超声电机驱动的微夹持器的机械漂移机理研究

耿冉冉,黄家才,杨 雪,李佩娟

(南京工程学院工业中心、创新创业学院, 江苏 南京 211167)

近几十年来,随着微纳科技在微机械加工、生物医学工程、光学工程等领域的不断发展,利用微操作机器人帮助人类探索研究微观世界成为可能.微夹持器作为机器人技术和微纳技术相结合的产物,是近年来国内外学者研究的热点[1-3].直线超声电机是20世纪80年代初发展起来的一种利用压电陶瓷的逆压电效应驱动定子超声振动的新型电机[4-5],具有结构简单、响应速度快、不受电磁干扰等优点,它能直接输出直线运动和推力,具有良好的控制性能.因此,直线超声电机作为微夹持器的驱动元件,可使微夹持器具有更多优势[6].

在利用由直线超声电机驱动的微夹持器进行抓取操作时,发现在电机关断、微夹持器停止运行后的一段时间内,其操作末端的位置发生了改变,没有停留在刚停止驱动时的位置处,产生了漂移,这种机械漂移现象影响了微夹持器的定位精度,增加了控制难度,降低了微夹持器的实用性.

机械漂移会引起定位误差,严重影响各种设备的精度[7-9].美国的SUTTER公司研发了一款由压电陶瓷驱动的多自由度微操作平台,能够实现细胞膜片钳试验和微注射等功能,然而在室温状态下,该操作平台的输出端会在运行停止后的1小时内继续移动10 nm.近年来,精密运动机构的机械漂移问题受到越来越广泛的关注,对机械漂移机理的分析和误差补偿……