【摘 要】
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微作业工具作为实现微操作的关键部件,是连接微观系统与宏观系统的关键环节。随着微操作对象尺寸的逐级减小,尺度效应的影响逐渐显著。一方面,由于尺度效应的影响,微小器件很
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微作业工具作为实现微操作的关键部件,是连接微观系统与宏观系统的关键环节。随着微操作对象尺寸的逐级减小,尺度效应的影响逐渐显著。一方面,由于尺度效应的影响,微小器件很容易粘着于微夹持器上而实现拾取操作,但很难实现稳定释放。另一方面,微小构件形状特征以及不同的操做定位需求也对微夹持器的夹持方式提出了要求。针对以上问题,本文在分析微构件操作方法的基础上研制了一种对微构件实现稳定拾取及可靠释放的复合式MEMS微夹持器,有效实现了MEMS作业工具的集成化与小型化。首先,从尺度效应的产生及影响出发,对粘着现象进行分析,针对尺度效应的存在,研究了减小及克服粘着力的方法。提出了复合驱动方案,在建立微构件操作力学模型的基础上研究了基于复合驱动式的微构件操作方法,为复合式MEMS微夹持器的研制提供了理论依据。进行了复合式MEMS微夹持器的设计,在分析静电驱动特性的基础上,设计了静电梳齿驱动器,分析了S形柔性梁及柔性悬梁结构,将有限元方法用于微夹持器的静力学及模态仿真分析。设计了气路微通道结构,并分析微通道内气体的微流动特性。针对微夹持器的结构特点,结合硅微机械加工技术,制定了微夹持器MEMS工艺流程。针对复合式微夹持器静电驱动特性以及气动吸放驱动特性,设计了能够输出大范围稳定直流电压的静电驱动控制系统以及能精确控制负压力和正压力的气动吸放控制系统,并进行控制系统性能测试,测试结果表明了控制系统满足复合式MEMS微夹持器的操作要求。最后,建立了复合式MEMS微夹持器的实验系统,对微夹持器进行性能测试和实验研究。实验证明复合式MEMS微夹持器能够实现对微小构件的稳定拾取和可靠释放,达到了预期效果。复合式MEMS微夹持器的研制在MEMS微操作方面做了有益的尝试,实现了MEMS作业工具的小型化与集成化,对MEMS微操作技术的发展起到了积极的推动作用。
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