一种气动式微运输装置

技术领域

本发明属于机械平面微运输领域，具体涉及一种气动式运输装置。

背景技术

在微制造过程中，大量的微机电系统设备都会涉及针对微机器人或微芯片的运动或定位任务。目前大部分的微运输装置都采用接触式，非接触式的运输装置具有很大的应用前景。接触式主要有电热驱动与压电驱动，该类型主要是通过驱动器产生一个作用力来使工作平面产生应力应变或直接作用于被驱动物体发生位移。然而，这种接触式微运输装置依赖于工作表面的加工精度，其工作表面往往会出现磨损现象。此外，当装置处于变载荷运行时，会加剧其工作表面磨损，从而影响实际的运输效率。尤其是针对运输一些易碎材质的工件而言，这种磨损可能会使工件遭到破坏。非接触式主要有静电驱动、电磁驱动、气体驱动等。其中静电驱动的微运输装置表现出能耗低、响应快、结构紧凑等特点，但是静电力太小，使其应用很大程度上受到限制。电磁驱动式通过产生强电磁力可以使运输目标处于悬浮状态，但是长时间的能量供应会加剧线圈上的焦耳热效应，甚至会产生过热烧坏的风险。而气体驱动式弥补了这一系列缺点，气体驱动式可以通过多方位的气体喷嘴来控制压缩气体的流速和方向来实现多自由度的运输工作。这种运输方式不仅运输效率高，且适用性广。然而，气体驱动仍然存在一些不足之处，其复杂的气体管道以及气体喷嘴很难集成在微机电系统中，这一缺陷可以通过微纳加工技术来得到解决。

微运输装置是一种可以在微工作平面内高效地将微型工件或微芯片移动至待加工位置的平台型装置。目前，这种微运输装置大多采用接触式驱动原理。然而，这种方式不仅适用性低，且其工作表面不可避免会出现磨损现象，这种现象严重影响其工作效率。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够精准地将微型工件或微芯片运输至待加工区的气动式微运输装置。

为了实现上述任务，本发明所采用如下的技术解决方案：

一种气动式微运输装置，包括空气压缩机，其特征在于，空气压缩机通过气泵管连接有气动电磁阀，气动电磁阀通过继电器连接单片机，单片机通过USB接口连接Labview上位机；气动电磁阀还通过气泵管连接有微型运输阵列，在微型运输阵列上方设置有运输板。

根据本发明，所述空气压缩机型号为12LKOMAX，排气量为0.11/m，最大压力为0.8Mpa。

具体地，所述气泵管选用内径5mm，外径8mm的耐高压软管。

进一步地，所述微型运输阵列由两片厚度不同的硅板堆叠而成，上硅板厚度为2mm，下硅板厚度为1mm，其中：

所述上硅板采用自上而下和自下而上的双面深硅刻蚀工艺，两个刻蚀面的深度均为1mm，上硅板有自下而上的刻蚀槽，该刻蚀槽为微型运输阵列的气室支管道，该气室支通道的宽度为2mm，两个刻蚀槽相互贯通的部分为微型运输阵列的气体喷嘴；

所述下硅板采用深硅刻蚀技术加工，刻蚀深度为1mm，下硅板有刻蚀槽，该刻蚀槽为微型运输阵列的气室主管道，该气室主通道的宽度为3mm。

优选地，所述微型运输阵列包含4个不同方向的气体入口和与之对应的气室主管道，所述微型运输阵列的每一个气体出口位置都包含东、西、南、北四个方位的喷嘴和气室支管道，每一个气室主管道至少与3个气室支管道相通，气室支管道至少与3个喷嘴相通。

本发明的气动式微运输装置，带来的有益技术效果在于：

(1)采用基于气动式原理设计，运输方式相较于传统接触式运输装置，避免了由摩擦产生的磨损而引起的失效，且得益于非接触式运输的特点，进一步扩大了其应用范围。

(2)由于采用了深硅刻蚀的微加工工艺，硅板的结构充当了微运输装置的气室通道与喷嘴，极大地缩小了其结构尺寸，提高了空间利用率，解决了微运输装置存在的集成度低的问题。

附图说明

图1为本发明的气动式微运输装置的结构示意图；

图2为本发明的气动式微运输装置的横截面示意图；

图3为本发明的气动式微运输装置的实施方式示意图；

图中的标记分别表示：1、空气压缩机，2、气泵管，3、气动电磁阀，4、继电器，5、单片机，6、Labview上位机，7、微型运输阵列，71、气体入口，72、气室主通道，73、气室支通道，74、喷嘴，8、运输板。

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步地详细说明。

具体实施方式

本实施例给出一种气动式的微运输装置，如图1所示为气动式微运输装置的结构示意图，图2为气动式微型运输阵列的横截面示意图，包括空气压缩机1，空气压缩机1通过气泵管2与气动电磁阀3的输入端相接，气动电磁阀3通过继电器4连接单片机5，单片机5通过USB接口连接Labview上位机；气动电磁阀3还通过气泵管2连接有微型运输阵列7，在微型运输阵列7上方设置有运输板8。

所述微型运输阵列7由两片厚度不同的硅板堆叠而成，上硅板厚度为2mm，下硅板厚度为1mm，其中：

所述上硅板采用自上而下和自下而上的双面深硅刻蚀工艺，两个刻蚀面的深度均为1mm，上硅板有自下而上的刻蚀槽，该刻蚀槽为微型运输阵列7的气室支管道73，该气室支通道73的宽度为2mm，两个刻蚀槽相互贯通的部分为微型运输阵列7的气体喷嘴74；

所述下硅板采用深硅刻蚀技术加工，刻蚀深度为1mm，下硅板有刻蚀槽，该刻蚀槽为微型运输阵列7的气室主管道72，该气室主通道72的宽度为3mm。

所述微型运输阵列7包含4个不同方向的气体入口71和与之对应的气室主管道72，所述微型运输阵列7的每一个气体出口位置都包含东、西、南、北四个方位的喷嘴74和气室支管道73，每一个气室主管道72至少与3个气室支管道73相通，气室支管道73至少与3个喷嘴74相通。

本实施例中，所述气动电磁阀外3接有电源，所述空气压缩机1型号为12LKOMAX，排气量为0.11/m，最大压力为0.8Mpa。

所述气泵管2选用内径5mm，外径8mm的耐高压软管。

Labview上位机6通过串口通信USB接口向单片机5发送指令，单片机5通过信号线来控制继电器4的通断，继电器4的输出端与气动电磁阀3控制端连接，继而实现通过在上位机程序中完成对气动电磁阀3的控制，气动电磁阀3的输出端通过气泵管2与微型运输阵列7相接通，首先，高压气体从微型运输阵列7的气体入口71处进入气室主通道72，四个气体入口71分别对应于东、西、南、北四个位置的气流方向，且每一个气室主通道72与六个气室支通道73相通(图1中为了便于表达只绘制了三个气室支通道)，接着，高压气体流经气室主通道72至气室支通道73，最后从气体出口的喷嘴74处喷出，从而推动被运输板8移动。

本实施例的气动式的微运输装置，具体使用过程如下：

图3给出了气动式微运输装置的实施方式示意图，在步骤(1)中，由Labview上位机6向单片机5发送指令来控制继电器4，并打开四个气动电磁阀3的开关，使得高压气体自空气压缩机1中经过气泵管2与气动电磁阀3注入微型运输阵列7中，高压气体分别从四个入口71进入与之对应的气室主通道72，再由气室支通道73至气体出口位置的喷嘴74喷出，此时，每个气体出口的四个方位均有气体喷出，从而使得运输板8处于悬浮状态；

步骤(2)中，由Labview上位机6向单片机5发送指令来控制继电器4，并打开其中三个气动电磁阀3的开关，使高压气体分别从三个气体入口71进入微型运输阵列7，其中气体流向与步骤(1)一致，此时，每个气体出口仅有南、北、东三个位置的喷嘴74有喷出，在这三股气流的共同作用下运输板8沿x轴正方向被驱动；

步骤(3)中，通过打开与南、东、西方向喷嘴74对应的气动电磁阀3，便可以实现运输板8沿y轴正方向的运动；

此外还可以通过改变气压来调整运输板8的悬浮高度，以及运输板8的运动速度。