液滴微操作机械手控制机理与应用研究

成果基本信息
关键词：	微操作;液滴机械手;微小颗粒
成果类别：		技术成熟度：
体现形式（基础理论类）：		体现形式（应用技术类）：	无
成果登记号：	GK180898	资源采集日期：	2019-04-15

研究情况
单位名称：	华南理工大学	技术水平：
评价证书号：	穗科验字[2018]第0011号	评价单位：	华南理工大学
评价日期：	2017.12.29	评价证书号：	穗科验字[2018]第0011号

转化情况
转让范围：		推广形式：	无
已转让企业数（个）：	0

联系方式
联系人（平台）：	玉女士	联系人（平台）电话：	0771-5885053
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成果简介
1.随着微机电产品的飞速发展，电子元器件的尺寸越来越小、厚度也越来越薄，这对微装配技术提出了更高的要求。微小物体的拾取、姿态调整和释放是微操作中的重要环节。由于尺度效应，在微操作系统中表面张力占主导地位，其影响力最大、抗干扰性最好。而且液滴具有很好的流动性，可以与各种形状的微小物体接触后形成液桥完成微操作过程，同时不会对物体表面造成损伤。因此，基于表面张力的微操作方法成为国内外微操作科研学者的研究热点。　　2.1）在微尺度条件下，液滴的表面张力占主导作用，液体的自由液面会在液体表面张力的作用下缩聚成液滴状。当自由液面所粘附的壁面运动时，液滴也会跟随壁面运动，当壁面运动到某一位置停止运动时，表面张力将与重力达到一个新的平衡，液滴呈现出新的形态。基于表面张力吸附在液滴上的微小部件的姿态将随着液滴形态的改变而变化，从而可以实现对于微小部件姿态的控制。　　2）两支对向放置的微管，相对喷射流体会在两微管所在平面内产生旋流。在流场中间形成的旋流可以实现对微粒的捕获和姿态控制。　　3.建立了液滴机械手先端形状与微小物体姿态的定量映射关系，提出了微小零件倾斜、旋转等姿态的定量控制方法；提出了基于液桥形态的释放方法；提出了液桥力的实验测试方法；提出利用微旋流实现微小物体姿态调整的液滴机械手驱动方法，拓展了微流体驱动方面的应用研究；提出了基于微流体驱动的微小颗粒位置姿态控制方法；在微小液滴量的控制研究中，提出了pL级液体分配方法。　　4.微操作技术在精密机械工程、生物医学工程、核工业及宇航等方面有着广泛的应用。液滴机械手可以柔顺变形，对吸附表面平整度和密封性要求低，它可以广泛适用于各种几何形状的微小物体的吸附与姿态调整，完成现有夹持器很难实现的表面凸凹，片状等微小部件的位置和姿态控制，满足微操作，微装配的需要。　　5.提出的基于液桥形态变化微小物体释放方法，目前仅完成了在平面基板上释放动作，需要进一步研究针对不同倾斜姿态的释放基板；基于旋流控制微粒的操作，目前完成了微粒的捕获、移动和旋转，需要进一步研究同时对微粒进行移动和旋转的操作方法。　　6.我们分析了液滴微操作机械手对微小物体进行姿态调整的机理和物理过程，研究了微小物体姿态跟随机械手先端形状变换关系，建立了液滴机械手先端形状与微小物体姿态的定量映射关系，提出微小零件倾斜、旋转等姿态的定量控制方法，并通过实验验证了提出方法的可行性。研究结果表明：液滴机械手所吸附的微小物体的姿态跟随机械手先端姿态发生变化。通过控制钨丝棒的上下移动，改变机械手先端形状，可以实现微小零件姿态的定量控制。本研究从理论上拓展微流体动力学建模方法，为解决微装配中存在的小空间内零件位姿的多自由度调整和微细零件的抓取与释放等难点问题，提供一种有效的技术途径。本年度发表SCI高水平论文1篇（SCI 检索3区），EI检索期刊论文一篇。投稿中的学术论文1篇。申请发明专利3项，实用新型专利3项。

成果名称：	液滴微操作机械手控制机理与应用研究	关键词：	微操作;液滴机械手;微小颗粒
成果类别：		一级分类名称：	装备制造
二级分类名称：	自动控制、计算机制造	三级分类名称：
研究起止时间：	2015.03 至2017.09	成果体现形式（应用技术类）：	无
成果属性：		成果体现形式（基础理论类）：
技术成熟度：		技术水平：
研究形式：		学科分类1：
单位名称：	华南理工大学	学科分类2：
中图分类号1：		所属高新技术类别：
中图分类号2：		课题来源：
应用行业：		课题立项名称：
国家科技计划子类别：		课题立项编号：	201510010269
经费实际投入额（万元）：	20.00	评价单位：	华南理工大学
评价形式：	无	应用状态：	无
评价日期：	2017.12.29	转让范围：
评价证书号：	穗科验字[2018]第0011号	推荐单位：
推广形式：	无	成果登记号：	GK180898
成果简介：	1.随着微机电产品的飞速发展，电子元器件的尺寸越来越小、厚度也越来越薄，这对微装配技术提出了更高的要求。微小物体的拾取、姿态调整和释放是微操作中的重要环节。由于尺度效应，在微操作系统中表面张力占主导地位，其影响力最大、抗干扰性最好。而且液滴具有很好的流动性，可以与各种形状的微小物体接触后形成液桥完成微操作过程，同时不会对物体表面造成损伤。因此，基于表面张力的微操作方法成为国内外微操作科研学者的研究热点。　　2.1）在微尺度条件下，液滴的表面张力占主导作用，液体的自由液面会在液体表面张力的作用下缩聚成液滴状。当自由液面所粘附的壁面运动时，液滴也会跟随壁面运动，当壁面运动到某一位置停止运动时，表面张力将与重力达到一个新的平衡，液滴呈现出新的形态。基于表面张力吸附在液滴上的微小部件的姿态将随着液滴形态的改变而变化，从而可以实现对于微小部件姿态的控制。　　2）两支对向放置的微管，相对喷射流体会在两微管所在平面内产生旋流。在流场中间形成的旋流可以实现对微粒的捕获和姿态控制。　　3.建立了液滴机械手先端形状与微小物体姿态的定量映射关系，提出了微小零件倾斜、旋转等姿态的定量控制方法；提出了基于液桥形态的释放方法；提出了液桥力的实验测试方法；提出利用微旋流实现微小物体姿态调整的液滴机械手驱动方法，拓展了微流体驱动方面的应用研究；提出了基于微流体驱动的微小颗粒位置姿态控制方法；在微小液滴量的控制研究中，提出了pL级液体分配方法。　　4.微操作技术在精密机械工程、生物医学工程、核工业及宇航等方面有着广泛的应用。液滴机械手可以柔顺变形，对吸附表面平整度和密封性要求低，它可以广泛适用于各种几何形状的微小物体的吸附与姿态调整，完成现有夹持器很难实现的表面凸凹，片状等微小部件的位置和姿态控制，满足微操作，微装配的需要。　　5.提出的基于液桥形态变化微小物体释放方法，目前仅完成了在平面基板上释放动作，需要进一步研究针对不同倾斜姿态的释放基板；基于旋流控制微粒的操作，目前完成了微粒的捕获、移动和旋转，需要进一步研究同时对微粒进行移动和旋转的操作方法。　　6.我们分析了液滴微操作机械手对微小物体进行姿态调整的机理和物理过程，研究了微小物体姿态跟随机械手先端形状变换关系，建立了液滴机械手先端形状与微小物体姿态的定量映射关系，提出微小零件倾斜、旋转等姿态的定量控制方法，并通过实验验证了提出方法的可行性。研究结果表明：液滴机械手所吸附的微小物体的姿态跟随机械手先端姿态发生变化。通过控制钨丝棒的上下移动，改变机械手先端形状，可以实现微小零件姿态的定量控制。本研究从理论上拓展微流体动力学建模方法，为解决微装配中存在的小空间内零件位姿的多自由度调整和微细零件的抓取与释放等难点问题，提供一种有效的技术途径。本年度发表SCI高水平论文1篇（SCI 检索3区），EI检索期刊论文一篇。投稿中的学术论文1篇。申请发明专利3项，实用新型专利3项。
联系人：	王迎军	成果登记日期：	2018-11-16
联系人email：	x2jq@scut.edu.cn	单位代码：	94400085
邮政编码222：	510641	联系人电话：	020-87114147
单位传真：	020-85516386	单位通讯地址：	广东省广州市天河区五山路381号
单位所在省市：		单位电话：	020-87110009;87111641;22236622
转让收入（万元）：	0	单位属性：
合作完成单位：		已转让企业数（个）：	0
成果发布年份：	2018	知识产权形式：
成果完成人：	张勤;青山尚之;杜启亮;黄维军;秦传波;甘裕明;吴瑞奇;王晗;范吉斌	资源采集日期：	2019-04-15

液滴微操作机械手控制机理与应用研究

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