基于振動控制的微小物體釋放操作方法與實驗研究

胡俊峰， 蔡建陽

(江西理工大學 機電工程學院， 江西 贛州 341000)

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基于振動控制的微小物體釋放操作方法與實驗研究

胡俊峰， 蔡建陽

(江西理工大學 機電工程學院， 江西 贛州 341000)

針對微夾持器在夾持微小物體過程中的黏著問題，提出了一種基于壓電振動控制的釋放操作方法。應用彈性黏著理論證明了可利用壓電振動效應產生的慣性力克服微夾持器與微小物體之間的黏著力，說明了該釋放操作方法的可行性。采用實驗方法建立反映壓電微夾持器振動特性的動態模型，基于該模型得出穩定釋放微小物體時驅動器輸入電壓幅值和頻率應滿足的條件。以一種微夾持器為對象搭建實驗平臺進行微小物體的釋放實驗，結果表明：所提出的釋放操作方法是可行的；同時微小物體的尺寸越小、釋放越困難，需要越大的慣性力克服其受到的黏著力。 關鍵詞： 機械學； 微夾持器； 釋放操作； 黏著； 振動

0 引言

微夾持器為微操作的末端執行器[1-3]，廣泛應用于兵器科學與技術、半導體設備、光學元件制造、微零件裝配、生物科學等眾多領域。如在微機電系統領域中，微夾持器可用于抓取和裝配微構件[4-5]；在生物工程領域，微夾持器可用于抓取細胞，對細胞進行微操作[6-7]。由于微夾持器的操作對象具有輕、薄等特點，黏著是造成微小物體操作困難的最主要因素之一[8]。由于表面效應所產生的范德華力、毛細作用力、靜電力等黏著力，會使微夾持器出現拾取后無法穩定釋放現象。由于釋放是微夾持操作的重要階段，其成功與否對整個過程起決定性作用，因此微小物體釋放控制操作日益成為微操作領域的研究重點，需要尋找合適的方法消除黏著效應對其夾持操作的影響。

目前，微夾持釋放操作方面主要采用通過改變夾持器結構特征減小黏著力的影響以完成釋放。Arai等在夾持器上涂上一層導電膜可有效減少靜電力對釋放操作的影響，在微夾持器的夾持臂涂上 Hamaker常數較小的材料涂層，以減少范德華作用力的影響，并在末端執行器表面加工了微型錐體結構，以增加執行器的表面粗糙度以降低黏著力，減小釋放難度[9]。另外一種途徑是通過改變環境特性，如在干燥環境中進行釋放操作，干燥環境可減小表面張力對微操作釋放的影響。Fearing等[10]在真空環境下進行微操作，避免潮濕空氣產生的表面張力的影響，還在缺氧環境下進行微操作，在這種情況下夾持器和被操作對象上將不會形成本征氧化層，降低了表面張力的影響。但是，上述方法均要對微夾持器進行特殊的處理，成本較高，而且效果不夠理想。另外一種方法是通過改變外界力克服黏著力實現釋放，該方法依靠微夾持器末端執行器的慣性運動產生的慣性力克服黏著力的影響，該方法易于實現。

本文針對微夾持器在夾持操作過程中的黏著問題，提出了一種利用壓電陶瓷高頻響特性的振動效應實現微小物體的釋放操作。基于黏著理論分析振動控制方法實現微小物體釋放操作的可行性，采用實驗方法建立反映壓電微夾持器的振動特性模型，通過控制壓電陶瓷驅動器輸入電壓的頻率與幅值實現微小物體的釋放，并進行相關實驗研究。

圖1 微夾持的釋放操作過程示意Fig.1 Schematic diagram of release operation process of a micro gripper

圖2 黏著接觸示意Fig.2 Schematic diagram of adhesive contact

1 可行性分析

微夾持器對微小物體進行拾取操作時，釋放過程中會出現無法正常釋放的失效情況，由圖1可知，微夾持器對微小物體進行夾持操作時，當微夾持器張開其夾持臂，微小物體由于其受到黏著力的作用使其與夾持臂黏附在一起，使微小物體不能正常釋放，造成了微夾持操作失敗。因此，為了使微夾持釋放操作能夠順利完成，需要克服黏著力對微小物體的影響使其能夠正常釋放。提出一種對壓電陶瓷驅動器輸入電壓施加動態信號，使夾持臂進行微幅振動從而使微小物體與其分離，其實現過程如圖1所示。

為了分析基于振動效應的釋放方法可行性，需要建立微夾持在夾持微小物體操作過程中黏著模型，采用JKR彈性黏著理論[11]建立該模型。由JKR理論可知，在外力作用下，兩個彈性固體相互接觸時會黏著在一起。黏著接觸示意如圖2所示，當兩個微小物體接觸時，它們的接觸區域等效為圓形，圖2中R1、R2分別表示兩個黏著在一起的彈性固體的半徑，d為兩彈性固體之間的中心距離，并且d

對于微夾持操作，微夾持器夾持臂等效為平面，由于微小物體尺寸很小，可視為球體，則它們之間的接觸模型可等效為球體- 平面接觸模型，如圖2所示。根據接觸模型可知：當δ>0時，微小物體與夾持臂之間存在黏著力使其黏著；當δ≤0時，表示克服黏著力作用實現微小物體與夾持臂進行分離。在微小物體與夾持臂的動態接觸情況下，考慮材料阻尼和慣性因素，微小物體在黏著力作用下的動態模型如圖3所示，Fδ表示黏著力，可視作一個與彈性壓縮量δ相關的非線性彈簧，Fd表示阻尼力，Fa為克服黏著力的外部載荷，它們之間的關系可表示為

圖3 動態模型Fig.3 Dynamic model

(1)

式中：m表示微小物體的質量；β阻尼系數。當微小物體與夾持臂在黏著情況下，對其施加微幅振動，利用振動產生的慣性力克服它們之間的黏著力，設da為微小物體在振動過程中產生的位移，則(1)式可表示為

(2)

由(2)式可知，當微小物體在振動過程中，通過振動產生的慣性力可克服黏著力的作用改變彈性壓縮量δ，可使δ達到微小物體與夾持臂分離的臨界狀態，從而使其得到釋放。設對微夾持器夾持臂施加一正弦振動位移為

da=Aosin2πfot,

(3)

式中：fo為振動頻率；Ao為振動幅值，則微小物體所受的慣性力為

(4)

由(4)式可得慣性力的幅值為

(5)

由(5)式可知，慣性力Fa與夾持臂振動頻率fo和振動幅值Ao呈正比關系。由于微夾持器采用壓電陶瓷驅動器進行驅動，可通過控制驅動器輸入電壓的頻率和幅值以調節達到釋放要求的夾持臂振動頻率與幅值，所以需要建立驅動器輸入電壓與夾持臂輸出位移之間的幅頻特性。

圖4 微夾持器的等效模型Fig.4 Equivalent model of micro-gripper

2 微夾持器振動模型

為了建立壓電陶瓷驅動器輸入電壓與微夾持器夾持臂輸出位移之間的幅頻特性，將微夾持器與壓電陶瓷驅動器作為一個動態系統，其動態關系可以采用系統的傳遞函數表示。為了求出系統的傳遞函數，將壓電微夾持器等效為如圖4所示的等效模型。如圖4所示，壓電陶瓷驅動器呈電容特性[13-14]，圖4中C、R、Ka、Vi、Vo和x分別表示驅動器的等效電容、等效電阻、放大系數、輸入電壓、輸出電壓和輸出位移。微夾持器可簡化為如圖4所示的質量- 彈簧- 阻尼系統，圖4中mg為其質量，F、x分別為壓電陶瓷驅動器輸出力與輸出位移，K為夾持器的剛度，μ為其阻尼系數。

由Kirchhoff定理可得

(6)

由(6)式可得Vo到Vi的傳遞函數為

(7)

式中：T為時間常數，T=RC. 疊堆型壓電陶瓷驅動器采用多片壓電陶瓷片黏結而成，驅動器輸出位移x可表示為

x=nd33Vi,

(8)

式中：d33為應變系數；n為壓電陶瓷片個數。聯合(7)式和(8)式可得驅動器輸出位移到輸入電壓之間的傳遞函數為

(9)

式中：K1=nd33Ka. 由(9)式可知，壓電陶瓷驅動器可等效為1階慣性系統，則需要確定參數K1和T. 當對驅動器施加階躍電壓信號Va，其響應可表示為

x(t)=K1(1-e-t/T)Va.

(10)

由(10)式表示的階躍響應可通過實驗測得，由于當t=4T時，1階系統的響應已達穩態值的98%，在實際工程中認為系統達到其穩態值，則可得參數K1和T分別為

(11)

式中：ts表示系統達到穩態值的98 %所需時間。設Kp為壓電陶瓷驅動器的剛度，y為微夾持器的輸出位移，則驅動器作用在夾持器的輸出力為

F=Kpx,

(12)

則微夾持器的動力學方程可表示為

(13)

對(13)式進行拉氏變換并化為標準形式：

(14)

由(14)式可知，要確定微夾持器的模型，需要確定參數K2、ωn和ξ，其中參數ωn和ξ可采用實驗模態測試方法得到。聯合(9)式和(14)式可得系統的傳遞函數為

(15)

對壓電陶瓷驅動器施加階躍電壓Ua，由終值定理可得微夾持器響應的穩態值為

(16)

由(16)式可得K2為

(17)

由(17)式可知，由于K1值可由(11)式得到，只要確定微夾持器階躍響應的穩態值y(∞)就可確定參數K2值。根據幅頻特性與傳遞函數之間關系可得微夾持器輸入電壓與輸出位移之間幅頻特性為

(18)

式中：ω為角頻率，ω=2πf0. 聯合(5)式和(18)式可得慣性力的幅值為

(19)

由(19)式可知，慣性力與壓電驅動器輸入電壓的幅值呈正比關系，與其頻率呈非線性關系。

3 實驗研究

3.1 實驗配置

為了進行基于振動控制的釋放操作實驗研究，搭建了如圖5所示的實驗系統，由壓電陶瓷驅動器、驅動電源、微夾持器、信號發生器、單極電容位移傳感器及其信號調理器組成。80VS12型壓電陶瓷驅動器為哈爾濱芯明天公司生產并內置了位移傳感器，電壓取值范圍為0～150 V；XE-501型驅動電源為哈爾濱芯明天公司生產，功率放大倍數為15；信號發生器型號為AFG-2000型；單極電容位移傳感器和信號調理器為美國PI公司生產，型號分別為D-E20.200和E-712，傳感器分辨率為0.2 μm，線性度為0.3%.

圖5 實驗系統Fig.5 Experimental system

圖6 實驗過程Fig.6 Experimental process

圖7 壓電陶瓷驅動器階躍響應Fig.7 Step response of piezoelectric actuator

圖8 微夾持器階躍響應Fig.8 Step response of micro gripper

圖9 實驗模態Fig.9 Experimental modal

圖10 實驗模態的頻響曲線Fig.10 Frequency response curves of experimental modal

3.2 微夾持器幅頻特性

首先，為了采用實驗方法確定微夾持器傳遞函數所需的參數T、K1和K2，需要測量驅動器和微夾持器的階躍響應，實驗過程如圖6所示，一階躍電壓信號Vo=4V通過數字信號轉換為模擬信號(D/A)卡將工控機輸出的電壓經功率放大作為壓電驅動器的輸入電壓Vi=60V，采用壓電陶瓷驅動器內置的位移傳感器經模擬信號轉換為數字信號(A/D)卡測量出驅動器的輸出位移x，采用位移傳感器測量所對應的微夾持器的輸出位移y，位移信號經信號調理器通過USB接口輸入工控機。

壓電陶瓷驅動器和微夾持器的階躍響應分別如圖7和圖8所示。由圖7可知，壓電陶瓷驅動器的階躍響應為1階系統，其響應穩定值為46.9μm，達到穩態值的98%所需時間ts為0.002s，由(11)式可得參數T=0.002/4=0.000 5s，K1=46.9/4=11.72. 由圖8可知，微夾持器的階躍響應穩態值為143μm，由(17)式可得參數K2=143/46.9=3.05.

然后，為了確定微夾持器的固有頻率ωn和阻尼比ξ，采用實驗模態方法[15]得到，其過程如圖9所示：1)采用錘擊法進行實驗模態測試，使用力錘沿如圖9所示的點A、點B、點C、點D進行敲擊，產生一個寬頻帶的激勵；2)采用美國PCB公司的Model356A16型加速度傳感器測量加速度響應信號，傳感器位于如圖9所示的點E位置，測量4個不同力錘敲擊位置所對應的加速度信號。為了消除噪聲干擾，采用多次平均，設每個測點的測量次數為5；3)采用上海東華測試公司生產的DH5922N型動態信號測試系統得到激勵點和各測量點的時間歷程信號，利用測試系統軟件DHDAS求出各測點的頻響函數如圖10所示。采用導納圓法對4組頻響數據進行曲線擬合，得到微夾持器的固有頻率ωn為375Hz，阻尼比ξ為0.01.

最后，根據實驗所得到的所有參數T、K1、K2、ωn和ξ代入(15)式，可得微夾持器的傳遞函數為

(20)

將s=j2πf0代入(20)式，可得微夾持器輸入電壓與輸出位移之間幅頻特性為

(21)

為了驗證所建立模型的正確性，利用信號發生器產生幅值為6V，頻率范圍為[0Hz-500Hz]的線性掃頻正弦信號作用于微夾持器，采用位移傳感器分別測量得到微夾持器對應不同頻率的振動幅值A0如圖11所示。將Vo=6V代入(21)式可得由模型計算所得到的幅值隨頻率的變化如圖11所示。由圖11可知，實驗值與計算值的幅值A0的最大值分別為130μm與125μm，所對應的頻率f0分別為380Hz和370Hz，二者相接近，說明所建立的微夾持器振動模型的正確性。

圖11 電壓為6 V對應的位移幅值Fig.11 Displacement amplitudes corresponding to 6 V

3.3 釋放實驗

由于基于振動效應的釋放操作是利用振動產生的慣性力克服黏著力實現釋放操作，需要分析微小物體所受的慣性力，以便調節慣性力。將(21)式代入(19)式可得到微小物體受到的慣性力Fa為

(22)

圖12 慣性力與頻率的關系Fig.12 Relation between inertia force and frequency

圖13 慣性力等高線Fig.13 Contour line of inertia force

圖14 微小物體的釋放Fig.14 Release of small objects

圖15 不同頻率作用下微小物體的釋放情況Fig.15 Release of small objects at different frequencies

由(22)式可知，慣性力Fa與微小物體的質量m 、驅動電壓幅值Vo之間的關系為線性關系，與驅動電壓的頻率之間的關系為非線性。首先，分析Fa與f0的關系，不失一般性，設m=1mg、Vo=1V，將其代入(22)式可得Fa與f0之間的關系如圖12所示。由圖12可知：當頻率f0<260Hz或f0>400Hz時，慣性力接近于0；當頻率260≤f0≤400Hz時，慣性力范圍為[0.01μN0.18μN]；且當頻率接近于320Hz時，慣性力達到最大值0.18μN，則當進行釋放操作時驅動器的頻率應在該范圍內變化。

然后，確定微小物體釋放操作所需的驅動電壓幅值Vo，為不失一般性，設m=1mg，由于驅動器輸入電壓Vo的范圍為[0V10V]，由(22)式可得驅動電壓頻率和幅值范圍分別為[260Hz400Hz]和[0V10V]時慣性力的等高線如圖13所示。由圖13可知，慣性力范圍為[0.1μN1.8μN]，慣性力為大于1μN的電壓范圍為[5V10V]，且頻率約為320Hz時微小物體所受的慣性力最大。同時，由于慣性力與質量m呈正比，則微小物體所受的慣性力范圍為[0.1μN1.8μN]。

由于實驗操作對象需要具有輕、薄等特點，且能黏著在夾持臂上，下面分別通過對小紙球和塑料薄片進行釋放操作。

采用質量為1 mg的小紙球進行釋放實驗，當對小紙球進行夾持操作進行釋放時出現如圖14所示的黏著現象。根據文獻[16]可知，微小物體所受黏著力的量級約為1 μN，因此為了實現微小物體的正常釋放，對其施加的慣性力Fa需要大于黏著力，根據圖13所示的慣性力等高線可知，驅動電壓Vo的幅值范圍應為[5 V 10 V]. 根據釋放時的驅動電壓頻率和幅值范圍分別為[260 Hz 400 Hz]和[5 V 10 V]，當對壓電驅動器施加頻率為300 Hz、幅值為7 V的正弦信號時，小紙球能夠實現正常釋放，其釋放狀態如圖14所示。

采用長、寬分別為3 mm×3 mm，厚度約為50～60 μm的塑料薄片進行釋放實驗。塑料薄片的質量約為1.5 mg，根據圖13所示的慣性力等高線可知，則薄片所受的慣性力范圍為[0.15 μN 2.7 μN]。慣性力為大于1 μN的驅動電壓Vo的幅值和頻率范圍分別為[3 V 10 V]、[260 Hz 400 Hz]。當對壓電驅動器施加頻率為320 Hz、幅值為5 V正弦信號，塑料薄片能夠實現正常釋放，其釋放狀態如圖14所示。

為了說明微操作對象的正常釋放與施加驅動電壓信號頻率和幅值的關系，對粘著質量約為1 mg的小紙球分別施加頻率為150 Hz、320 Hz和500 Hz，幅值依次為1 V、2 V、3 V、4 V、5 V、6 V、7 V、8 V、9 V和10 V的正弦信號進行釋放操作，小紙球釋放情況如圖15所示。由圖15可知：當電壓頻率為150 Hz和500 Hz時，小紙球釋放失敗；而當頻率為320 Hz時，小紙球釋放成功。由圖13所示的慣性力等高線可知：由于當頻率為150 Hz和500 Hz時，小紙球受到的慣性力太小不足以克服其受到的黏著力；而當頻率為320 Hz時，小紙球受到的慣性力可以克服其受到的黏著力，從而使其正常釋放。實驗結果進一步說明驅動電壓頻率和幅值的工作范圍為[260 Hz 400 Hz]和[5 V 10 V]。

同時，在實驗過程中發現釋放不同大小的微小物體時的條件是不同的，分別對黏著在夾持臂上直徑D分別為0.1 mm、0.5 mm、1 mm、2 mm、3 mm、4 mm，其對應的質量分別為0.1 mg、0.5 mg、1 mg、2 mg、3 mg、4 mg的小紙球進行釋放實驗，當對其施加同一頻率為320 Hz的電壓，各小紙球成功釋放時所對應的電壓幅值如圖16所示。由圖16可知，小球的直徑越小，其釋放越困難，需要更大的慣性力克服其受到的黏著力。

圖16 釋放不同大小的微小物體所需的電壓Fig.16 Voltages required to release the different small objects

4 結論

針對微夾持器在夾持微小物體過程中的黏著問題，提出一種基于振動控制的釋放操作方法。采用彈性黏著理論證明該方法的可行性，利用微夾持器的夾持臂振動產生的慣性力可克服微小物體與夾持臂之間的黏附力。為了便于控制微小物體的正常釋放，采用實驗方法建立了壓電微夾持器的振動模型，得出正常釋放微小物體時壓電驅動器輸入電壓幅值和頻率應滿足的范圍。以一種微夾持器為對象搭建實驗平臺，分別對小紙球和塑料薄片進行釋放操作實驗，實驗結果表明所提出的釋放操作方法的可行性。同時，實驗發現微小物體的尺寸越小，釋放越困難，需要越大的慣性力克服其受到的黏著力。

References)

[1] Alogla A, Scanlan P, Shu W M, et al. A scalable syringe-actuated microgripper for biological manipulation [J]. Procedia Engineering, 2012, 47(11): 882-885.

[2] 胡俊峰, 徐貴陽, 郝亞洲. 基于響應面法的微操作平臺多目標優化 [J]. 光學精密工程, 2015, 23(4): 1096-1104.HU Jun-feng, XU Gui-yang, HAO Ya-zhou. Multi-objective optimization of a novel micro-manipulation stage based on response surface method [J]. Optics and Precision Engineering, 2015, 23(4): 1096-1104. (in Chinese)

[3] Liu W, Yang Y Y. Multi-objective optimization of sheet metal forming process using Pareto based genetic algorithm [J]. Journal of Materials Processing Technology, 2008, 208(1): 499-506.

[4] Jeong S, Murayama M, Yamamoto K. Efficient optimum design method using Kriging model [J]. Journal of Aircraft, 2005, 42(2): 413-420.

[5] 余大海, 吳文榮, 羅敏, 等. 適用于ICF 靶夾持的多用微夾持器 [J]. 強激光與粒子束, 2012, 24(1): 115-118.YU Da-hai, WU Wen-rong, LUO Min, et al. Multi-purpose microgripper for ICF targets [J]. High Power Laser and Particle Beams, 2012, 24(1): 115-118. (in Chinese)

[6] 胡俊峰, 蔡建陽, 鄭昌虎. 一種具有力傳感的微夾持器設計與標定 [J]. 電子測量與儀器學報, 2016, 30(2): 157-165.HU Jun-feng, CAI Jian-yang, ZHENG Chang-hu. Design and ca-libration of a micro-gripper with force sensing [J]. Journal of Electronic Measurement and Instrument, 2016, 30(2): 157-165. (in Chinese)

[7] 胡俊峰, 蔡建陽, 鄭昌虎. 基于Kriging模型的微夾持器優化設計 [J]. 中國機械工程, 2016, 27(14): 1968-1975.HU Jun-feng, CAI Jian-yang, ZHENG Chang-hu. Optimization design of a micro gripper based on Kriging model [J]. China Mechanical Engineering, 2016, 27(14): 1968-1975. (in Chinese)

[8] Chen B K, Zhang Y, Sun Y. Overcoming adhesion forces: active release of micro objects in micromanipulation. [C]∥IEEE International Conference on Robotics & Automation. Kobe, Japan: IEEE, 2009: 2611-2616.

[9] Arai F, Hirao A, Suda T. Regulation of hematopoiesis and its interaction with stem cell niches [J]. International Journal of Hematology, 2005, 82(5): 371-376.

[10] Ko H, Zhang Z, Chueh Y, et al. Wet and dry adhesion properties of self-selective nanowire connectors [J]. Advanced Functional Materials, 2009, 19(19): 3098-3102.

[11] 陳濤, 陳立國, 潘明強, 等. 基于壓電驅動的靶球篩選操作機理及實驗研究 [J]. 壓電與聲光, 2012, 34(1): 56-60.CHEN Tao, CHEN Li-guo, PAN Ming-qiang, et al. Research on the filtrating operation of target sphere based on the control of piezoelectric actuator [J]. Piezoelectrics & Acoustooptics, 2012, 34(1): 56-60. (in Chinese)

[12] Xie H, Lambert P, Regnier S. Modeling and implementation of nanoscale robotic grasping [C]∥IEEE International Conference on Robotics & Automation. Shanghai, China: IEEE, 2011: 3634-3639.

[13] 胡俊峰, 郝亞洲, 徐貴陽,等. 一種新型微操作平臺的精確運動控制 [J]. 機械科學與技術, 2016, 35(2): 216-221.HU Jun-feng, HAO Ya-zhou, XU Gui-yang, et al. Precision motion control of a novel micro-manipulation stage [J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2016, 35(2): 216-221. (in Chinese)

[14] 胡俊峰, 徐貴陽, 郝亞洲. 基于動態特性的復合橋式微動平臺優化設計 [J]. 農業機械學報, 2014, 45(1): 306-312.HU Jun-feng, XU Gui-yang, HAO Ya-zhou. Optimization design of a compound bridge-type micro-platform based on dynamic characteristics [J]. Transactions of The Chinese Society of Agricultural Machinery, 2014, 45(1): 306-312. (in Chinese)

[15] 徐飛, 李傳日, 姜同敏, 等. 模態試驗激勵點與響應點優化分析 [J]. 北京航空航天大學學報, 2013, 39(12): 1654-1659.XU Fei, LI Chuan-ri, JIANG Tong-min, et al. Optimization of excitation and measurement location in experimental modal test [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2013, 39(12): 1654-1659. (in Chinese)

[16] Zhang Y, Chen B K, Liu X, et al. Autonomous robotic pick-and-place of microobjects[J]. IEEE Transactions on Robotics, 2010, 26(1):200-207.

Release Operation Method and Experiment of Micro Objects Based on Vibration Effect

HU Jun-feng, CAI Jian-yang

(School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, Jiangxi, China)

A release operation method based on piezoelectric vibration control is proposed to solve the adhesion problem of micro gripper in the process of clamping tiny objects. It is proved by the theory of elastic adhesion that the inertia force caused by the piezoelectric vibration effect can be used to overcome the adhesion between the micro gripper and small object. And it is illustrated that the proposed method is feasible. A dynamic model for illustrating the vibration characteristics of the piezoelectric micro-gripper is established by using the experimental method. The conditions on the amplitude and frequency of input voltage of the actuator during the stable release of the micro objects are obtained based on the proposed model. An experimental platform with a micro gripper is built in order to carry on the experiments on the release of small objects. The experimental results show that the proposed method is feasible, and the smaller the sizes of the tiny objects are, more difficult the release is. The greater inertia force is needed to overcome the adhesion force. Key words: mechanics; micro gripper; release operation; adhesion; vibration

2016-09-02

國家自然科學基金項目(51265016、51565016)

蔡建陽(1991—)，男，碩士研究生。E-mail: 449288516@qq.com

胡俊峰(1978—)，男，副教授，碩士生導師。E-mail:hjfsuper@126.com

TH113.1

A

1000-1093(2017)04-0802-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2017.04.023