微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置的制造方法
【專利摘要】一種微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其包括能進行三維運動的電動夾持器裝置以及旋轉(zhuǎn)定位裝置，所述旋轉(zhuǎn)定位裝置上設(shè)有末端執(zhí)行器，所述電動夾持器裝置設(shè)有用以夾持末端執(zhí)行器的夾持器。本實用新型能自動進行微納機器人末端執(zhí)行器的更換，通過對掃描電鏡內(nèi)部空間的合理利用，設(shè)計了放置末端執(zhí)行器的高精度旋轉(zhuǎn)定位裝置，能在電鏡的有限空間內(nèi)及高真空環(huán)境下穩(wěn)定工作，既可以用于放置不同功能的末端執(zhí)行器，也可以用于回收廢舊末端執(zhí)行器。
【專利說明】
微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及微機電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種SEM中微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]納米技術(shù)是推動21世紀(jì)人類社會節(jié)能降耗、綠色環(huán)保、智能便捷和健康生活方向發(fā)展的重要科學(xué)技術(shù)。納米操作技術(shù)在納米材料的表征，由納米材料組裝搭建而成納米器件的操作、加工、裝配及測試中起著關(guān)鍵作用，目前已經(jīng)成為納米技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)。掃描電子顯微鏡(SEM)是用于微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)和化學(xué)成分表征檢測和分析的最通用的工具之一。因其具有實時納精度實時觀測、高潔凈，高真空度等優(yōu)點，且能夠提供充足的真空室空間，可集成多種檢測裝置和定位裝置，因此基于SEM的微納操作系統(tǒng)實現(xiàn)納米對象的三維操作與裝配是納米操作領(lǐng)域未來的理想發(fā)展方向。
[0003]針對納米器件的三維操作與裝配，目前主要基于掃描電子顯微鏡(SEM)實時圖像的高精度納米操作機器人來完成。納米材料的尺寸介于I納米?100納米范圍之間，要對納米材料進行表征和操作則要求納米操作機器人的末端執(zhí)行器為極精密的探針如AFM探針等。但是受顯微鏡觀測空間限制，納米機器人系統(tǒng)的精密度與靈活度不足，視覺反饋與力反饋受操作條件的限制，阻礙了納米機器人的實時控制與精確定位，操縱納米機器人對納米對象進行復(fù)雜操作時常常會造成末端執(zhí)行器的損壞從而需要對末端執(zhí)行器進行更換。
[0004]目前在SEM內(nèi)部并沒有搭建自動的微納機器人末端執(zhí)行器更換裝置，所有的更換工作只能由人工完成。而SEM工作時內(nèi)部樣品室為真空環(huán)境，要對納米操作機器人的末端執(zhí)行器進行更換則需要打開SEM的樣品倉，對末端執(zhí)行器更換之后還需要對樣品室進行抽真空之后才能繼續(xù)進行相關(guān)實驗和操作。這種人工更換末端執(zhí)行器的方式會消耗操作者大量的時間，而且由于末端執(zhí)行器前端針尖尺寸極小，人眼分辨較困難，在操作過程中稍有不慎或是工作人員操作不當(dāng)可能會導(dǎo)致末端執(zhí)行器的針尖在更換過程中受到損壞而使其報廢。末端執(zhí)行器一般為較精密的探針，相應(yīng)的價格也較高。在更換過程中損壞探針也會造成資金和資源的損失。另外，頻繁的開關(guān)倉門也會導(dǎo)致掃描電鏡樣品室內(nèi)的真空度降低，對納米材料的觀測和操作造成影響。
[0005]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種SEM中能自動更換的微納機器人末端執(zhí)行器更換裝置，以克服上述缺陷。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，該裝置能夠解決人工更換末端執(zhí)行器的方式效率低且操作難度大等問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供如下技術(shù)方案:
[0008]—種微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其包括能進行三維運動的電動夾持器裝置以及旋轉(zhuǎn)定位裝置，所述旋轉(zhuǎn)定位裝置上設(shè)有末端執(zhí)行器，所述電動夾持器裝置設(shè)有用以夾持末端執(zhí)行器的夾持器。
[0009]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述電動夾持器裝置包括X軸微動平臺、Z軸微動平臺以及Y軸微動平臺，所述X、Y、Z軸三維微動平臺均與夾持器連接，所述Χ、γ、ζ軸三維微動平臺能實現(xiàn)夾持器在Χ，Υ，Ζ三個方向上的直線運動。
[0010]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述夾持器包括兩個用以從兩側(cè)夾持末端執(zhí)行器的夾持臂。
[0011]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括圓盤轉(zhuǎn)臺以及控制圓盤轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的微型電動馬達。
[0012]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，在所述圓盤轉(zhuǎn)臺上設(shè)有能放置不同型號末端執(zhí)行器的若干個第一卡槽。
[0013]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，若干所述第一卡槽均勻分布于圓盤轉(zhuǎn)臺遠離圓心的外邊緣。
[0014]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述末端執(zhí)行器嵌入在第—槽內(nèi)。
[0015]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述末端執(zhí)行器裝入第一卡槽后將第一卡槽分隔形成兩個分別位于末端執(zhí)行器兩側(cè)的第二卡槽。
[0016]優(yōu)選的，在上述微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中，所述圓盤轉(zhuǎn)臺的直徑范圍在40mm-80mm之間。
[0017]從上述技術(shù)方案可以看出，本實用新型實施例通過對掃描電鏡內(nèi)部空間的合理利用，設(shè)計了放置末端執(zhí)行器的高精度旋轉(zhuǎn)定位裝置，能在電鏡的有限空間內(nèi)及高真空環(huán)境下穩(wěn)定工作，既可以用于放置不同功能的末端執(zhí)行器，也可以用于回收廢舊末端執(zhí)行器。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0019](I)掃描電鏡真空中能自動進行微納機器人末端執(zhí)行器的更換；
[0020](2)用于放置和回收末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)定位裝置的設(shè)計；
[0021](3)用于更換微納機器人末端執(zhí)行器的微型電動夾持器的設(shè)計，該微型電動夾持器，適用于不同功能，不同型號的末端執(zhí)行器，可以通過控制端實現(xiàn)在在掃描電鏡內(nèi)自動更換微納機器人末端執(zhí)行器或進行廢舊末端執(zhí)行器的回收工作。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的有關(guān)本實用新型的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1為本實用新型微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置的立體示意圖。
[0024]圖2為圖1的俯視圖。
[0025]圖3為圖1的側(cè)視圖。
[0026]圖4為本實用新型微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中旋轉(zhuǎn)定位裝置的示意圖。
[0027]圖5為本實用新型微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中末端執(zhí)行器的示意圖。
[0028]圖6為圖5中A部位的放大圖。
[0029]圖7為本實用新型微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置中電動夾持器裝置的示意圖。
[0030]其中:1、電動夾持器裝置；11、X軸微動平臺；12、Z軸微動平臺；13、Y軸微動平臺；
14、夾持器;15、夾持臂;2、樣品臺；3、旋轉(zhuǎn)定位裝置;31、圓盤轉(zhuǎn)臺；32、末端執(zhí)行器;33、微型電動馬達;34、第一卡槽;35、第二卡槽。
【具體實施方式】
[0031]本實用新型公開了一種微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，該裝置能夠解決人工更換末端執(zhí)行器的方式效率低且操作難度大等問題。
[0032]下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行詳細地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0033]由于SEM樣品室內(nèi)部空間較小，又因為電鏡的成像原理使得成像空間更加有限，因此要在有限的空間內(nèi)實現(xiàn)樣品觀測的同時，能基于掃描電鏡的實時圖像反饋，在電鏡的高真空環(huán)境下完成末端執(zhí)行器的更換工作，這對裝置的整體尺寸的設(shè)計和機構(gòu)的運動精度有嚴(yán)格的要求。
[0034]如圖1至圖3所示，本實用新型所設(shè)計的一種在SEM中微納機器人末端執(zhí)行器的自動更換裝置，其包括電動夾持器裝置1、樣品臺2以及旋轉(zhuǎn)定位裝置3。整個裝置的實際尺寸約為 150_X 100_X 80mm。
[0035]如圖3及7所示，所述電動夾持器裝置I包括X軸微動平臺、Z軸微動平臺以及Y軸微動平臺以及夾持器14，所述夾持器14用以夾持末端執(zhí)行器32。所述X、Y、Z軸三維微動平臺均與夾持器14連接，所述Χ、Υ、Ζ軸三維微動平臺能實現(xiàn)夾持器在Χ，Υ，Ζ三個方向上的直線運動。所述夾持器14包括兩個夾持臂15，該兩個夾持臂15可以從兩側(cè)將末端執(zhí)行器32夾持起來。
[0036]如圖4所示，所述微型旋轉(zhuǎn)定位裝置3包括圓盤轉(zhuǎn)臺31、設(shè)于圓盤轉(zhuǎn)臺31上的末端執(zhí)行器32以及控制圓盤轉(zhuǎn)臺31的微型電動馬達33。所述圓盤轉(zhuǎn)臺31的直徑范圍在40mm-8 Omm之間。
[0037]如圖4所示，在旋轉(zhuǎn)定位裝置3的圓盤轉(zhuǎn)臺31上設(shè)有若干個卡槽34能放置不同型號的末端執(zhí)行器32。若干所述第一卡槽34均勻間隔分布于圓盤轉(zhuǎn)臺31遠離圓心的外邊緣。所述末端執(zhí)行器32放置于第一卡槽34位置后將第一卡槽34分隔形成兩個分別位于末端執(zhí)行器兩側(cè)的第二卡槽35，該兩個第二卡槽35可以方便夾持器14夾持末端執(zhí)行器32。
[0038]從附圖4可以看出，所述末端執(zhí)行器32嵌入在第一卡槽34內(nèi)，當(dāng)然在本實用新型其他實施例中，末端執(zhí)行器32可以沒有嵌入在第一卡槽34內(nèi)，即末端執(zhí)行器32可以只是放在第一卡槽34的上表面，然后將第一卡槽34分隔成兩個第二卡槽35，該兩個第二卡槽35仍舊可以方便夾持器14從夾持末端執(zhí)行器32，所以末端執(zhí)行器32是否嵌入第一卡槽34可以根據(jù)實際情況選擇。兩個所述夾持臂15可以從兩側(cè)伸入第二卡槽35中將末端執(zhí)行器32夾持起來。
[0039]如圖5及圖6所示，圖5為某一型號末端執(zhí)行器32，其大小為3.7mm X 1.34mm X
0.51mm。圖6為末端執(zhí)行器32的前端放大圖像，并標(biāo)注了相應(yīng)的尺寸。由于納米材料的尺寸極小，因此采用末端執(zhí)行器32前端針尖在掃描電鏡下對納米材料進行三維操作。
[0040]本實用新型微納機器人末端執(zhí)行器的自動更換裝置的工作流程為:
[0041]在微型電動轉(zhuǎn)臺的圓盤轉(zhuǎn)臺上設(shè)有若干個卡槽能放置不同型號的末端執(zhí)行器，每個末端執(zhí)行器將按照一定的順序編碼；當(dāng)微納米操作機器人的末端執(zhí)行器需要更換時，會根據(jù)程序要求，在微型電動馬達的驅(qū)動下，旋轉(zhuǎn)定位裝置將相應(yīng)型號末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)至微型夾持器的正下方。微型電動馬達的精度極高，可使圓盤轉(zhuǎn)臺精確定位。X、Y、Z軸三維微動平臺可以實現(xiàn)微型夾持器在Χ，Υ，Ζ三個方向上的直線運動，微動平臺能夠在高真空狀態(tài)下達到納米級的運動精度，因此，在掃描電鏡中微型電動夾持器可以實現(xiàn)對微納操作機器人末端執(zhí)行器進行穩(wěn)定的三維操作。在旋轉(zhuǎn)定位裝置完成末端執(zhí)行器的定位工作之后，夾持器可以自動將原先廢舊的末端執(zhí)行器取下，將其放置在圓盤轉(zhuǎn)臺相應(yīng)的卡槽內(nèi)，并拾取新的末端執(zhí)行器，將其安裝在微納米機器人末端。安裝完畢后，夾持器會自動退回到初始位置，至此完成整個末端執(zhí)行器的更換操作。
[0042]本實用新型實施例通過對掃描電鏡內(nèi)部空間的合理利用，設(shè)計了放置末端執(zhí)行器的高精度旋轉(zhuǎn)定位裝置，能在電鏡的有限空間內(nèi)及高真空環(huán)境下穩(wěn)定工作，既可以用于放置不同功能的末端執(zhí)行器，也可以用于回收廢舊末端執(zhí)行器。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:
[0044](I)掃描電鏡真空中能自動進行微納機器人末端執(zhí)行器的更換；
[0045](2)用于放置和回收末端執(zhí)行器的旋轉(zhuǎn)定位裝置的設(shè)計；
[0046](3)用于更換微納機器人末端執(zhí)行器的微型電動夾持器的設(shè)計，該微型電動夾持器，適用于不同功能，不同型號的末端執(zhí)行器，可以通過控制端實現(xiàn)在在掃描電鏡內(nèi)自動更換微納機器人末端執(zhí)行器或進行廢舊末端執(zhí)行器的回收工作。
[0047]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實用新型不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本實用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本實用新型。
[0048]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【主權(quán)項】
1.一種微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:其包括能進行三維運動的電動夾持器裝置以及旋轉(zhuǎn)定位裝置，所述旋轉(zhuǎn)定位裝置上設(shè)有末端執(zhí)行器，所述電動夾持器裝置設(shè)有用以夾持末端執(zhí)行器的夾持器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述電動夾持器裝置包括X軸微動平臺、Z軸微動平臺以及Y軸微動平臺，所述X、Y、Z軸三維微動平臺均與夾持器連接，所述Χ、γ、ζ軸三維微動平臺能實現(xiàn)夾持器在X，Y，Z三個方向上的直線運動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述夾持器包括兩個用以從兩側(cè)夾持末端執(zhí)行器的夾持臂。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)定位裝置包括圓盤轉(zhuǎn)臺以及控制圓盤轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的微型電動馬達。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:在所述圓盤轉(zhuǎn)臺上設(shè)有能放置不同型號末端執(zhí)行器的若干個第一卡槽。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:若干所述第—^槽均勾分布于圓盤轉(zhuǎn)臺遠離圓心的外邊緣。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述末端執(zhí)行器嵌入在第 ^槽內(nèi)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述末端執(zhí)行器裝入第一卡槽后將第一卡槽分隔形成兩個分別位于末端執(zhí)行器兩側(cè)的第二卡槽。9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納機器人末端執(zhí)行器自動更換裝置，其特征在于:所述圓盤轉(zhuǎn)臺的直徑范圍在40mm-80mm之間。
【文檔編號】B25J15/04GK205600747SQ201620105754
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年2月3日
【發(fā)明人】陳濤, 王雅瓊, 楊湛, 劉會聰, 王蓬勃, 張略, 金國慶, 孫立寧
【申請人】蘇州大學(xué)