一种电解控制的微构件拾放装置及方法
阅读说明：本技术 一种电解控制的微构件拾放装置及方法 (Electrolytic control micro-component picking and placing device and method ) 是由 范增华 黄聪聪 高军 郭前建 刘俨后 于 2021-10-14 设计创作，主要内容包括：一种电解控制的微构件拾放装置及方法,本发明涉及微装配领域中的微构件的操控,本发明为解决微构件操作过程中难以实现微构件的主动释放这一关键问题,它包括微型驱动电机、安装架、两个套筒、联轴器、滚珠丝杠、连接螺母、六边形安装架、六个固定架、长连接杆、软管、电极连接件、活动电极、六个惰性电极,所述安装架和微型驱动电机通过四个通孔螺栓连接,所述长连接杆下端与电极连接件螺纹连接,所述固定架的上端通过螺钉固定在六边形安装架的孔内,所述六个惰性电极通过螺钉分别固定在固定架下端的槽内,且与活动电极的六个侧面紧密贴合,所述六个惰性电极相互之间紧密贴合,本发明用于微构件的无损拾取、姿态调整和主动释放操作。(The invention relates to an electrolysis-controlled micro-component pick-and-place device and a method, which relate to the control of a micro-component in the field of micro-assembly and solve the key problem that the active release of the micro-component is difficult to realize in the operation process of the micro-component, and the device comprises a micro-driving motor, an installation frame, two sleeves, a coupler, a ball screw, a connecting nut, a hexagonal installation frame, six fixed frames, a long connecting rod, a hose, an electrode connecting piece, a movable electrode and six inert electrodes, wherein the installation frame and the micro-driving motor are connected through four through holes and bolts, the lower end of the long connecting rod is in threaded connection with the electrode connecting piece, the upper end of the fixed frame is fixed in a hole of the hexagonal installation frame through a screw, the six inert electrodes are respectively fixed in a groove at the lower end of the fixed frame through screws and are tightly attached to six side faces of the movable electrode, and the six inert electrodes are tightly attached to each other, the invention is used for nondestructive picking, attitude adjustment and active release operation of the micro-component.)
技术领域
本发明涉及微装配领域中的微构件的操控，具体涉及一种电解控制的微构件拾放装置及方法。
背景技术
特征尺寸在毫米级、微米级构件的操控是微装配领域的一个重要操作任务，新型的微构件操控方法成为微装配领域的焦点。其中，液体介质粘着力为主导的操控方法具有柔顺拾取不同形状微构件的能力，并且具备不与工件直接机械接触、避免工件表面损坏、自动校准等优点，近些年发展迅猛。现有的基于液体介质对微构件进行操控的方法大多聚焦于液滴的获取、微构件的拾取和姿态调整等方面，针对微构件的可靠释放依旧是难题。基于液体介质的微构件拾取依靠液滴的粘着力，同时阻碍微构件释放的也是液滴，所以微构件的操控关键在于对液滴的操作。常见的液滴操作方式是高温蒸发或者低温冷凝，通过水的气态和液态的相互转换来控制液滴体积，方便灵活，但这种操作方式需要外源能量场辅助实现微构件的可靠释放。电解能够实现水从液态向气态的化学转换，使水的体积减小并在两极上产生氢气和氧气，为微构件的液滴操控提供了一种新思路。为满足日益提高的装配精度需求和微构件的无损操控，开发新型的基于液滴的微构件操控装置和方法具有重要的理论意义和实际价值。
发明内容
本发明针对微构件操作过程中难以实现微构件的主动释放这一关键问题，发明了一种电解控制的微构件拾放装置及方法，通过电解形成的非对称液桥实现微构件姿态调整，依靠液桥体积变化和电解气泡破裂产生的惯性力，实现微构件的可靠释放，避免了添加外源辅助装置和辅助液滴，实现高效快捷、方便可靠的微构件操控。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述的一种电解控制的微构件拾放装置包括微型驱动电机、安装架、两个套筒、联轴器、滚珠丝杠、连接螺母、六边形安装架、六个固定架、长连接杆、软管、电极连接件、活动电极、六个惰性电极，所述安装架和微型驱动电机通过四个通孔螺栓连接，微型驱动电机与滚珠丝杠通过联轴器固定连接，连接螺母穿过六边形安装架的内六角孔，上端与滚珠丝杠螺纹连接，下端与长连接杆螺纹连接，所述长连接杆下端与电极连接件螺纹连接，所述两个套筒上端与安装架接触、下端与六边形安装架接触，通过螺栓固定连接，所述固定架的上端通过螺钉固定在六边形安装架的孔内，所述六个惰性电极通过螺钉分别固定在固定架下端的槽内，且与活动电极的六个侧面紧密贴合，所述六个惰性电极相互之间紧密贴合，所述软管固定连接在电极连接件的通水口上。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述操作方法是按照以下步骤实现的：
步骤一：微型驱动电机控制活动电极竖直运动，与六个惰性电极形成一个微空腔；
步骤二：外源液体输送系统输送电解液至活动电极的末端，充满活动电极与六个惰性电极之间的微空腔，所述电解液为含氯化钠水溶液；
步骤三：微型驱动电机控制活动电极竖直运动，电解液与微构件接触，形成轴对称液桥，微构件在液桥力作用下实现拾取；
步骤四：六个惰性电极和活动电极分别连接到电流控制器的正极、负极上，能够实现方式一、方式二、方式三三种微构件姿态调整方式，方式一中将惰性电极A、惰性电极B和惰性电极C连接至正极，惰性电极D、惰性电极E和惰性电极F至负极；方式二中将惰性电极A连接至正极，惰性电极B和惰性电极F连接至负极；方式三中将活动电极连接至正极，惰性电极A、惰性电极B和惰性电极F连接至负极；电解液通电后，正极产生氧气、负极产生氢气，氢气的体积是氧气的二倍，即正极产生的气体少，负极产生的气体多，通过控制电流的大小调控气体的生成速率和稳定性，液体在微空腔内的分布被改变，形成不对称液桥，实现微构件的姿态调整；
步骤五：在释放阶段，调整六个惰性电极与正极、负极的连接关系，可创造释放配置一和释放配置二，释放配置一中将惰性电极A、惰性电极C和惰性电极E连接到正极，惰性电极B、惰性电极D和惰性电极F连接到负极；释放配置二中将活动电极连接至正极，六个惰性电极连接至负极；在所述两种释放配置下，电解液通电产生的气泡呈对称分布，随着气泡造成液桥与微构件的瞬间分离，以及气泡破裂作用在微构件的惯性力，实现微构件的主动释放。
本发明的有益效果是：1、本发明所述的一种电解控制的微构件拾放装置及方法，通过外部电解液输送系统控制操作液滴的体积，借助电流控制器的电解液滴调节，实现液滴体积的实时控制。2、本发明所述的一种电解控制的微构件拾放装置及方法，将六个惰性电极和活动电极分别连接到电流控制器的正负极，通过气泡的产生和消失，改变液体在微空腔内的分布，能够形成不对称液桥，实现微构件的姿态调整。3、本发明所述的一种电解控制的微构件拾放装置及方法，将六个惰性电极和活动电极分别连接到电流控制器的正负极，在两种通电方式下，电解液通电产生的气泡呈对称分布，通过气泡的产生使液桥与微构件的瞬间分离，以及气泡破裂作用在微构件的惯性力，实现微构件的主动释放。
附图说明
图1是本发明的一种电解控制的微构件拾放装置的整体结构示意图。
图2是本发明的一种电解控制的微构件拾放装置的末端电极处的局部放大示意图。
图3是本发明的一种电解控制的微构件拾放装置的六个惰性电极和活动电极通电顺序示意图。
图4是本发明的一种电解控制的微构件拾放装置与微构件之间形成的轴对称液桥和非对称液桥示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述的微构件拾放装置包括微型驱动电机1-1、安装架1-2、两个套筒1-3、联轴器1-4、滚珠丝杠1-5、连接螺母1-6、六边形安装架1-7、六个固定架1-8、长连接杆1-9、软管2-1、电极连接件2-2、活动电极2-3、六个惰性电极2-5，所述安装架1-2和微型驱动电机1-1通过四个通孔1-11螺栓连接，微型驱动电机1-1与滚珠丝杠1-5通过联轴器1-4固定连接，连接螺母1-6穿过六边形安装架1-7的内六角孔，上端与滚珠丝杠1-5螺纹连接，下端与长连接杆1-9螺纹连接，所述长连接杆1-9下端与电极连接件2-2螺纹连接，所述两个套筒1-3上端与安装架1-2接触、下端与六边形安装架1-7接触，通过螺栓固定连接，所述固定架1-8的上端通过螺钉固定在六边形安装架1-7的孔内，所述六个惰性电极2-5通过螺钉分别固定在固定架1-8下端的槽内，且与活动电极2-3的六个侧面紧密贴合，所述六个惰性电极2-5相互之间紧密贴合，所述软管2-1固定连接在电极连接件2-2的通水口上。可以将本操作装置通过螺纹转接孔1-10安装在六自由度机械臂上，型号可以选择Elfin-P03协作机器人。
具体实施方式二：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述连接螺母1-6与六边形安装架1-7的内六角孔间隙配合，所述活动电极2-3的上端与电极连接件2-2下端过盈配合，所述滚珠丝杆1-5、连接螺母1-6、六边形安装架1-7的内六角孔、长连接杆1-9、电极连接件2-2和活动电极2-3同轴设置。如此设置便于装配和活动电极2-3的上下运动，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述六个惰性电极2-5的上平面和下底面不平行，由外向内纵向厚度逐渐变大，与活动电极2-3接触处时达到最大。如此设置便于六个惰性电极2-5与微构件4-2之间的对准和液桥形态的观察，其他组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述安装架1-2、两个套筒1-3、连接螺母1-6、六边形安装架1-7、六个固定架1-8、电极连接件2-2的材质均为铝合金，所述长连接杆1-9的材质为亚克力，活动电极2-3、六个惰性电极2-5的材质是金属铂，所述软管2-1的材质为橡胶。活动电极2-3和六个惰性电极2-5的材质选用惰性材料金属铂是为了防止电解过程中电极参与电解反应，其他组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式所述电极连接件2-2和六个惰性电极2-5均有导线连接到外部电流控制器上，所述软管2-1连接到电解液输送系统，所述电极连接件2-2和活动电极2-3均有内部通道，使得电解液通过软管2-1输送到活动电极2-3的下端面，所述活动电极2-3除了与电极连接件2-2连接处以及下端面，其余各个面均做绝缘处理，例如化学气相沉积，所述惰性电极2-5除了与活动电极2-3间隙配合的面，其余各个面均做绝缘处理，例如热喷涂，所述六个惰性电极2-5的下端面做疏水处理。内部通道的设置便于电解液的输送，绝缘处理是为了防止电能的额外损耗，其他组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。
具体实施方式六：结合图1、图2、图3和图4说明，本实施方式利用具体实施方式一、二、三、四、五或六中任意一个具体实施方式所述的装置进行微构件的操作方法包括以下步骤：
步骤一：微型驱动电机1-1控制活动电极2-3竖直运动，与六个惰性电极2-5形成一个微空腔；
步骤二：外源液体输送系统输送电解液至活动电极2-3的末端，充满活动电极2-3与六个惰性电极2-5之间的微空腔，所述电解液为含氯化钠水溶液；
步骤三：微型驱动电机1-1控制活动电极2-3竖直运动，电解液与微构件4-2接触，形成轴对称液桥4-1，微构件4-2在液桥力作用下实现拾取；
步骤四：六个惰性电极2-5和活动电极2-3分别连接到电流控制器的正极、负极上，能够实现方式一3-7、方式二3-8、方式三3-9三种微构件姿态调整方式，方式一3-7中将惰性电极A3-1、惰性电极B3-2和惰性电极C3-3连接至正极，惰性电极D3-6、惰性电极E3-5和惰性电极F3-4至负极；方式二3-8中将惰性电极A3-1连接至正极，惰性电极B3-2和惰性电极F3-4连接至负极；方式三3-9中将活动电极2-3连接至正极，惰性电极A3-1、惰性电极B3-2和惰性电极F3-4连接至负极；电解液通电后，正极产生氧气、负极产生氢气，氢气的体积是氧气的二倍，即正极产生的气体少，负极产生的气体多，通过控制电流的大小调控气体的生成速率和稳定性，液体在微空腔内的分布被改变，形成不对称液桥4-3，实现微构件4-2的姿态调整；
步骤五：在释放阶段，调整六个惰性电极2-5与正极、负极的连接关系，可创造释放配置一3-10和释放配置二3-11，释放配置一3-10中将惰性电极A3-1、惰性电极C3-3和惰性电极E3-5连接到正极，惰性电极B3-2、惰性电极D3-6和惰性电极F3-4连接到负极；释放配置二3-11中将活动电极2-3连接至正极，六个惰性电极2-5连接至负极；在所述两种释放配置下，电解液通电产生的气泡呈对称分布，随着气泡造成液桥与微构件4-2的瞬间分离，以及气泡破裂作用在微构件4-2的惯性力，实现微构件4-2的主动释放。
基于具体实施方式一到六所述的一种电解控制的微构件拾放装置及方法，可实现微构件的拾取、释放操作，便捷快速，可靠性高。
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