RU2423223C1 - Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials - Google Patents

Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials Download PDF

Info

Publication number
RU2423223C1
RU2423223C1 RU2009141630/02A RU2009141630A RU2423223C1 RU 2423223 C1 RU2423223 C1 RU 2423223C1 RU 2009141630/02 A RU2009141630/02 A RU 2009141630/02A RU 2009141630 A RU2009141630 A RU 2009141630A RU 2423223 C1 RU2423223 C1 RU 2423223C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nanostructured
gripping device
working surface
microscopic objects
base
Prior art date
Application number
RU2009141630/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009141630A (en
Inventor
Олег Владимирович Даринцев (RU)
Олег Владимирович Даринцев
Айрат Барисович Мигранов (RU)
Айрат Барисович Мигранов
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт механики Уфимского научного центра РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт механики Уфимского научного центра РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт механики Уфимского научного центра РАН
Priority to RU2009141630/02A priority Critical patent/RU2423223C1/en
Publication of RU2009141630A publication Critical patent/RU2009141630A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2423223C1 publication Critical patent/RU2423223C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)

Abstract

FIELD: physics, robotics.
SUBSTANCE: invention relates to microrobotics and can be used as the actuating device of a manipulator for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials. The nanostructured gripping device for the manipulator has a base made from electroconductive material, an attachment device, a working surface of the gripping device made from nanostructured material and a dielectric layer.
EFFECT: invention simplifies the design and also broadens functional capabilities associated with more efficient gripping and holding of microscopic objects with bumpy and flat surfaces.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области микроробототехники и может быть использовано в качестве рабочего органа микроманипулятора.The invention relates to the field of microrobotics and can be used as a working body of a micromanipulator.

Известно вакуумное захватное устройство, содержащее источник вакуума и систему вакуумного присоса в виде пневмоприсоски. В качестве источника вакуума использован собственный источник вакуума, выполненный в виде пневматического пьезонасоса, состоящего из деформируемого элемента в виде силового пьезокристалла и эластичного элемента конструкции, который выполнен в виде цилиндра из эластичного материала. При этом в основной полости пневматического пьезонасоса установлены клапанные пьезоэлектрические механизмы в виде первого и второго клапанов, которые представляют собой первый и второй распределительные пьезокристаллы, расположенные между основной полостью пневматического пьезонасоса и соответственно внешней полостью пневматического пьезонасоса, то есть атмосферой, и полостью пневмоприсоски [патент РФ №2210493, МПК. B25J 15/06, B25J 7/00, опубл. 20.08.2003, б. №23].A vacuum gripper is known comprising a vacuum source and a vacuum suction system in the form of a suction cup. As a vacuum source, we used our own vacuum source, made in the form of a pneumatic piezo pump, consisting of a deformable element in the form of a power piezocrystal and an elastic structural element, which is made in the form of a cylinder of elastic material. At the same time, valve piezoelectric mechanisms are installed in the main cavity of the pneumatic piezo pump in the form of the first and second valves, which are the first and second distribution piezo crystals located between the main cavity of the pneumatic piezo pump and, accordingly, the external cavity of the pneumatic piezo pump, that is, the atmosphere, and the pneumatic suction cup cavity [RF patent No. 2210493, IPC. B25J 15/06, B25J 7/00, publ. 08/20/2003, b. No. 23].

Недостатком данного устройства является необходимость использования источника избыточного давления, что неоправданно усложняет всю конструкцию.The disadvantage of this device is the need to use a source of overpressure, which unnecessarily complicates the entire structure.

Известен также схват микроманипулятора, содержащий основу охвата, кисть охвата, упругодеформируемые зажимные пальцы, привод, выполненный в виде линейного электромагнитного двигателя, содержащего якорь из ферромагнитного материала и единственную систему обмоток электромагнита, тягу, выполненную в виде выдвижного звена с трубчатым концом, причем якорь линейного электродвигателя жестко соединяет основу схвата с кистью, к которой жестко закреплены зажимные пальцы, связанные между собой возвратной пружиной, а обмотка электромагнита установлена в выдвижном звене, расположенном коаксиально с якорем и кистью схвата [патент РФ №2259915, кл. B25J 7/00, опубл. 10.09.2005, б. №25].A micromanipulator grip is also known, comprising a grip base, a grip brush, elastically deformable clamping fingers, a drive made in the form of a linear electromagnetic motor containing an armature of ferromagnetic material and a single electromagnet winding system, a rod made in the form of a retractable link with a tubular end, and the linear armature an electric motor rigidly connects the grip base with a brush, to which clamping fingers are rigidly fixed, interconnected by a return spring, and the winding of the electromagnet updated in a retractable link located coaxially with an anchor and a gripping brush [RF patent No. 2259915, class. B25J 7/00, publ. 09/10/2005, b. No. 25].

Из основных недостатков данного устройства можно отметить конструктивную сложность, а также высокую вероятность электромагнитных наводок от электромагнитного двигателя на объекты микросреды.Of the main disadvantages of this device, structural complexity can be noted, as well as a high probability of electromagnetic interference from an electromagnetic motor to microenvironment objects.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является наноструктурное захватное устройство микроманипулятора, содержащее основание, крепежное приспособление, рабочую поверхность захватного устройства, выполненную из наноструктурного материала, в основании равномерно установлены в сеточном порядке пьезоэлементы [патент РФ №2331505, кл. B25J 7/00, B25J 15/00, B82B 1/00, опубл. 20.08.2008, б. №23].Closest to the technical nature of the claimed invention is a nanostructured gripping device of a micromanipulator, containing a base, a fixture, the working surface of the gripping device made of nanostructured material, the piezoelectric elements are evenly installed in the base in a grid order [RF patent No. 2331505, class. B25J 7/00, B25J 15/00, B82B 1/00, publ. 08/20/2008, b. No. 23].

Существенным недостатком прототипа является конструктивная сложность и относительная сложность реализации операций выпускания микрообъектов. Кроме того, прототип обеспечивает возможность эффективной работы только с плоскими микрообъектами.A significant disadvantage of the prototype is the structural complexity and relative complexity of the implementation of operations for the release of micro-objects. In addition, the prototype provides the ability to work effectively only with flat microobjects.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является упрощение конструкции, а также расширение функциональных возможностей, связанное с более эффективным захватом и удержанием микрообъектов с выпуклыми и плоскими поверхностями.The task to which the invention is directed is to simplify the design, as well as expand the functionality associated with a more efficient capture and retention of microobjects with convex and flat surfaces.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в наноструктурном захватном устройстве, содержащем основание, крепежное приспособление, рабочую поверхность из наноструктурного материала, в отличие от прототипа, основание выполнено из электропроводникового материала и изолировано от рабочей поверхности диэлектриком.The solution to this problem is achieved by the fact that in a nanostructured gripping device containing a base, a fixture, a working surface of nanostructured material, in contrast to the prototype, the base is made of an electrically conductive material and is insulated from the working surface by a dielectric.

Наноструктурное захватное устройство для манипулирования микрообъектами, изготовленными из электропроводниковых материалов, может быть выполнено с рабочей поверхностью в форме вогнутой сферической поверхности.A nanostructured gripping device for manipulating microobjects made of electrically conductive materials can be made with a working surface in the form of a concave spherical surface.

На фиг.1 представлена конструкция наноструктурного захватного устройства (с рабочей поверхностью в форме вогнутой сферической поверхности); на фиг.2 - захват микрообъекта; на фиг.3 - выпускание микрообъекта.Figure 1 shows the design of a nanostructured gripper (with a working surface in the form of a concave spherical surface); figure 2 - capture of the micro-object; figure 3 - the release of the micro-object.

Наноструктурное захватное устройство для манипулирования микрообъектами, изготовленными из электропроводниковых материалов микроманипулятора (фиг.1), содержит основание 1 из электропроводникового материала, крепежное приспособление 2, рабочую поверхность 3 захватного устройства из наноструктурного материала, слой диэлектрика 4.The nanostructured gripping device for manipulating microobjects made of electrically conductive materials of the micromanipulator (Fig. 1) comprises a base 1 of electrically conductive material, a mounting device 2, a working surface 3 of the gripping device of nanostructured material, a dielectric layer 4.

Наноструктурное захватное устройство для манипулирования микрообъектами, изготовленными из электропроводниковых материалов, работает следующим образом.A nanostructured gripping device for manipulating microobjects made of conductive materials works as follows.

В основу принципа действия устройства при реализации операций захвата и удержания микрообъектов заложены межмолекулярные силы Ван-дер-Ваальса (см. подробное описание теории в патенте РФ №2331505, кл. В25J 7/00, B25J 15/00, В82В 1/00, опубл. 20.08.2008, б. №23). При изготовлении поверхности рабочего органа для достижения максимальной гладкости и соответственно наибольших величин сил Ван-дер-Ваальса в заявляемом изобретении предлагается использование наноструктурных материалов. Важным преимуществом использования наноструктурных материалов по сравнению с их крупнокристаллическими аналогами является очень малый размер зерен (0,1 мкм и менее). Это позволит значительно снизить шероховатость, увеличить на несколько порядков силы Ван-дер-Ваальса, а также обеспечит более предсказуемый характер изменения эффективной силы удержания.The principle of the device’s operation during the capture and retention of microobjects is based on the inter-molecular forces of Van der Waals (see the detailed description of the theory in RF patent No. 2331505, class B25J 7/00, B25J 15/00, B82B 1/00, publ. . 20.08.2008, B. No. 23). In the manufacture of the surface of the working body to achieve maximum smoothness and, accordingly, the highest values of the forces of van der Waals in the claimed invention, the use of nanostructured materials is proposed. An important advantage of using nanostructured materials in comparison with their coarse-grained analogues is the very small grain size (0.1 μm or less). This will significantly reduce roughness, increase Van der Waals forces by several orders of magnitude, and also provide a more predictable nature of the change in effective retention force.

Для захвата и последующего удержания микрообъекта с помощью заявляемого изобретения необходимо обеспечить контакт рабочей поверхности 3 захватного устройства с поверхностью микрообъекта (фиг.2). В момент контакта микрообъект налипает на рабочую поверхность 3 захватного устройства и удерживается на ней под действием сил Ван-дер-Ваальса. Для нейтрализации остаточных зарядов основание 1 захватного устройства заземляется.To capture and subsequent retention of the micro-object using the claimed invention, it is necessary to ensure contact of the working surface 3 of the gripper with the surface of the micro-object (figure 2). At the moment of contact, the micro-object adheres to the working surface 3 of the gripping device and is held thereon by the action of van der Waals forces. To neutralize residual charges, the base 1 of the gripper is grounded.

Для более эффективного удержания микрообъектов с выпуклыми формами рабочая поверхность захватного устройства изготавливается в форме вогнутой сферической поверхности. При работе с микрообъектами, имеющими плоские поверхности, рабочая поверхность захватного устройства также выполняется плоской.For more effective retention of microobjects with convex shapes, the working surface of the gripping device is made in the form of a concave spherical surface. When working with microobjects having flat surfaces, the working surface of the gripper is also flat.

Для реализации операции выпускания используются силы электростатики. Предполагается, что микрообъекты изготовлены из электропроводниковых материалов. После переноса микрообъекта к целевой точке и выполнения некоторой сборочной операции по сопряжению микрообъекта с некоторой деталью (фиг.3) к детали подается положительный электрический потенциал. Одновременно положительный электрический потенциал подается на основание захватного устройства. Слой диэлектрика 4 не позволяет потенциалам микрообъекта и основания выравниваться, и между ними возникает электростатическое взаимодействие. В момент времени, когда величина электростатических сил отталкивания микрообъекта и основания захватного устройства превышает значение эффективных сил удержания (сил Ван-дер-Ваальса), микрообъект «отлипает» от рабочей поверхности захватного устройства и сохраняет свое положение в целевой точке.To implement the release operation, electrostatic forces are used. It is assumed that micro-objects are made of electrically conductive materials. After transferring the micro-object to the target point and performing some assembly operation for pairing the micro-object with some part (Fig. 3), a positive electric potential is supplied to the part. At the same time, a positive electrical potential is supplied to the base of the gripper. The dielectric layer 4 does not allow the potentials of the micro-object and the base to equalize, and an electrostatic interaction arises between them. At the point in time when the magnitude of the electrostatic repulsive forces of the microobject and the base of the gripper exceeds the value of the effective holding forces (Van der Waals forces), the microobject “detaches” from the working surface of the gripper and retains its position at the target point.

Следует отметить, что заявляемое изобретение может быть использовано особенно эффективно при работе с микрообъектами, которые полностью или частично (поверхность) изготавливаются из наноструктурных металлических материалов. В этом случае будут наибольшие значения сил Ван-дер-Ваальса между поверхностями микрообъекта и рабочей поверхностью захватного устройства, что позволит при операциях микроманипулирования более надежно удерживать микрообъект.It should be noted that the claimed invention can be used especially effectively when working with microobjects that are fully or partially (surface) made of nanostructured metal materials. In this case, there will be the highest values of the Van der Waals forces between the surfaces of the microobject and the working surface of the gripper, which will make it possible to more reliably hold the microobject during micromanipulation operations.

Таким образом, заявляемое изобретение имеет простую конструкцию, в захватном устройстве более просто реализованы операции выпускания микрообъектов, а также расширены функциональные возможности по более эффективному захвату и удержанию микрообъектов с выпуклыми поверхностями.Thus, the claimed invention has a simple design, the operation of releasing microobjects is more easily implemented in the gripper, and the functionality for more efficient gripping and holding microobjects with convex surfaces is expanded.

Claims (2)

1. Наноструктурное захватное устройство для манипулирования микрообъектами, изготовленными из электропроводниковых материалов, содержащее основание, крепежное приспособление, рабочую поверхность из наноструктурного материала, отличающееся тем, что основание выполнено из электропроводникового материала и изолировано от рабочей поверхности диэлектриком.1. Nanostructured gripping device for handling microobjects made of electrically conductive materials, comprising a base, a fastening device, a working surface of nanostructured material, characterized in that the base is made of an electrically conductive material and is insulated from the working surface by a dielectric. 2. Наноструктурное захватное устройство по п.1, отличающееся тем, что рабочая поверхность имеет форму вогнутой сферической поверхности. 2. The nanostructured gripper according to claim 1, characterized in that the working surface has the shape of a concave spherical surface.
RU2009141630/02A 2009-11-10 2009-11-10 Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials RU2423223C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141630/02A RU2423223C1 (en) 2009-11-10 2009-11-10 Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009141630/02A RU2423223C1 (en) 2009-11-10 2009-11-10 Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009141630A RU2009141630A (en) 2011-05-20
RU2423223C1 true RU2423223C1 (en) 2011-07-10

Family

ID=44733376

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009141630/02A RU2423223C1 (en) 2009-11-10 2009-11-10 Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2423223C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542149C1 (en) * 2013-08-22 2015-02-20 Михаил Сергеевич Беллавин Electrostatic grabbing device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2542149C1 (en) * 2013-08-22 2015-02-20 Михаил Сергеевич Беллавин Electrostatic grabbing device

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009141630A (en) 2011-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10286560B1 (en) Shape compliant gripper
JP5100829B2 (en) A gripper made of Bernoulli grippers
US11065771B2 (en) Electroadhesive device, system and method for gripping
US8485576B2 (en) Robotic gripper
JP3199452U (en) Gripping device
CN104924315B (en) Magnetorheological fluid assisted flexible palm surface self-adaptive under-actuated robot hand device
CN101772624B (en) Actuating device
RU2423223C1 (en) Nanostructured gripping device for manipulating microscopic objects made from electroconductive materials
CN109955233A (en) Suitable for Multiple Shape, the soft stiffened handgrip of multiple dimensioned object
Chen et al. MEMS microgrippers with thin gripping tips
KR102129960B1 (en) Shape compliant electroadhesive gripper
US11833668B2 (en) Electromagnetic gripping device
JP2023501029A (en) Method and apparatus for adaptable suction device
Chen et al. Stiffening of soft robotic actuators—Jamming approaches
RU2331505C1 (en) Nanostructural lockout device of micromanipulator
Lee et al. Fabrication of an electrothermally actuated electrostatic microgripper
JP7425864B2 (en) gripper
CN102856033A (en) Bi-directional electromagnetic position-locking device
CN114012763B (en) Rigidity-variable electrostatic adsorption gripper and control method thereof
US20240051156A1 (en) Electromagnetic gripping device
JPH034037Y2 (en)
US20210237279A1 (en) Electromagnetic gripping device
RU2564802C2 (en) Elastically deformable gripper
US20220395988A1 (en) Adaptive gripper finger, gripper device and method of using adaptive gripper device
KR102180092B1 (en) Shape compliant module and gripper comprising the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111111