基于MEMS的微操作技术：伪并行旋转梳状驱动执行器与传感器

《IEEE/ASME Transactions on Mechatronics》：MEMS-Based Micromanipulation With Pseudoparallel Rotary Comb Drive Actuators and Sensors

　　

摘要：

本文提出了一种将MEMS微夹持装置与协同工作的执行器结合在一起的伪并行结构，作为一种解决现代微纳操作应用的新方法。所提出的伪并行旋转梳状驱动器采用新的浮动式布局，可用于打造多功能、多操作的微型操纵器。该概念通过一种模块化多连杆装置得以体现，在这种装置中，诸如执行器和传感器之类的功能单元可以添加或移除，而不会改变整体结构布局。由于该设计利用了在小型系统中更高效的静电驱动方式，并且兼容标准的绝缘体上硅MEMS制造工艺，因此也具有很好的扩展性。为验证这一概念，研究人员制作了原型，并在多种场景下进行了测试，同时还通过数字孪生模型进行了数值模拟。测试结果表明，与之前的架构相比，该方案的驱动和传感性能有所提升。伪并行结构使得尖端移动幅度提升了14.4%，施加的力提升了30.5%，而且无需改变四杆机构的设计，同时还能实现驱动功能以及运动和力反馈的同步，其灵敏度分别达到了6.26 fF/μm和12.44 fF/μN。该系统具备紧凑、多功能和模块化的特点，因此在微纳手术、生物操作以及机器人微组装等领域具有广阔的应用前景。