摘要：体声波(bulk acoustic wave,BAW)作为一种典型的声场操控方法,能够实现微颗粒三维方向上的直接排列,并因其优良的生物兼容性,在微小生物目标图案化排列方面展示出巨大的应用潜力.在组织工程和生物3D打印等相关应用领域中,微颗粒图案化排列的效率是最终成型质量的关键因素.尽管已有对图案化排列过程中微粒运动的理论描述,但由于微尺度下无法实施高精度测量,难以构建准确可靠的仿真模型,因此影响图案化排列效率的具体因素尚不明确.为了探究影响图案化排列效率的主要因素及其特征,本研究设计并构建了一套可视化实验平台.通过显微视觉系统,精确观察了BAW作用下微颗粒的运动行为以及单个微颗粒的状态变化,分析了压电陶瓷换能器驱动电压、悬浮液浓度、颗粒尺寸和液体黏度对排列时间的影响规律.结果表明,在特定范围内,微球悬浮液浓度的增加会导致排列时间略微延长,然而这种差异并不显著;对于直径范围在10~100μm之间的微球,其尺寸的增大有助于提高排列效率;相较于其他参数,液体黏度对排列效率的影响最为显著.本研究为基于BAW实现微颗粒图案化研究及相关应用提供了重要数据和设计指导,有助于推动生物医学和材料科学等相关领域的发展.

摘要：设计了一种能够自动、快速、精确地分离和提取指定细胞群或单个细胞的微操作机器人系统，研制了基于功率超声振动原理的微切割工具（其切割频率在15-50kHz，振动幅值在0～1μm可调）和真空吸附式微拾取工具（压力可在0～0．5MPa精确控制），应用人体肝脏组织5μm厚病理石蜡切片进行了显微切割的实验。实验结果证明了超声振动式切割工具对组织无伤害，真空吸附工具收集样品有效且整体系统适应于生物工程中微切割操作的实验需求，具有较高的可靠性、稳定性和准确性。

摘要：微/纳米并联微操作机器人技术是综合微/纳米技术和并联机器人技术迅速发展而形成的新研究方向,涉及精密机械、机器人、计算机、自动控制、精密测量等多学科领域,广泛应用于生物医学领域中的细胞与基因操作、精细外科手术、微电子装配、微细加工、光纤对接等领域。通过对当前国内外并联微操作机器人的研究状况、产品化应用以及实际应用等方面的发展态势进行详细地回顾,总结微/纳米级并联微操作机器人这一研究方向在工作空间、运动解耦性、承载能力、理论分析、柔性铰链设计、实时标定与测量、新材料、驱动等方面存在的问题,并提出改进意见,以期对该领域未来的创新设计以及发展研究产生一定的推动作用。

摘要：为模拟机器人在人体环境中的3D运动及微操作,提出了毫米级潜艇形机器人在低雷诺数液体中保持水平姿态实现3D运动及执行微操作的方法.首先,设计并加工了潜艇形机器人以及4线圈磁驱动系统,通过COMSOL软件对磁场系统进行了有限元仿真.然后,对机器人在低雷诺数液体环境中的受力情况进行了分析,建立了机器人运动模型并研究了其多种运动模式.机器人在低雷诺数液体中可以保持水平姿态沿设定路线运动,包括垂直上升、对角上升、直角运动、螺旋上升等3D运动,最大运动速度为1.2 mm/s.通过设计的无线能量传输系统将电能引入到小尺度空间,机器人可通过无线电能驱动其前端的夹持器执行夹取、搬运、释放等微操作.

摘要：基于宏微结合的设计思想,提出一种组合式微夹持器结构.采用微直线电机机构实现毫米级的宏运动,采用双晶片压电悬梁机构实现微米级的微运动.介绍组合式微夹持器的组成原理并对压电悬梁形变特性进行了有限元分析.在此基础上,开发微夹持器宏微控制系统,实现了微位移闭环控制.测试实验表明,该微夹持器具有结构紧凑、操作空间大、精度高的特点.

摘要：近年来,随着微操作研究的不断发展和深入,批量目标微操作成为当前的研究热点之一.由于显微镜视野范围狭小,微操作过程中需要不断进行物镜转换和调焦工作.本文研制的全自动微操作平台将调焦和物镜转换改造为电动方式,实现了自动调焦和物镜自动转换功能.针对细胞图像的特点,本文提出了基于扫描线的归一化方差聚焦测度方法,并在此基础上,设计了相应的聚焦平面搜索策略.针对显微镜物镜转化器的特点,本文设计了自动物镜转换结构和控制方法,实现不同放大倍数物镜的转换.最后本文在细胞图像处理的实验中,构建了具有分层递阶结构的全局视野,验证了自动调焦和物镜自动转换的准确控制,为批量目标操作的自动化奠定了基础.

摘要：精确中断机制是嵌入式微处理器正确运行和状态恢复的保证。由于中断发生在指令边界,等到需要提交的指令成功改变处理器状态后才能执行流水线的冲刷和中断处理程序,不必要的指令预取和译码浪费了时钟周期,降低了中断响应实时性,增加了处理器功耗。文章描述了Longtium C2处理器的结构特点和微操作,提出一种基于指令边界微操作跟踪的精确中断机制IBMT,并对其结构和流程进行了设计和分析。IBMT对指令边界和中断窗口的位置进行实时检测,提前进行流水线冲刷及中断处理程序取指。使每次响应中断时平均节省39.34%的响应时间,提高了中断处理的实时性,避免了不必要的功耗浪费。

摘要：提出一种新颖的基于宏／微双重驱动微小型移动机器人的微操作系统。机器人在宏运动状态下为典型的轮式机器人,在微运动状态下为尺蠖运动机器人。将集成微夹持器的微操作器安装在机器人移动定位平台上用于实现微操作任务。为了自动导航机器人完成微操作任务,设计外部智能视觉系统。视觉系统分为全局视觉与显微视觉两个子部分,机器人在全局视觉的导航控制下以宏运动状态实现大范围的粗定位,并使机器人微夹持器末端准确地进入显微镜视场。在显微视觉的导航控制下以微运动状态实现小范围、高精度的精定位,并完成微操作任务。试验表明,提出的基于微小型移动机器人的微操作系统能够成功地实现微小零件的夹取与装配。

摘要：采用树脂结合剂金刚石砂轮磨盘可以实现玻璃微针的高效磨削。磨针仪主轴支承结构消除了电机对磨盘端面跳动的影响。采用显微镜和CCD摄像系统直接观察对针和磨削进给过程。通过试验确定了磨针仪合理的调速范围和许可的磨盘跳动量值。

摘要：微电子机械系统是一项有广泛应用前景的实用技术。这里对微装配的必要性、微操作作业的特性及其中的力特性和表面力的消除办法进行了探讨。并根据已有实验数据进行了分析。