一种基于超声波的三维空间无接触传输装置，包括：吸附机构、转动平台、传动机构、支架和底座，转动平台设置在底座上，传动机构安装在转动平台上，支架安装在传动机构上，吸附机构与支架连接；传动机构包括水平移动模块和上下移动模块；吸附机构包括信号发生器、功率放大器、超声波换能器、变幅杆、发射端、吸附支架、和示波器，信号发生器通过功率放大器与超声波换能器连接，示波器与功率放大器连接。本发明专利技术同时兼顾了无损输运的特点，在柔性液体介质接触的情况下实现对物体的吸附、传输，对物体表面无磨损且能够保护传输物体表面活性等特征，对被传输物体提供无污染操控并可以实现对物体较长距离的稳定传输。较长距离的稳定传输。较长距离的稳定传输。
【技术实现步骤摘要】
基于超声波的三维空间无接触传输方法和装置
[0001]本专利技术属于超声传输
，具体而言，涉及一种基于超声波的三维空间无接触传输装置和方法。
技术介绍
[0002]随着科学技术的不断发展，工业生产和加工等领域对小型化和高精密操控的要求越来越高。许多元器件对表面精度有着极为苛刻的要求，由于传统的接触传输技术有着许多弊端，如在生产加工过程中的微小颗粒会划伤材料表面、接触部位会产生污染、磨损和变形等缺陷，这就要求传统的接触式操作方式亟需更新换代，这样亟需出现一种可以降低工件表面机械磨损，元件加载力小且能够有效避免材料接触污染，降低次品率并提高加工效率的操控技术。
[0003]此外，在生物医学和医药制造等领域，高活性的细胞等生物体或化学物质极易受到环境污染，需要无接触的操控融合技术和高洁净度的生产环境来减少对样品的污染，从而保证生物体活性和药品的纯度等，这些对样品融合和药品加工过程的操控技术提出了新的要求。采用非接触传输技术对元器件和生物医药样品等进行加工处理，可有效降低硬接触表面的机械磨损，同时也可以避免接触过程中对材料/样品的污染，降低次品率并提高加工效率，保证样品的纯度和药物的安全性。
[0004]为了实现对多种环境下不同材料样品的无接触操控，需要一种既可以有效保护样品表面又可以避免破坏样品活性的有效传输技术，现有技术中缺乏能够实现这种功能的无接触传输方法和装置。
技术实现思路
[0005]本专利技术旨在提供一种基于超声波的三维空间无接触传输装置和方法，解决超声悬浮传输技术在物体尺寸和传输空间等方面的限制，使传输的物体大小不受声波波长的限制，并在操作空间上不受反射端的位置限制，进而实现对较大尺寸和质量物体的长距离的稳定的灵活操控。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种基于超声波的三维空间无接触传输装置，包括：吸附机构、转动平台、传动机构、支架和底座，所述转动平台设置在所述底座上，所述传动机构安装在所述转动平台上，所述支架安装在所述传动机构上，所述吸附机构与所述支架连接；所述传动机构包括水平移动模块和上下移动模块；所述吸附机构包括信号发生器、功率放大器、超声波换能器、变幅杆、用于在超声波作用下吸附被传输物体的发射端、吸附支架、和示波器，所述信号发生器通过所述功率放大器与所述超声波换能器连接，所述示波器与所述功率放大器连接；
[0007]所述超声波换能器与所述水平移动模块连接，所述超声波换能器与所述变幅杆的上端连接，所述变幅杆的下端与所述发射端连接，所述水平移动模块的两侧各设置有一个所述吸附支架，一个所述吸附支架上安装有用于检测液膜厚度的CCD，另一个所述吸附支架
上安装有用于产生位于所述发射端底面上的液态介质的喷雾器。
[0008]根据本专利技术，所述水平移动模块和上下移动模块均由丝杠和步进电机组成。
[0009]根据本专利技术，所述传动机构还包括计算机和驱动器，计算机根据所需传输物体的柱坐标位置(r，Ψ，z)向驱动器传递移动指令，从而控制被传输物体在坐标r和坐标z上的位置。
[0010]根据本专利技术，所述转动平台根据所述计算机发出的指令，驱动转动平台进行转动，以控制被传输物体在坐标Ψ上的位置。
[0011]根据本专利技术，所述吸附机构还包括控制器，所述控制器根据CCD装置获取的液膜图像控制喷雾器的开关和/或流量从而控制发射端与被传输物体之间的液膜厚度。
[0012]根据本专利技术，所述吸附机构能够吸附不同材质的固态物体或液态物质，当吸附固态物体时先将液态介质喷射在发射端表面后再将固态物体吸附上去；当吸附液态物质时，将被吸附液体直接置于发射端上。优选地，所述液态介质是有机溶液或无机溶液。优选地，所述液态介质为水、酒精、硅油、或细胞培养液体。
[0013]根据本专利技术，所述吸附机构在吸附包括细胞在内的生物体时，选取细胞培养液为液态介质。
[0014]根据本专利技术的另一方面，还提供了一种基于超声波的三维空间无接触传输方法，采用上述基于超声波的三维空间无接触传输装置，所述三维空间无接触输运方法包括以下步骤：
[0015]步骤1，安装吸附机构，包括：
[0016]步骤101，将信号发生器与功率放大器连接，使所述信号发生器输出的信号直接输入功率放大器；
[0017]步骤102，将功率放大器输出的电信号输入超声波换能器，超声波换能器将电信号转换为机械振动；
[0018]步骤103，将超声波换能器和变幅杆紧密连接，变幅杆将机械振动的振幅进行放大；
[0019]步骤104，将发射端与超声波换能器紧密连接，发射端形状为平面发射端或与被吸附物体的外形匹配，例如，如果需要传输球体时发射端采用曲率与被传输球体半径相同的凹球面；
[0020]步骤105，在发射端喷涂一层由液态介质形成的薄膜、将被传输物体放置在发射端上从而将被传输物体吸附起来，或将发射端与被传输物体接触从而吸附物体；
[0021]步骤2，控制吸附机构位置，包括：
[0022]步骤201，将被传输物体的起始位置(r1，Ψ1，z1)输入计算机，计算机通过向转动平台和传动机构发布指令，控制吸附机构在r、Ψ和z三个坐标维度的位置；
[0023]步骤202，在吸附机构到达指定位置后，由吸附机构将被传输物体吸附起来；
[0024]步骤203，将被传输物体的目标位置(r2，Ψ2，z2)输入计算机，转动平台和传动机构发布指令，带动吸附机构和被传输物体向目标位置移动；
[0025]步骤204，关闭信号发生器，被传输物体从吸附机构脱落并被置于目标位置。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027]由于采用了上述技术方案，本专利技术可解决现有传输技术中硬接触对传输物体造成
损伤等，如光滑面的划伤和生物体的污染等问题，同时，可以解决现有超声悬浮传输技术在物体尺寸和空间上的限制，能够使被传输物体的大小不受声波波长的限制，并在空间上不受反射端位置的限制，进而实现对较大尺寸和质量的物体的长距离的稳定传输和灵活操控。
[0028]本专利技术同时兼顾了无损输运的特点，在柔性液体介质接触的情况下实现对物体的吸附、传输，对物体表面无磨损且能够保护传输物体表面活性等特征，对被传输物体提供无污染操控并可以实现对物体较长距离的稳定传输。
附图说明
[0029]图1是本专利技术的三维空间无接触传输装置的整体结构示意图。
[0030]图2是本专利技术的吸附机构和被传输物体的结构示意图。
[0031]附图标记：1、吸附机构；2、转动平台；3、传动机构；3
‑
1、水平移动模块；3
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2、上下移动模块；4、支架；5、底座；1
‑
1、信号发生器；1
‑
2、功率放大器；1
‑
3、超声波换能器；1
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4、变幅杆；1
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5、发射端；1
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6、吸附支架；1
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7、示波器；1
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，包括：吸附机构、转动平台、传动机构、支架和底座，所述转动平台设置在所述底座上，所述传动机构安装在所述转动平台上，所述支架安装在所述传动机构上，所述吸附机构与所述支架连接；所述传动机构包括水平移动模块和上下移动模块；所述吸附机构包括信号发生器、功率放大器、超声波换能器、变幅杆、用于在超声波作用下吸附被传输物体的发射端、吸附支架、和示波器，所述信号发生器通过所述功率放大器与所述超声波换能器连接，所述示波器与所述功率放大器连接；所述超声波换能器与所述水平移动模块连接，所述超声波换能器与所述变幅杆的上端连接，所述变幅杆的下端与所述发射端连接，所述水平移动模块的两侧各设置有一个所述吸附支架，一个所述吸附支架上安装有用于检测液膜厚度的CCD，另一个所述吸附支架上安装有用于产生位于所述发射端底面上的液态介质的喷雾器。2.根据权利要求1所述的基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，所述水平移动模块和上下移动模块均由丝杠和步进电机组成。3.根据权利要求1所述的基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，所述传动机构还包括计算机和驱动器，所述计算机根据所需传输物体的柱坐标位置向驱动器传递移动指令，从而控制被传输物体在坐标r和坐标z上的位置。4.根据权利要求3所述的基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，所述转动平台根据所述计算机发出的指令，驱动所述转动平台进行转动，以控制被传输物体在坐标Ψ上的位置。5.根据权利要求1所述的基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，所述吸附机构还包括控制器，所述控制器根据所述CCD装置获取的液膜图像控制所述喷雾器的开关和/或流量从而控制所述发射端与所述被传输物体之间的液膜厚度。6.根据权利要求1所述的基于超声波的三维空间无接触传输装置，其特征在于，所述吸附机构能够吸附不同材质的固态物体或液态物质，当吸附固态物体时先将液态介质喷射在发射端表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫娜，洪振宇，耿德路，魏炳波，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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