基于显微视觉的毛细力动态检测方法

针对微操作进程中毛细力实时检测的需求,提出基于显微视觉的毛细力动态检测方法。通过Hough变换的微球对象定位和归一化的平方差相关性的操作工具跟踪方法获取实时位置信息,确定液桥兴趣区域。基于Shi-Tomasi角点检测的液桥端点识别方法提取液桥轮廓,并求解毛细力。搭建显微视觉测量装置,分析检测进程和检测精度。结果表明：平面-球面配置下的动态毛细力的平均检测精度为1.65 μN,且可实时获取接触角、液桥体积等参数。     

合作机器人微操作力提升系统的模糊控制研究

根据合作机器人提升系统的组成和工作原理，提出了适应操作者特性的模糊控制策略，建立了微操作力提升系统的数学模型，利用MATLAB软件的模糊控制工具箱设计了提升系统的模糊控制器，建立了提升系统的仿真模型，对模糊控制策略进行了仿真分析．仿真结果表明该控制策略是可行的，能够满足合作机器人微操作力提升系统的性能要求。该研究对微操作力提升系统的性能分析和改进具有实际的参考价值。     

面向微机电系统组装与封装的微操作装备关键技术

对微机电系统(Micro electro mechanical systems, MEMS)组装与封装工艺的特点进行了总结分析,给出了MEMS组装与封装设备的研究现状。针对MEMS产业发展的特点,分析了面向MEMS组装与封装的微操作设备中的工艺参数优化数据库、快速精密定位、模块化作业工具、快速显微视觉、柔性装夹和自动化物流等关键技术。在此基础上,详细介绍了研制的MEMS传感器阳极化键合设备和引线键合设备的组成结构、工作原理,并给出了组装和封装试验结果。最后,指出了MEMS组装与封装技术及设备研制的发展趋势。     

毛细力辅助飞秒激光直写制备各向异性及多级结构

将飞秒激光双光子聚合加工技术和毛细力诱导自组装技术相结合实现了各向异性结构和多级结构的制备。首先,使用飞秒激光双光子加工技术加工出微柱阵列,将微柱置于显影液中显影,然后放置在空气中。在显影液蒸发的过程中,微柱结构单元受到毛细力的作用而弯曲实现自组装。通过控制微柱的高度和直径的不一致性实现了两种各向异性结构制备方法,并成功制备了底层微柱直径分别为2μm和6μm双层结构。由于毛细力的大小和微柱高度无关,且同样端部变形量下较高微柱的弹性回复力小于较低微柱的弹性回复力,更易发生弯曲;直径较大的微柱具有更强的抗弯曲能力,从而引导直径较小的微柱向较大的微柱倾斜,藉此制备了各向异性结构。使用毛细力自组装辅助飞秒激光微纳加工可以实现灵活可控的复杂3D结构的加工,并将在生物医药、化学分析、微流体等领域发挥重要作用。     

基于MEMS技术的微操作三维力传感器研究

针对微操作过程中对微力觉信号的需求，以压阻检测技术为基础结合MEMS加工工艺，设计了一种用于微操作的三维力传感器，建立传感器的数学模型并用有限元分析软件对敏感弹性元件进行分析。利用悬臂梁受力弯曲变形的原理结合显微视觉技术，实现对传感器的标定，并给出了传感器的信号处理方法。实验证明，该传感器具有耦合小、测量分辨率高、线性度好、标定简单的优点，满足了预计的设计要求。传感器最大量程为10mN，x向与y向的分辨率均为2．4μN，Z向的分辨率为4.2μN。     

基于微装配领域的微操作机器人系统研究

微装配已成为制造业遇到的新问题,制约着微机电行业的发展。文中对用于微装配领域的微操作机器人系统进行了系统的研究。提出了微操作机器人机构的选型准则,介绍了控制系统结构框图以及补偿方法、显微成像系统的结构,以及微夹持器设计中存在的若干问题。     

基于微操作的大行程高分辨率旋转微驱动器的研究

根据仿生学原理,采用分立式布局,研制出大行程高分辨率旋转微驱动器.该微驱动器采用电磁铁箝位、压电陶瓷驱动的爬行式步进机构形式,实现了光学镜面的二维微调整操作.实验表明,该微驱动器具有分辨率高、行程大、步距可变等特点,也适用于其它微操作中大行程高分辨率的旋转驱动.     

微操作中操作者瞳孔的定位方法研究

针对微操作中操作者的眼球偏转小和眼睛图像灰度变化小的特点,提出一种瞳孔定位的快速算法,首先对眼睛图像提取特定的矩形区域,然后采用半精定位的方法缩小瞳孔所在区域,提高瞳孔区域的图像占比,最后利用Hough变换精确定位瞳孔。实验表明,该算法能快速、准确地定位瞳孔中心,适用于微操作中使用头戴式设备的瞳孔图像提取。     

微操作玻璃微针磨针仪研究

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。     

面向生命科学领域的微操作技术的研究综述

在生命科学领域的研究中，操作对象的微小性迫切要求进行与之相适应的微操作技术的研究。总结了生命科学领域中微操作机器人的应用现状及系统特点，对微操作机器人系统研制中涉及的一些关健技术作了简要的分析，并对微操作技术在生命科学领域中的发展前景进行了展望。     

集成毛细管电泳芯片的结构及其制作技术研究进展

集成毛细管电泳芯片具有体积小，成本低，便于携带，分析速度快，所需样品和试制少等优点，是一种新型的微型分析实验装置，介绍了该芯片的产生和发展过程，综述了有关该芯片的结构，材料选取，制作工艺，健合方法等方面的进展和存在的问题，并展望了其应用前景。     

Advanced Lubrication Technology for X-1P Interaction with Media Carbon and Z-Type Lubricants

In this paper, the load-carrying capacity and friction force of a water droplet confined between two hydrophobic surfaces have been investigated experimentally, and the origin of the friction force has been studied. It was found that the friction force at low shear velocity was caused by the asymmetrical surface tension due to the contact angle hysteresis.     

Micromanipulation of chloroplasts using optical tweezers

This paper describes experiments using optical tweezers to probe chloroplast arrangement, shape and consistency in cells of living leaf tissue and in suspension. Dual optical tweezers provided two-point contact on a single chloroplast or two-point contact on two adhered chloroplasts for manipulation in suspension. Alternatively, a microstirrer consisting of a birefringent particle trapped in an elliptically polarized laser trap was used to induce motion and tumbling of a selected chloroplast suspended in a solution. We demonstrate that displacement of chloroplasts inside the cell is extremely difficult, presumably due to chloroplast adhesion to the cytoskeleton and connections between organelles.  The study also confirms that the chloroplasts are very thin and extremely cup-shaped with a concave inner surface and a convex outer surface.     

微操作中球基对象的近场声悬浮与旋转驱动研究

针对微操作中圆球类对象的悬浮与操纵问题,从推导圆球的超声波近场声悬浮高度公式入手,确定了影响悬浮高度的主要因素。制作了带有凹球面工具端的专用换能器,实现了圆球的近场声悬浮。进而构建偏心式气动驱动系统,进行了转速与气压、偏心距、悬浮高度及扰动关系的实验。结果表明：出气孔气压是影响转速的主要因素,而偏心距对转速的影响较小;随着悬浮圆球转速增加,悬浮高度降低,扰动加大。     

基于嵌入铁基纳米微晶合金应力敏感芯式力传感器

将铁基纳米微晶合金薄带缠绕并嵌入圆柱型应力敏感芯,利用压磁效应,使传感器实现拉压力测量。介绍了传感器的结构和原理,推导出传感器的输出特性方程。通过静态压缩试验,分析了传感器的激磁磁场强度、激磁电流强度、激磁频率以及温度变化对传感器输出的影响,得出了室温下传感器的静态特性。试验数据显示,传感器的最大非线性误差小于1.16%F.S,重复性误差为0.53%F.S,迟滞误差为0.36%F.S,平均灵敏度为1.14 m V/k N.对一般的工程应用是可行的。     

端铣刀铣削加工铝合金铣削力试验及切屑分析

采用正交试验设计方法对铝合金进行铣削试验,测得了不同切削用量情况下硬质合金铣刀的铣削力。运用方差分析法确定了主轴转速、轴向切深、径向切深、进给速度等切削参数对切削力的影响程度,并对切屑进行了金相分析。这为设计刀具和选择切削用量提供了借鉴。     

基于毛细管力流体自装配系统的建模与仿真

建立了一种计算模型，用于计算基于毛细管力流体自装配系统表面自由能。运用数字图像处理中模板匹配的计算方法，实现了对任意复杂形状绑定点系统表面自由能的计算，进而仿真出表征能量状态与装配状态之间关系的能量地形图。通过分析能量地形图中对应于正确装配的全局能量陷阱和对应于误装配的局部能量陷阱，可以实现对系统装配效率的预测。     

中间层液体的表面能对粘着行为中Pull-off力影响的实验研究

中间层液体膜存在的情况下,弯月面力(Cap illary Force)的作用使Pull-off力增加。中间层液体的表面能是影响弯月面力作用强度的重要因素之一。利用表面张力仪测量了1,2二氯丙烷、1,2乙二醇等5种液体的表面能,利用表面力仪测量了这5种液体作为中间层时Pull-off力的值。结果表明,在一定范围内,粘度相近液体量相同时,Pull-off力随表面能增加而增加;表面能相等时,Pull-off力随液体量增加而增加。     

Insights into the influence of additives on the thermal gradient induced migration of lubricant

Thermo‐capillary migration is a phenomenon that the thermal gradients will drive a liquid to flow from warm to cold regions. It is of great importance to prevent the lubricant migration on rubbing surfaces in the cases where the amount of lubricant is limited. In this paper, four different lubricant additives are incorporated into one base oil, and the effects of additives on the migration behaviour and surface tension coefficient are investigated. The functional mechanisms of additives are discussed. The experimental results demonstrate that the additives have remarkable influences on the migration performance of lubricant. The migration behaviour shows the relation to not only the surface tension coefficient, but also the actions between the additive and substrate. This should be considered in the designing process of an anti‐migration lubricant. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.