[发明专利]L型静电驱动微型机器人、制造方法与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及微型机器人研究技术领域，具体地，涉及一种L型静电驱动微型机器人、制造方法与控制方法。

背景技术

随着对微观系统的不断认知，在生物医学、分析化学和集成电路制造等领域，迫切需要人们开发一些工作对象是微小物体或其位姿微小改变可控的微细作业技术。然而，传统的微操作系统在工作空间、运动精度和作业安全等表现出相应的局限性，无法满足现代的生产要求。例如航空发动机无损探伤、环境监测和细胞操作要求严格避免污染等。

微型化是近十几年工程技术发展领域的一个重要方向。得益于微精密加工和微电子等关键技术的突破，研究人员对微型机器人的研究取得了一系列重大成果。微型机器人结构尺寸微型，器件精密，可进行微细操作，具有惯性小、谐振频率高、响应时间短和附加值高等特点，使其在生物医学、工业生产、航空航天等各方面显示出广阔的应用前景。

目前，微型机器人的工作环境趋于复杂和不确定性，许多时候要求无触点无线驱动，特别是在严格控制污染的场合下，例如细胞或其他生物样本的操作，同时微型机器人还需具备多自由度，工作空间大，轨迹精确可控等综合能力，例如药物的靶向传递，芯片实验室微结构的运输和装配。

由于目前还没有开发出高容量的微型电池，所以用电池供能，一方面会使机器人的尺寸增大，另一方面也无法满足长时间作业的需要。若微型机器人能对某一个外场敏感或者从外场吸收能量，那么就可以获得充足的能源。

研究人员目前已开发出各种各样的微型机器人来满足生产生活需求。按驱动方式划分，主要包括以下几种：

1.微型电机驱动型：依靠合理的驱动机构将微型电机旋转输出进行变换和放大。利用减速增力机构和运动转化机构驱动微型机器人运动。微型电机驱动可满足微型机器人自主性要求，承载力大，可控性强，但由于结构复杂，并且利用电池对微型电机进行供能，不利于进一步小型化。

2.气压驱动型：气压驱动是一种柔性驱动方式，可以直接利用大气压作为气源，通过充气、排气的方式带动微型机器人产生位移。气压驱动能量供应方便而充足，但是微型气压驱动系统无论是从结构复杂程度方面还是应用电池供能方面均很难实现较高程度的微型化，因而气压驱动型微型机器人受限于自身体积过大，限制了它的使用范围。

3.形状记忆合金驱动型：形状记忆合金驱动微型化程度高，驱动力大，适宜于微小空间，其变形是通过外界加热和冷却使结构产生驱动。形状记忆合金是一种非线性之后的材料，主要通过形变来驱动，通过外界加热冷却记忆合金的周期较长，造成微型机器人运动速度慢、精确度低等缺点。

4.电磁驱动型：当加入外加激励磁场时，机器人在磁场力作用下将磁场能直接转化为机构的直线运动位移或圆周旋转角度。电磁驱动方式具有结构简单、输出位移大等优点，但是其驱动力小、形成驱动电磁场所需耗能高、并且控制复杂。

5.压电驱动型：利用材料的压电效应，压电材料在电场中发生极化时，会因电荷中心的位移导致材料变形驱动微型机器人运动。采用压电材料驱动具有体积小、频率响应高、易于控制的优点，但是其驱动位移小，所需驱动电压大，在自锁保持过程中也需要供电，使得压电驱动型微型机器人的耗能较高。

6.热力驱动型：利用材料的热膨胀效应，通过采用热膨胀系数大的材料来实现驱动。热驱动方式具有结构简单、驱动力大的优点，但是在对微型机器人驱动的过程中，需要将外部热源相应地与微型机器人同时移动，导致对微型机器人供能不方便，当热源与微型机器人相距较远时，则微型机器人无法获得足够的驱动能量。

针对现有技术中的各种驱动形式的微型机器人，均无法同时满足微型化、驱动力大、频率响应高、供能方便简单、耗能小、且控制精确的要求，以使微型机器人适用于更广泛的范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种L型静电驱动微型机器人、制造方法与控制方法，旨在解决现有技术中微型机器人无法同时满足微型化、驱动力大、频率响应高、供能方便简单、耗能小、且控制精确的要求的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：提供一种L型静电驱动微型机器人的制造方法，包括以下步骤：

步骤S10：制备牺牲层；

步骤S20：在牺牲层上涂镀第一光刻胶层，利用第一掩模对准器并通过紫外光对第一光刻胶层进行图形化曝光光刻处理；

步骤S30：在第一光刻胶层上涂镀第二光刻胶层，利用第二掩模对准器并通过紫外光对第二光刻胶层进行图形化曝光光刻处理；