基于探针定位的原子力显微镜纳米操作虚拟夹具实现.pdfVIP

学兔兔 第 50卷第 13期 机 械 工 程 学 报 V0l1．50 NO．13 2014 年 7 月 JOURNAL0FMECHANICALENGINEERING Jul_ 2O14 DoI：lO．3901／JME．2014．13．142 基于探针定位的原子力显微镜纳米操作虚拟 夹具实现水 袁 帅1,2刘连庆 王志东。王智宇 侯 静2 (1．中国科学院沈阳 自动化研究所机器人学国家重点实验室 沈阳 110016； 2．沈阳建筑大学信息与控制工程学院 沈阳 110168； 3．千叶工业大学先进机器人系 千叶 275—001 日本) 摘要：尽管基于原子力显微镜(Atomforcemicroscopy,AFM)的纳米操作在过去 1O年间取得了极大进展，但依然有两个问题 没有得到很好解决：探针的精确定位和稳定性操作。由于压电陶瓷驱动器非线性和温漂的影响，使得探针相对于被操作物体 的定位极其困难，从而造成纳米操作任务失败；同时，因为探针仅能对被操作物体施加点式作用力，在操作中经常出现探针 滑过被操作物体 或者引起被操作物体的转动、形变等非理想结果，阻碍纳米操作的深入发展。针对上述问题，提出基于概 率的虚拟夹具纳米操作方法，其核心思想是在基于路标观测的探针定位基础上，实现基于概率的探针多点并发操作策略一虚 拟夹具方法。仿真与试验结果验证该方法可以稳定、长距离的推动纳米颗粒，能够对一维纳米材料(管、线、棒)进行定姿态 操作，从而使AFM 纳米操作效率得到极大提升。 关键词：原子力显微镜；虚拟夹具；纳米操作 中图分类号：TG156 ImplementationofVirtualClapBasedAFM NanomanipulationThrough TipPositioning YUAN Shuai’ LIU Lianqing WANGZhidong WANGZhiyu HOU Jing (1．StateKeyLaboratoryofRobotics，ShenyangInstituteofAutomation，ChineseAcademySciences，Shenyang110016； 2．SchoolofInformationandControlEngineering，ShenyangJianzhuUniversity,Shenyang110168； 3．DepartmentofAdvancedRobotics，ChibaInstituteofTechnology,Chiba275—001，Japan) Abstract：Althoughatomforcemicroscopy(AFM)basednanomanipulationhasmadeagreatprogressduringthesetenyears，thetwo problemsraenotprimelysolvedasfollowing：accuratepositioningandstablemaneuvering．DuetohtenonlniearityofPbZrTiO3(PZT) drivernadsystem htermaldrift，htetipisdifficulttobepositionedrelativetothemaneuveredobject，whichwillleadtothe nnaomnaipulationfailure．Atthesametime，htetipCnaonlyexertasocalledforcepointonthemnaeuveredobject，whichwo