated piezoelectric actuator 150 interposed between the third and fourth moving blocks (131, 133). .

또, 상기 제1 및 제2 이동체(120, 130)의 단부에는 영점 조정용 마이크로미터헤드(200)가 관통접속되어 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터(140, 150)에 직접적으로 접촉하도록 배열되어 있다.In addition, zero-adjustment micrometer heads 200 are connected to ends of the first and second moving bodies 120 and 130 to directly contact the first and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators 140 and 150. It is arranged to

이때, 사용자의 작동 의지는 조이스틱 형태의 손잡이를 통하여 제어부(300, Micro-processor)로 전달되고, 강건 제어 알고리즘을 사용한 연산 처리 과정을 거친 작동 신호는 압전 액추에이터를 구동하여 미세한 초정밀 동작 제어를 수행 한다.At this time, the user's willingness to operate is transmitted to the control unit 300 (Micro-processor) through a joystick-shaped handle, and the operation signal that has undergone the processing using the robust control algorithm drives the piezoelectric actuator to perform fine ultra-precision motion control. .

이때, 높은 정밀 동작 제어를 하기 위해서 스테이지의 접촉 부분에서의 스틱-슬립 현상은 억제 되어야 한다.At this time, the stick-slip phenomenon at the contact portion of the stage should be suppressed in order to achieve high precision motion control.

대부분의 기계적 접촉 시스템에서는 이러한 스틱-슬립 현상을 빼놓을 수 없으며 특히 미소 단위 시스템에서는 더욱 그렇다.This stick-slip phenomenon is indispensable in most mechanical contact systems, especially in micro-unit systems.

따라서 본 연구에서는 스틱-슬립 마찰 현상에 대한 모델링의 정확성을 기하기 위해서 통계적 표면 거칠기 접촉 모델(Statistical Rough Surface Contact Model)을 이용하여 스틱-슬립 마찰 모델을 유도하고 초정밀 조작 제어를 수행 한다.Therefore, this study derives stick-slip friction model using statistical rough surface contact model and performs ultra-precise manipulation control for modeling accuracy of stick-slip friction phenomenon.

이러한 통계적 표면 거칠기 접촉 모델은 실제 장치의 마찰부 표면 거칠기를 측정하여 구성함으로써 스틱-슬립 현상을 정확하게 모델링하고 초정밀 제어를 수행 할 수 있게 한다.This statistical surface roughness contact model is constructed by measuring the surface roughness of the friction part of the actual device, enabling accurate modeling of the stick-slip phenomenon and ultra-precision control.

또한, 정확한 end-effector의 위치 결정을 위해 스틱-슬립 보상 알고리즘뿐만 아니라 슬라이딩 모드 제어기와 같은 강건 제어기를 통합하여 전체 매니퓰레이터 장치를 제어한다.In addition, robust manipulators such as sliding mode controllers are integrated to control the entire manipulator device for accurate end-effector positioning.

따라서, 본 발명은 기존은 PZT 압전 액추에이터방식과 달리 변위량이 큰 PMN-PT단결정 액추에이터를 사용하여 보다 큰 변위량을 가지며 새로운 통계적 표면 거칠기 접촉 모델을 사용하여 보다 적확한 마찰 모델을 제시, 이를 이용하여 보상 알고리즘을 통해, 작업환경의 접촉에 의한 힘을 제어하고 미세한 미세 동작을 가능하게 하는 계층적 형태를 가지며, 외부 영향에 강인한 제어 알고리즘을 통해 초정밀 작업시 효과적인 작업 수행능력을 보장할 수 있게 되는 것이다.Therefore, in the present invention, unlike the PZT piezoelectric actuator method, the PMN-PT single crystal actuator having a large displacement amount has a larger displacement amount, and a new statistical surface roughness contact model is used to propose a more accurate friction model, and compensate by using the same. Through the algorithm, it has a hierarchical form to control the force caused by contact of the working environment and enable fine fine operation, and it is possible to ensure effective work performance in ultra-precision work through a control algorithm robust to external influences.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일실시 형태의 다자유도 마이크로 매니퓰레이터에 의하면, PMN-PT 단결정 압전 재료를 사용하여 압전 마이크로 매니퓰레이터를 개발하면 별도의 증폭 장치 없이 높은 변위 량과 출력 힘으로 PZT 압전 마이크로 매니퓰레이터의 단점을 보완 할 수 있어서 보다 높은 초정밀 제어가 가능하게 되는 등의 장점을 발휘할 수 있는 것이다.As described above, according to the multi-degree-of-freedom micro manipulator according to one embodiment of the present invention, when a piezoelectric micro manipulator is developed using PMN-PT single crystal piezoelectric material, PZT piezoelectric micro The disadvantages of the manipulator can be compensated for, so that higher ultra-precision control can be achieved.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따 라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다자유도 마이크로 매니퓰레이터의 본체를 도시한 사시도이다.1 is a perspective view showing a main body of a multiple degree of freedom micro manipulator according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 다자유도 마이크로 매니퓰레이터의 구성요소 전체에 대한 종단면도이다.FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of the entirety of the components of the multiple degree of freedom micro manipulator of FIG. 1.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

100 : 매니퓰레이터 100: manipulator

110 : 마이크로 스테이지 110: micro stage

120 : 제1 이동체 120: first moving body

121 : 제1 이동블록 121: first moving block

123 : 제2 이동블록 123: second moving block

130 : 제2 이동체 130: second mobile body

131 : 제3 이동블록 131: third moving block

133 : 제4 이동블록 133: fourth moving block

140 : 제1 PMN-PT 적층 압전 액추에이터 140: first PMN-PT laminated piezo actuator

150 : 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터 150: second PMN-PT laminated piezo actuator

160 : 말단장치 160: terminal device

200 : 마이크로미터헤드 200: micrometer head

300 : 제어부 300: control unit

Claims (4)

기대로서의 역할을 수행하는 삼축 방향 마이크로 스테이지와,A triaxial micro stage which serves as an expectation, 상기 마이크로 스테이지 상에서 수평방향으로 마찰접촉하여 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 수평 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제1 이동체와,A first movable body mounted on the micro-stage to be movable up and down in the horizontal path so as to be slidably moved in friction with the horizontal direction; 상기 제1 이동체와 직교하여 상부 방향으로 마찰접촉하여, 상기 마이크로 스테이지 상에서, 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 상향 경로 내에 승강 이동 가능하게 장착되는 제2 이동체와,A second movable body mounted on the micro stage so as to be lifted and lowered in the upward path so as to be in sliding contact with the first movable body perpendicularly and frictionally in an upward direction; 상기 제1 및 제2 이동체 내에서 전원을 인가하는 제어부에 의해 연장 및 복원 가능한 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터와,First and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators which can be extended and restored by a controller for applying power in the first and second moving bodies; 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터에 의해 작동되는 말단 장치로 이루어진 것을 특징으로 하는 다자유도 마이크로 매니퓰레이터.And a terminal device operated by said first and second PMN-PT laminated piezo actuators. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 제1 이동체는 상기 마이크로 스테이지 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제1 이동블록과 상기 제1 이동블록과 선대칭되게 배열된 제2 이동블록과 상기 제1 및 제2 이동블록 사이에 개재된 제1 PMN-PT 적층 압전 액추에이터로 이루어진 것을 특징으로 하는 다자유도 마이크로 매니퓰레이터.The first moving body may include an L-shaped first moving block fixedly disposed on the micro stage, a second moving block arranged in parallel with the first moving block, and a first interposed between the first and second moving blocks. A multiple degree of freedom micro manipulator comprising one PMN-PT laminated piezo actuator. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 제2 이동체는 상기 마이크로 스테이지 상에 수평으로 고정 배치된 L자형 제2 이동블록과 직교하여 배열된 L자형 제3 이동블록과, 상기 제3 이동블록과 선대칭되게 배열된 제3 이동블록과 상기 제3 및 제4 이동블록 사이에 개재된 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터로 이루어진 것을 특징으로 하는 다자유도 마이크로 매니퓰레이터.The second moving body may include an L-shaped third moving block arranged orthogonally to an L-shaped second moving block horizontally disposed on the micro stage, and a third moving block arranged in line symmetry with the third moving block. A multiple degree of freedom micro manipulator comprising a second PMN-PT laminated piezoelectric actuator interposed between the third and fourth moving blocks. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,The method of claim 2 or 3, 상기 제1 및 제2 이동체의 단부와, 마이크로 스테이지에는 영점 조정용 마이크로미터헤드가 관통접속되어 상기 제1 및 제2 PMN-PT 적층 압전 액추에이터에 직접적으로 접촉하도록 배열된 것을 특징으로 하는 다자유도 마이크로 매니퓰레이터.A zero degree of freedom micrometer head is connected through the end portions of the first and second moving bodies and the micro stage to be in direct contact with the first and second PMN-PT laminated piezoelectric actuators. Manipulator.
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