微操作機(jī)器人系統(tǒng)

微操作機(jī)器人系統(tǒng)微機(jī)械電氣系統(tǒng)(Micro-Electro-MechanicalSystemsMEMS)這個(gè)前沿技術(shù)主要涵蓋以下研究專(zhuān)題：①集成化微型儀器與傳感器；②微加工與測(cè)試技術(shù)；③微操作系統(tǒng)。微操作系統(tǒng)作為MEMS研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支遇到各發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，紛繁投入大批資本推行微操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究，現(xiàn)已研制出多種各具特點(diǎn)的微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)［1］。自1993年起，在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，北京航空航天大學(xué)開(kāi)始從事微操作機(jī)器人的研究，研究?jī)?nèi)容主要集中于各單元技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾年的技術(shù)貯備，研究要點(diǎn)開(kāi)始由各單元技術(shù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成及應(yīng)用，如微操作系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、微動(dòng)仿活力構(gòu)綜合理論、鑒于圖像的視覺(jué)伺服理論、精美微操作系統(tǒng)的光-機(jī)-電集成設(shè)計(jì)方法等，并把生物工程作為微操作機(jī)器人系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。把生物工程作為微操作機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，目的可以解說(shuō)為 2點(diǎn)：①?gòu)膽?yīng)用層面說(shuō)，目標(biāo)相當(dāng)明確地界定在“面向生物工程”上，如細(xì)胞操作、基因轉(zhuǎn)移、染色體切割等，希望給下一世紀(jì)中國(guó)的“綠色革命”帶來(lái)推進(jìn)作用。②從技術(shù)層面說(shuō)，定位在鑒于顯微視覺(jué)全局閉環(huán)的計(jì)算機(jī)伺服自動(dòng)協(xié)調(diào)作業(yè)上。長(zhǎng)久觀之，其有關(guān)技術(shù)與微加工、微電子、顯微醫(yī)學(xué)等可舉一反三。1微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人】2］“微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的研制”課題研制了1臺(tái)六自由度微動(dòng)機(jī)器人，以其為中心成立了一套包含三自由度粗動(dòng)平臺(tái)、顯微視覺(jué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及周邊協(xié)助設(shè)施的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并要點(diǎn)環(huán)繞微操作機(jī)器人的機(jī)構(gòu)選型、偏差剖析、顯微視覺(jué)及系統(tǒng)標(biāo)定等方面做了較深入的研究。詳細(xì)論述以下：經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外微動(dòng)機(jī)構(gòu)的剖析與綜合，設(shè)計(jì)出了創(chuàng)意獨(dú)到、兩級(jí)解耦的串并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，這在微動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域尚屬首例。此串并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人有六個(gè)自由度，由上（3RPS機(jī)構(gòu)）、下（3RRR機(jī)構(gòu)）兩機(jī)構(gòu)并聯(lián)串接而成[2],它擁有上下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)解耦，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及偏差剖析簡(jiǎn)易，控制成本低，加快度大，可達(dá)成粗調(diào)、細(xì)調(diào) 2種功能等特點(diǎn)。其詳細(xì)技術(shù)指標(biāo)以下：外形尺寸為100mmX100mmX100mm，工作空間為40^mX40umX24um，運(yùn)動(dòng)分辨率為0.2nm。（2） 為了合理地分派精度，充足評(píng)估各項(xiàng)偏差對(duì)尾端履行器位姿的影響，我們利用矢量剖析的方法成立了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)構(gòu)造參數(shù)偏差與位姿偏差的數(shù)學(xué)模型，剖析了各項(xiàng)構(gòu)造偏差對(duì)尾端位姿的影響水平，并得出了若干對(duì)微操作機(jī)器人設(shè)計(jì)、加工及安裝有廣泛指導(dǎo)意義的結(jié)論。（3） 對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特征、柔性鉸鏈的機(jī)械性能、微動(dòng)機(jī)器人尾端位姿的選擇、微動(dòng)機(jī)器人的控制方式及圖像辦理等問(wèn)題，做了較深入的研究，積累了好多有參照價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。（4） 提出了對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的若干改良舉措。2面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)絕大部分工業(yè)機(jī)器人是依據(jù)給定的程序做簡(jiǎn)單重復(fù)的動(dòng)作（如焊接、裝置、搬運(yùn)等），不需要太強(qiáng)的智能。而關(guān)于微操作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，狀況就有很大不一樣。由于被操作對(duì)象十分細(xì)小，操作人員不行能十分清楚它們的精準(zhǔn)地點(diǎn)，何況外界環(huán)境的變化使得它們的相對(duì)地點(diǎn)不定，微觀世界里的物理法例及力學(xué)特征與宏觀世界也天壤之別，這就要求機(jī)器人有很強(qiáng)的自動(dòng)辨別水平易決議水平。同時(shí)，溫度變化、機(jī)械振動(dòng)、噪聲顛簸、機(jī)械蠕變等不穩(wěn)固要素?cái)_動(dòng)，以及非線性微動(dòng)特征、傳達(dá)積累偏差的影響，也使得微操作機(jī)器人一定擁有很強(qiáng)的自我調(diào)整水平（即自我及時(shí)標(biāo)定及賠償水平）。因此微操作機(jī)器人一定與其余儀器設(shè)備組合成一套光機(jī)電高度集成的系統(tǒng)，方能推行顯微操作。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所正在