《直線超聲電機驅動、多自由度微操作手的動力學行為》是依託南京航空航天大學，由姚志遠擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：直線超聲電機驅動、多自由度微操作手的動力學行為
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：姚志遠
- 依託單位：南京航空航天大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
針對生物工程中，對定位精度高、操作空間大的生物細胞操作用的微操作手需求，旨在研究直線超聲電機驅動、並聯結構、4自由度的兩指微操作手的運行方式和能量輸送機理。探索該微操作手在分析、設計和實驗中的基本問題：研究其運動方式和回響特性；分析其電能轉換成振動能和摩擦傳動的非線性動力學機理；建立其溫度、電場和結構振動相互耦合的動力學模型；研究其抓取、翻轉和穿刺生物細胞的操作機理和控制策略；研究多自由度、並聯結構的設計方法；研製相應的微操作手原型；開展單細胞的抓取、翻轉和穿刺的實驗研究，研究細胞在操作手作用下的運動特性和力學特性。從中提煉和總結出直線超聲電機驅動的、具有並聯結構、有4個自由度的微操作手的設計理論和方法。研究結果有助於提高微操作手的多測度空間（幾微米~1毫米）操作能力。該操作手不僅能夠處理生物細胞，也能夠用於微型零件的裝配、微機電系統組裝、微外科手術和光學工程的光纖對接。
結題摘要
針對生物工程中，對定位精度高、操作空間大的生物細胞操作用的微操作手需求，研究直線超聲電機驅動、並聯結構、4自由度的兩指微操作手的運行方式和能量輸送機理。按照計畫書的要求開展研究工作，將工作的重點放在微操作手的結構設計、微操作手的動力學建模與分析，以及驅動與控制系統設計。形成完整的直線超聲電機驅動的、具有並聯結構、有4個自由度的兩指微操作手的設計理論和製造方法。具體完成工作如下： （1）研究了在直線超聲電機作用下，微操作手的驅動方式、運動方式和回響特性； （2）建立了直線超聲電機驅動下，微操作手的溫度、電場和結構振動相互耦合的動力學模型； （3）研究了微操作手的結構力學特性和負載能力，以及運行穩定性，提出控制指針振動的控制方法； （4）設計了具有並聯結構、4自由度的微操作手，形成了相應的結構設計方法； （5）建立了微操作手的機電耦合動力學模型； （6）研製了用於微操作手驅動和控制的驅動控制系統，實現微操作手的驅動和控制； （7）製造出直線超聲電機驅動的、具有並聯結構、有4個自由度的微操作手； （8）開展了抓取實驗研究，能夠抓取50µm微小顆粒。 至此，完成了任務書規定的全部研究內容，研製了直線超聲電機驅動的、具有並聯結構、有4個自由度的兩指微操作手，並開展試驗研究。試驗表明，微操作手結構簡單、製作成本低、控制性能好，能夠實現對微小顆粒的抓取、翻轉和穿刺功能，其探針的位移解析度達到 100nm，工作位移達到 2mm，其技術指標達到任務書預期的要求。 這項研究培養博士3名，碩士7名；出席國際和國內發會議23人次；發表論文28篇，其中，SCI論文 10篇，EI論文8篇；申請專利10 項，其中已授權專利4項。
