CN216180565U - 一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，涉及微装配领域中微小型零件的操控，它包括机械手、电解液槽、末端执行器、两个显微镜、电流控制器、操作基底、隔振台，所述末端执行器包括微型驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、螺纹连接件、复合惰性电极、固定架、玻璃管、零件、支架、总固定架、螺钉，所述末端执行器安装在机械手的末端，所述支架上端和机械手的末端固定连接，下端和总固定架固定连接，所述螺钉左端插在固定架的滑槽内，右端和螺纹连接件螺纹连接，所述复合惰性电极是由外电极，中间绝缘层和内电极组成，外电极和内电极通过导线与电流控制器相连。本实用新型用于微小型零件的拾取、姿态调整和主动释放操作。
Description
技术领域
本实用新型涉及微装配领域中的微小型零件的拾取与释放操作，特别提供了一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置。
背景技术
随着微机电***、生物医疗等领域中操作构件的小型化和微型化，对特征尺寸在毫米级、微米级构件的精密操控是实现高精度装配的关键，众多微型构件操控方法相应而生。目前，比较理想的方法是利用液滴产生的液桥力对微型构件进行操控，因为微尺度下液桥力的主导作用，能够实现微型构件的可靠拾取，并且液体介质的柔顺性能够避免机械应力接触对微型构件表面的损坏。现如今基于液桥力控制的微型构件操控，主要聚焦于液滴的获取方式、微型构件的姿态调整、微型构件的释放等方面的创新。例如，申请号201210554568.9，专利《一种液滴微操作机械手及控制方法》提出了一种基于液滴的改变微型构件姿态的方法，通过增加操作探针的数量，改变探针的相对位置来改变液桥的形态，最终实现微型构件的姿态调整，操作简便，但无法自主实现微型构件的释放。申请号201510178041.4，专利《疏水表面滴状冷凝的毛细力拾取和振动控制的微对象操作装置及方法》提出了一种冷凝空气中的水来实现液滴获取的办法，高温蒸发液桥消失后，利用轴向振动实现微型构件的释放，但装置复杂，不够灵活，不便于安装在多自由度机械手上。申请号202011229744.2，专利《一种凸轮驱动式液体介质微操作机械手》提出了一种将多针探针和冷凝生成液滴结合的装置和操作方法，微型构件的可靠释放依旧是难以解决的问题。本实用新型提出了一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，相比于传统的微型构件操作装置，本实用新型在利用液滴形成的液桥力进行微型构件拾取后，能够通过电解液桥产生的气泡，实现微型构件自主释放，并且多自由度机械手的应用可以满足不同角度的装配需求，扩大了微型构件操作的应用范围，对微装配领域具有重要的理论意义和实际应用价值。
发明内容
本实用新型面向特征尺寸在毫米级和微米级微型构件的操控，针对现有液体介质操控方法存在操作范围小、操作不够灵活和微型构件拾取后难以释放等难题，提供了一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，能够较好解决传统液体介质微型构件操控装置存在的不足，实现高效、方便、灵活的微型构件操作。
本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述装置包括机械手、电解液槽、末端执行器、两个显微镜、电流控制器、操作基底、隔振台，所述末端执行器包括微型驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、螺纹连接件、复合惰性电极、固定架、玻璃管、零件、支架、总固定架、螺钉，所述末端执行器安装在机械手的末端，所述电解液槽、两个显微镜、电流控制器、操作基底均放置在隔振台上，所述支架上端和机械手的末端固定连接，下端和总固定架固定连接，所述微型驱动电机和固定架安装在总固定架上，滚珠丝杠通过联轴器和微型驱动电机固定连接，所述螺纹连接件的上端和滚珠丝杠螺纹连接，下端和复合惰性电极固定连接，所述螺钉左端插在固定架的滑槽内，右端和螺纹连接件螺纹连接，所述玻璃管和固定架固定连接。所述微型驱动电机、联轴器、滚珠丝杠、螺纹连接件、复合惰性电极、玻璃管均同轴设置。所述复合惰性电极是由外电极，中间绝缘层和内电极组成，外电极和内电极通过导线与电流控制器相连。
本实用新型为实现微小型零件的操控，可以按照以下步骤实现：
步骤一：机械臂带动末端执行器，使其末端浸在电解液槽的稀盐水内，电流控制器控制微型驱动电机旋转，带动复合惰性电极上升到合适位置，实现操作液滴的获取；
步骤二：通过显微镜将执行器的末端和零件对准，再控制复合惰性电极升降，与零件之间形成液桥，实现零件的拾取和液桥力的主动控制；
步骤三：电流控制器控制复合惰性电极通电，复合惰性电极末端的电解液被电解，随着液桥体积的减小和气泡的冲击，零件与装置末端脱离，实现释放。
本实用新型具有以下明显效果：1、将微小型零件操控执行器和多自由度机械手有效集成，能够满足不同角度的操控要求，扩大了微小型零件操控执行器的应用范围，提高了执行器的灵活性。2、与零件形成液桥后，利用电流控制器控制微型驱动电机旋转并带动复合惰性电极的升降运动，能够控制与零件形成液桥的体积，实现液桥力的主动控制。3、零件释放时，电流控制器控制复合惰性电极形成电流通路，复合惰性电极末端的电解液被电解，产生气泡，随着液桥体积的减小和气泡的冲击，零件与执行器末端脱离，实现零件主动释放。
附图说明
图1是本实用新型的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置的整体结构示意图。
图2是本实用新型的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置的末端执行器结构示意图，即图1中A部分的放大图。
图3是本实用新型的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置的复合惰性电极结构示意图。
图4是本实用新型的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置的液桥及气泡产生示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型中所述装置进行清楚、完整的描述，现结合图1和图2进行详细说明，所述装置包括机械手1-1、电解液槽1-2、末端执行器1-3、两个显微镜1-4、电流控制器1-5、操作基底1-7、隔振台1-6，所述末端执行器1-3包括微型驱动电机2-1、联轴器2-2、滚珠丝杠2-3、螺纹连接件2-4、复合惰性电极2-5、固定架2-6、玻璃管2-7、零件2-8、支架2-9、总固定架2-10、螺钉2-11，所述末端执行器1-3安装在机械手1-1的末端，所述电解液槽1-2、两个显微镜1-4、电流控制器1-5、操作基底1-7均放置在隔振台1-6上，所述支架2-9上端和机械手1-1的末端固定连接，下端和总固定架2-10固定连接，所述微型驱动电机2-1和固定架2-6安装在总固定架2-10上，滚珠丝杠2-3通过联轴器2-2和微型驱动电机2-1固定连接，所述螺纹连接件2-4的上端和滚珠丝杠2-3螺纹连接，下端和复合惰性电极2-5固定连接，所述螺钉2-11左端插在固定架2-6的滑槽内，右端和螺纹连接件2-4螺纹连接，所述玻璃管2-7和固定架2-6固定连接。
结合图1说明，本实施方式所述的机械手1-1，与末端执行器1-3连接，能够带着执行器1-3进行复杂轨迹运动。机械手1-1可选用KR210库卡机器人，有效负载150 kg，最大工作范围2700 mm。
结合图1、图2或图4说明，本实施方式所述的两个显微镜1-4用于观测和对焦，采集的图像也可用于后期处理，比如计算装置与微小型零件之间的液桥体积。显微镜型号选用大恒水星系列的MER-1070-14U3M。
结合图1或图4说明，本实施方式所述的电解液槽1-2内的液体选用稀盐水，电解会在电极处产生氢气和氧气。
结合图1或图3说明，本实施方式所述的复合惰性电极2-5在通电后，会与末端的液桥4-2之间形成通路，发生电解反应，随着气泡4-1生成与破裂的冲击，零件2-8被释放下来。复合惰性电极2-5的外电极3-1和内电极3-3的材料选用惰性材料比如金属铂，中间绝缘层3-2的材料选用塑料。
为对本实用新型所述的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置进行进一步表述，下面说明具体工作过程如下：
步骤一：机械手1-1带动末端执行器1-3，使其末端浸在电解液槽1-2的稀盐水内，电流控制器1-5控制微型驱动电机2-1旋转，带动复合惰性电极2-5上升到合适位置，实现操作液滴的获取；
步骤二：通过显微镜1-4将执行器1-3的末端和零件2-8对准，再控制复合惰性电极2-5升降，与零件2-8之间形成液桥4-2，实现零件2-8的拾取和液桥力的主动控制；
步骤三：电流控制器1-5控制复合惰性电极2-5通电，复合惰性电极2-5末端的电解液被电解，随着液桥4-2体积的减小和气泡4-1生成与破裂的冲击，零件2-8与执行器1-3的末端脱离，实现释放。
以上所述仅为本实用新型的个别优选实施例，只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型在具体实施方式和应用上可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，其特征在于：所述装置包括机械手（1-1）、电解液槽（1-2）、末端执行器（1-3）、两个显微镜（1-4）、电流控制器（1-5）、操作基底（1-7）、隔振台（1-6），所述末端执行器（1-3）包括微型驱动电机（2-1）、联轴器（2-2）、滚珠丝杠（2-3）、螺纹连接件（2-4）、复合惰性电极（2-5）、固定架（2-6）、玻璃管（2-7）、零件（2-8）、支架（2-9）、总固定架（2-10）、螺钉（2-11），所述末端执行器（1-3）安装在机械手（1-1）的末端，所述电解液槽（1-2）、两个显微镜（1-4）、电流控制器（1-5）和操作基底（1-7）均放置在隔振台（1-6）上，所述支架（2-9）的上端和机械手（1-1）的末端固定连接，下端和总固定架（2-10）固定连接，所述微型驱动电机（2-1）和固定架（2-6）安装在总固定架（2-10）上，滚珠丝杠（2-3）通过联轴器（2-2）和微型驱动电机（2-1）固定连接，所述螺纹连接件（2-4）的上端和滚珠丝杠（2-3）螺纹连接，下端和复合惰性电极（2-5）固定连接，所述螺钉（2-11）左端插在固定架（2-6）的滑槽内，右端和螺纹连接件（2-4）螺纹连接，所述玻璃管（2-7）和固定架（2-6）固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，其特征在于：所述微型驱动电机（2-1）、联轴器（2-2）、滚珠丝杠（2-3）、螺纹连接件（2-4）、复合惰性电极（2-5）、玻璃管（2-7）均同轴设置。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于多自由度机械手的微小型零件柔顺操控装置，其特征在于：所述复合惰性电极（2-5）是由外电极（3-1）、中间绝缘层（3-2）和内电极（3-3）组成，外电极（3-1）和内电极（3-3）通过导线与电流控制器（1-5）相连。
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