纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器及控制系统技术方案

本发明专利技术公开了用于微电极推进的，具有纳米级分辨率、微米级受控运动的微推进器及控制系统，该微推进器包括壳体以及固定连接壳体的马达，壳体的内腔内设置有精密减速器、螺杆组件和夹持部件；螺杆组件包括螺杆和螺套，螺套轴向滑动于壳体内腔，并且壳体二运行终点有轴向限位；螺套的外端部固定连接夹持部件的安装座；马达的输出轴通过减速器连接螺杆；控制系统以单片机为核心的控制部分使推进器受控，并可以补偿减速器等运动链的间隙误差。本文中的微推进器系统大大提高了微推进器的控制精度和分辨率。并且由于微推进器小巧、一体，只需增加一连接件，就可以轻易与目前简易的立体定位仪相连接，将手动的立体定位仪升级成为顶级精度的微电极推进装置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密器械
，特别涉及一种纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器及控制系统。
技术介绍
微推进装置是精密器械中常用的重要部件之一，以生理研究领域为例，其中微电极推进器是一种典型的生理研究仪器，其是生理、药理、尤其是细胞水平级研究的必备基本仪器之一。通常，细胞直径平均10-20微米，微电极直径一般为5微米，要将5微米的微电极刺入10-20微米的细胞中，并停留在细胞适当位置进行电生理现象的研究，也就是在碰到细胞后的移动量不能超过10微米，超过的话，微电极尖端就会离开目标细胞。可见对微电极的推进器要求受控精度很高。当然对其分辨率(也就是每个脉冲所移动的最小单位)要求在纳米级。除纳米级的分辨率、微米级的受控运动外，还进一步要求微电极在被夹持运动时，在400倍显微镜下观察，没有明显的抖动。也就是说，对微推进器的运动直线性具有非常严格的要求，如果微推进器直线性比较差，将会在微电极刺入细胞时将细胞搅烂。目前的微电极推进器主要包括有两种类型：手动推进器和马达推进器，其中手动推进器通过手动操作实现推进，推进运动精度虽然也可以做得很高，但是手动设备虽然简单，则精度和自动化就差；马达推进器设备虽然精度和自动化都好但体积庞大，价格昂贵，而且一般都为专用仪器，不能通用。因此，如何提供一种推进精度高，体积小且一体化，可方便的连接在原有的手动立体定位仪上使之升级为微米级的微推进装置，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器，包括壳体以及固定连接所述壳体的马达，所述壳体具有内腔，所述壳体的内腔内设置有减速器、螺杆组件和夹持部件；所述螺杆组件包括螺杆和与所述螺杆螺纹配合的螺套，所述螺杆通过轴承支撑于所述壳体的内腔，所述螺套轴向滑设于所述壳体内腔，并且与所述壳体轴向运动二终点限位；所述螺套的外端部固定连接所述夹持部件的安装座；所述马达的输出轴通过所述减速器连接所述螺杆。可选的，还包括波纹减震管，所述波纹减震管的两端部分别固定连接所述减速器的输出轴和所述螺杆的内端部。可选的，还包括导套，所述导套的外壁固定于所述壳体的内腔，所述螺套通过滚动部件与所述壳体的内腔壁接触滑动，导套的周壁开设有沿轴向延伸的滑槽，所述滚动部件设置于所述滑槽内部。可选的，所述滚动部件为至少二个滚珠轴承，各所述滚珠轴承的外圈与所述滑槽的二侧壁抵靠固定，所述螺套通过各所述滚珠轴承的内部滚珠与所述壳体滚动接触。可选的，支撑所述螺杆的轴承的外侧面通过弹簧件抵靠所述导套的内端面。可选的，所述壳体包括第一轴段和第二轴段，所述减速器和支撑所述螺杆的轴承均设置于所述第一轴段的内腔，所述导套固定于所述第二轴段的内腔。可选的，还包括联轴器，所述马达的输出轴通过所述联轴器连接所述减速器的动力输入轴；所述马达为步进电机，所述步进电机的外壳固定连接所述壳体。可选的，还包括电机固定套，所述电机固定套包括法兰部和套筒部，所述步进电机的壳体通过螺栓连接所述法兰部，所述壳体的内端部固定套设于所述套筒部的内部，且两者周向密封。此外，本专利技术还提供了一种微电极推进器的控制系统，包括上述任一项所述的微电极推进器，包括以下部件：输入部件，用于输入微电极推进器的控制指令；控制器，接收所述控制指令，并根据所述控制指令驱动所述微电极推进器的马达转动。可选的，所述控制器内预设有补偿模块，所述补偿模块预存有用于补偿马达转动误差和所述微电极推进器中其它运动链所产生的误差的脉冲补偿量，并根据所述控制指令计算马达转动的理论脉冲量，将脉冲补偿量和理论脉冲量之和作为控制马达转动的脉冲量；所述控制器内部还具有显示模块，将用于显示微电极推进器各部件当前工作数据参数。本文中的微电极推进器大大提高了微电极推进器的控制精度和分辨率这样分辨率和精度完全能够满足微电极刺入细胞的运动要求。控制系统以单片机为核心的控制部分使推进器受控，并可以补偿减速器等运动链的间隙误差。本文中的微推进器系统大大提高了微推进器的控制精度和分辨率。并且由于微推进器小巧、一体，只需增加一连接件，就可以轻易与目前简易的立体定位仪相连接，将手动的立体定位仪升级成为顶级精度的微电极推进装置。因本文中的控制系统是在具有以上技术效果的微电极推进器的基础上实施的，故该控制系统也具有微电极推进器的上述技术效果。附图说明图1为本专利技术一种实施例中微电极推进器的结构示意图；图2为微电极推进器处于推出状态的结构示意图；图3为导套滑槽内部两轴承的布置结构示意图；图4为本专利技术一种实施例中安装有微电极推进器的整体系统示意图。其中，图1至图4中各部件与附图标记之间的一一对应关系如下所示：第一轴段1、导套2、螺杆3、螺套4、第二轴段5、内衬6、波纹减震管7、减速器8、轴承9、弹簧垫圈10、弹簧件11、安装座12、夹持部13、固定套14、垫圈15、连接部件17、马达18、第一限位部件19、第二限位部件20；立体定位仪100、支架101、控制器200。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。请参考图1、图2和图4，图1为本专利技术一种实施例中微推进装置的结构示意图；图2为微电极推进器处于推出状态的结构示意图；图4为本专利技术一种实施例中安装有微电极推进器的整体系统示意图。本专利技术提供了一种纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器，本微电极推进器可以通过连接件安装于立体定位仪100等部件上，立体定位仪100上的手动调节现在作为位置粗调，并与控制器200连接组成试验所需的试验系统。立体定位仪100通过支架101支撑于实验台或者地面上。本文以微电极推进器应用于细胞刺入实验为例进行介绍技术方案，当然本领域内技术人员应当理解，本文中的微电极推进器还可以方便的设计其他领域的连接器后应用于其他具体领域，并不局限于本文所述领域。本文中所提供的微电极推进器包括壳体以及固定连接壳体的马达18，壳体一般为中空管状结构，具有内腔马达18的壳体固定于壳体的一端部。马达18为提供运动动力的一种动力部件，可以为电机，也可以为液压等形式的其他部件。本文以马达18为步进电机为例进行继续介绍技术方案。通常马达18壳体的连接端部为法兰结构，壳体的端部安装有固定套，固定套14包括法兰部和套筒部，步进电机的壳体通过螺栓连接法兰部，壳体的内端部固定套设于套筒部的内部，且两者周向密封。步进电机和壳体之间还可以增加垫圈15。本文中壳体内腔中还进一步设置有减速器8、螺杆组件和夹持部件。螺杆组件包括螺杆3和与螺杆3螺纹配合的螺套4，螺杆3具有设置有外螺纹的杆段，螺套4为筒状结构，筒内壁设置有与螺杆3的外螺纹部相配合的内螺纹部。螺杆3设置于螺套4的内部。螺杆3通过轴承支撑于壳体的内腔，即壳体的内腔壁设置有轴承9座，轴承9固定安装于轴承座。轴承9与螺杆3之间还可以设置内衬6。螺套4周向滑设于壳体内腔，并且与壳体周向限位，也就是说，螺套4可相对于壳体轴向滑动，但是螺套4和壳体周向不能相对转动。这样，螺杆3转动时，在内螺纹部和外螺纹部的作用下，螺套4可相对螺杆3前后移动。螺套4的外端部固定连接夹持部件的安装座，本文中所述的夹持部件主要作用是夹持微电极等工具。夹持部件具有安装座12和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器，包括壳体以及固定连接所述壳体的马达(18)，其特征在于，所述壳体具有内腔，所述壳体的内腔内设置有减速器(8)、螺杆组件和夹持部件；所述螺杆组件包括螺杆(3)和与所述螺杆(3)螺纹配合的螺套(4)，所述螺杆(3)通过轴承支撑于所述壳体的内腔，所述螺套(4)轴向滑动于所述壳体内腔，并且与所述壳体轴向二终点限位；所述螺套(4)的外端部固定连接所述夹持部件的安装座；所述马达(18)的输出轴通过所述减速器(8)连接所述螺杆(3)。

【技术特征摘要】
1.一种纳米级分辨率、微米级受控运动的微电极推进器，包括壳体以及固定连接所述壳体的马达(18)，其特征在于，所述壳体具有内腔，所述壳体的内腔内设置有减速器(8)、螺杆组件和夹持部件；所述螺杆组件包括螺杆(3)和与所述螺杆(3)螺纹配合的螺套(4)，所述螺杆(3)通过轴承支撑于所述壳体的内腔，所述螺套(4)轴向滑动于所述壳体内腔，并且与所述壳体轴向二终点限位；所述螺套(4)的外端部固定连接所述夹持部件的安装座；所述马达(18)的输出轴通过所述减速器(8)连接所述螺杆(3)。2.如权利要求1所述的微电极推进器，其特征在于，还包括波纹减震管(7)，所述波纹减震管(7)的两端部分别固定连接所述减速器的输出轴和所述螺杆(3)的内端部。3.如权利要求1所述的微电极推进器，其特征在于，还包括导套(2)，所述导套(2)的外壁固定于所述壳体的内腔，所述螺套(4)通过滚动部件与所述壳体的内腔壁接触滑动，导套(2)的周壁开设有沿轴向延伸的滑槽，所述滚动部件设置于所述滑槽内部。4.如权利要求3所述的微电极推进器，其特征在于，所述滚动部件为至少二个滚珠轴承(16)，各所述滚珠轴承(16)的外圈与所述滑槽的二侧壁抵靠固定，所述螺套(4)通过各所述滚珠轴承(16)的内部滚珠与所述壳体滚动接触。5.如权利要求3所述的微电极推进器，其特征在于，还包括第一限位部件(19)和第二限位部件(20)，所述第一限位部件(19)和第二限位部件(20)分别设置于所述滑槽内壁的前后两端部；当所述滚珠轴承抵靠所述第一限位部件时，所述螺套(4)位于左终点，当所述滚珠轴承抵靠所述第二限位部件时，所述螺套...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，石定良，李倩倩，
申请(专利权)人：北京中科富斯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11