本发明属于快速成型技术领域，特别是涉及一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人及其激励方法。
背景技术：
快速成型技术是基于“离散/堆积”思想的“增长型”制造方法，通常借助计算机、激光、微喷射、精密传动和数控等现代手段，集成计算机辅助设计和计算机辅助制造于一体，根据在计算机上设计的三维数据模型，能在很短时间内直接制造产品或者试样。快速成型技术的是一种全新的制造理念，即加法式增材制造。与传统减法式去除材料加工的方式相比，加法式增材制造方式加工精度高、材料利用率高并且能够制造任意复杂形状零件，具有明显的优势。采用快速成型技术，整个加工过程中只需要快速成型设备，摆脱了传统加工方法对多种加工工具、工装和模具的依赖，加工工艺简化，加工速度也明显提高。
目前，快速成型技术主要包括光固化快速成型、分层实体制造法、选择性激光烧结、熔融沉积成型、压电喷射成型。其中，光固化快速成型具有尺寸精度高、表面光滑、可制作任意形状表面原型制件等优点，但光固化快速成型存在加工设备和加工成本高，对悬臂结构需要采用支撑，并且成型过程中会产生异味气体等缺点；分层实体制造法具有加工大型实体零件速度快、制件硬度和抗压性能较好等优点，缺点是制件表面有明显的台阶纹理、材料耗损较大；选择性激光烧结的优点是材料利用率高、无须支撑结构、材料种类广，缺点是表面质量不高、造价昂贵、加工时有少量烟雾；熔融沉积成型具有精度较高、热熔挤压喷头结构简单、可制造任意复杂度的制件等优点，缺点是需要采用支撑结构、制件表面具有明显条纹、薄壁多孔零件不易加工。
相比于光固化快速成型、分层实体制造法、选择性激光烧结及熔融沉积成型等存在的加工成本高、污染环境、材料耗损大、表面质量较差及成型对象受限等技术问题，压电喷射成型具有成型速度较快、成型分辨率高、材料适用范围广及无污染、无噪音等优点，对此，基于压电微喷技术，研发用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人，以满足快速成型技术的性能需求显得尤为迫切和需要，在生物医疗、航空航天、材料、化学以及微电子器件等领域具有广泛的应用前景。
技术实现要素：
本发明目的是为了解决传统光固化快速成型、分层实体制造法、选择性激光烧结及熔融沉积成型等存在的加工成本高、污染环境、材料耗损大、表面质量较差及成型对象受限等技术问题，提出了一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人及其激励方法。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人，所述机器人包括精密调姿机构1、压电微喷机构2及接触目标面3；所述精密调姿机构1与压电微喷机构2固定连接；所述压电微喷机构2与接触目标面3处于分离状态，且压电微喷机构2与接触目标面3二者间的距离可通过精密调姿机构1进行调整。
进一步地，所述精密调姿机构1包括安装基座1-1、支撑体1-2、盖板1-3、弯曲压电陶瓷组件1-4、驱动足1-5、终端输出器1-6、连接组件ⅰ1-7、连接组件ⅱ1-8和输出器支撑组件1-9；所述安装基座1-1通过连接组件ⅱ1-8与支撑体1-2固定；所述盖板1-3和支撑体1-2通过连接组件ⅱ1-8固定；所述弯曲压电陶瓷组件1-4和驱动足1-5通过连接组件ⅰ1-7固定；所述驱动足1-5与终端输出器1-6采用滑动接触配合；所述终端输出器1-6通过输出器支撑组件1-9进行位置约束。
进一步地，所述压电微喷机构2包括上盖2-1、圆筒组件2-2、收缩组件2-3、喉管2-4、扩散组件2-5、压电元件2-6、弹性薄膜2-7、液体进口接头ⅰ2-8、液体进口接头ⅱ2-9、密封组件ⅰ2-10、密封组件ⅱ2-11、密封组件ⅲ2-12、密封组件ⅳ2-13、密封组件ⅴ2-14、密封组件ⅵ2-15和喷嘴板2-16；所述上盖2-1与终端输出器1-6固定连接，通过终端输出器1-6的姿态调整，进而带动压电微喷机构2运动，实现压电微喷机构2以不同的初始位置进行液体喷射，所述上盖2-1与圆筒组件2-2对弹性薄膜2-7进行夹紧固定，并通过密封组件ⅰ2-10进行密封；所述圆筒组件2-2与收缩组件2-3固定连接，并通过密封组件ⅱ2-11进行密封；所述收缩组件2-3与喉管2-4固定连接，并通过密封组件ⅲ2-12密封；所述喉管2-4与扩散组件2-5固定连接，并通过密封组件ⅳ2-13密封；所述压电元件2-6与弹性薄膜2-7固定连接；所述液体进口接头ⅰ2-8与圆筒组件2-2固定连接，并通过密封组件ⅵ2-15固定连接；所述液体进口接头ⅱ2-9与喉管2-4固定连接，并通过密封组件ⅴ2-14进行密封；所述喷嘴板2-16与扩散组件2-5固定连接，同时喷嘴板2-16设置有喷孔2-17，且喷孔2-17的直径可调。
进一步地，所述圆筒组件2-2设置有环形连接平面2-2-1、圆筒组件凹槽ⅰ2-2-2、进口接头限位平面ⅰ2-2-3、圆筒组件凹槽ⅱ2-2-4、进口接头固定孔2-2-5、圆筒组件凹槽ⅲ2-2-6、收缩组件限位平面2-2-7和收缩组件固定孔2-2-8；所述环形连接平面2-2-1用于与终端输出器1-6固定；所述圆筒组件凹槽ⅰ2-2-2用于放置密封组件ⅰ2-10，实现圆筒组件2-2与弹性薄膜2-7之间的密封；所述进口接头限位平面ⅰ2-2-3为固定液体进口接头ⅰ2-8提供支撑面，并通过进口接头固定孔2-2-5将液体进口接头ⅰ2-8固定在进口接头限位平面ⅰ2-2-3上；所述圆筒组件凹槽ⅱ2-2-4用于放置密封组件ⅵ2-15，实现液体进口接头ⅰ2-8与圆筒组件2-2之间的密封；所述收缩组件限位平面2-2-7用于限制收缩组件2-3的位置；所述收缩组件固定孔2-2-8用于将收缩组件2-3固定在收缩组件限位平面2-2-7上；所述圆筒组件凹槽ⅲ2-2-6用于放置密封组件ⅱ2-11，实现圆筒组件2-2与收缩组件2-3之间的密封。
进一步地，所述收缩组件2-3设置有圆筒组件接头2-3-1、收缩圆锥面2-3-2、喉管固定孔2-3-3、喉管限位平面2-3-4和收缩组件凹槽2-3-5；所述圆筒组件接头2-3-1用于与收缩组件固定孔2-2-8连接，实现圆筒组件2-2与收缩组件2-3的固定；所述收缩圆锥面2-3-2用于增大与收缩组件2-3内壁面接触流体的流速，进而增大流体喷射时所需的压力；所述喉管固定孔2-3-3用于固定喉管2-4，所述喉管限位平面2-3-4用于限制喉管2-4相对于收缩组件2-3的位置；所述收缩组件凹槽2-3-5用于放置密封组件ⅲ2-12，实现喉管2-4与收缩组件2-3之间的密封。
进一步地，所述扩散组件2-5设置有喉管固定孔2-5-1、扩散圆锥面2-5-2、喉管限位平面2-5-3和扩散组件凹槽2-5-4；所述喉管固定孔2-5-1用于与扩散组件接头2-4-5连接，实现扩散组件2-5与喉管2-4之间的固定；所述扩散圆锥面2-5-2用于将流体的压力和流速释放，使压电微喷机构2实现更好的喷射效果；所述喉管限位平面2-5-3用于限制喉管2-4的位置；所述扩散组件凹槽2-5-4用于放置密封组件ⅳ2-13，实现喉管2-4与扩散组件2-5之间的密封。
进一步地，所述圆筒组件2-2的直径为d1，轴向长度为l1；所述收缩组件2-3的轴向长度为l2，大端直径与圆筒组件2-2的直径相等，小端的直径为d2；所述喉管2-4的直径为d2，轴向长度为l3；所述扩散组件2-5的轴向长度为l4，扩散组件2-5小端的直径与喉管2-4的直径相等，大端的直径为d3；所述喷孔2-17的直径为d4；所述圆筒组件2-2的直径的取值范围为10mm≤d1≤1200mm，所述圆筒组件2-2的轴向长度与直径满足的关系为d1＝l1；所述收缩组件2-3小端的直径与圆筒组件2-2的直径满足的关系为d2＝(1/3～1/4)d1，所述收缩组件2-3的轴向长度与圆筒组件2-2和收缩组件2-3的直径满足的关系为l2＝(1～2.7)(d1-d2)；所述喉管2-4的直径与轴向长度之间满足的关系为d2＝l3；所述扩散组件2-5大端的直径与小端的直径满足的关系为d3＝(1.2～3)d2，所述扩散组件2-5的直径与长度之间满足的关系为l4＝(1.5～4)d3；所述喷孔2-17的直径为d4的大小取决于微小结构件成形中所需要的喷射的材料，对于普通材料喷射成型时，喷孔2-17直径的取值为20μm≤d4≤40μm；对于大颗粒聚合物溶液喷射成型时，设置喷孔2-17的直径为50μm≤d4≤100μm。
进一步地，所述精密调姿机构1的终端输出器1-6能够分别实现绕x轴顺时针、逆时针转动一个角度，或者绕y轴顺时针、逆时针转动一个角度；
实现终端输出器1-6绕x轴顺时针转动的驱动方法如下：
步骤一一、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加缓慢上升的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴顺时针方向缓慢旋转至极限位置，在驱动足1-5与终端输出器1-6之间的静摩擦力的作用下，终端输出器1-6绕x轴顺时针方向实现一个角度输出；
步骤一二、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加快速下降的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴逆时针方向快速旋转返回至初始位置，在终端输出器1-6的惯性的作用下，终端输出器1-6和驱动足1-5之间发生相对滑动而保持静止；
步骤一三、重复步骤一一至步骤一二，可以实现终端输出器1-6绕x轴顺时针方向的精密转动；
实现终端输出器1-6绕x轴逆时针转动的驱动方法如下：
步骤二一、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加缓慢下降的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴逆时针方向缓慢旋转至极限位置，在驱动足1-5与终端输出器1-6之间的静摩擦力的作用下，终端输出器1-6绕x轴逆时针方向实现一个角度输出；
步骤二二、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加快速上升的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴顺时针方向快速旋转返回至初始位置，在终端输出器1-6的惯性的作用下，终端输出器1-6和驱动足1-5之间发生相对滑动而保持静止；
步骤二三、重复步骤二一至步骤二二，可以实现终端输出器1-6绕x轴逆时针方向的精密转动；
同理可以实现终端输出器1-6绕y轴顺时针、逆时针方向的精密转动。
进一步地，所述压电微喷机构2包括两种工作模式，分别为推拉模式和拉推模式；
实现推拉模式的工作过程如下：
步骤三一、在初始状态，压电元件2-6不通电，此时压电微喷机构2的腔内液体体积不发生变化，腔内液体保持静止状态；
步骤三二、在推阶段，压电元件2-6通以正的高电平信号，带动弹性薄膜2-7产生向下的弯曲形变，由于腔内体积的减小，致使压强增大，产生正压力波，液体在正压力波的作用下喷出；
步骤三三、在拉阶段，压电元件2-6施加的电信号由正的高电平变为低电平，由向下的弯曲形变逐渐恢复到初始状态，致使腔内的压强逐渐减小，产生负压力波，喷射出的液体流在负压力波的作用下被截断，形成液滴；
步骤三四、重复步骤三一至步骤三三，压电微喷机构2能够实现间歇式微液滴喷射；
实现拉推模式的工作过程如下：
步骤四一、在初始状态，压电元件2-6处于不通电，此时压电微喷机构2的腔内液体体积不发生变化，腔内液体保持静止状态；
步骤四二、在拉阶段，压电元件2-6通以负的高电平信号，产生向上的弯曲形变，腔内体积增大，产生负的压力波，部分液体进入腔体；
步骤四三、在推阶段，压电元件2-6施加的电信号由负的高电平变为低电平，由向上的弯曲形变逐渐恢复到初始状态，致使腔内的压强逐渐增大，产生正的压力波，液体在正压力波的作用下以液体流的形式喷出，形成微液滴；
步骤四四、重复步骤四一至步骤四三，压电微喷机构2能够实现间歇式微液滴喷射。
本发明还提出一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的激励方法，通过精密调姿机构1与压电微喷机构2的协调配合，以实现在接触目标面3上的表面微小结构成型；
a)利用精密调姿机构1对机器人进行姿态调整，能够分别实现绕x轴或y轴的两自由度转动姿态调整，精确的标定压电微喷机构2的初始喷射位置，同时实现压电微喷机构2在喷射路径中的精确动作；
b)在精密调姿机构1准备就绪后，通过控制压电微喷机构2的压电元件2-6的电压和频率，实现成型试剂的微量喷出；
c)喷出的微量试剂作用在接触目标面3上，实现单个微滴与接触目标面3的接触并进行均匀扩散；
重复以上步骤，能够使多个微滴不断喷射在接触目标面3上，实现表面微小结构的成型。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人及其激励方法，该机器人主要采用按需喷墨式压电微喷结构与多自由度运动机构相结合的思想进行一体化设计，具有结构简单，价格低廉且设备使用和维护成本低等优点，同时也具有成型速度较快，成型分辨率高，装置工作噪音低，满足多种材料喷射成形的要求。本发明涉及的一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人在生物医疗、航空航天、材料、化学以及微电子器件等领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的示意图；
图2为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的精密调姿机构示意图；
图3为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的安装基座示意图；
图4为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的支撑体示意图；
图5为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的盖板示意图；
图6为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的弯曲压电陶瓷组件示意图；
图7为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的驱动足剖面示意图；
图8为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的精密调姿机构的绕x轴或y轴顺时针转动一个角度的激励方法驱动波形示意图；
图9为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的精密调姿机构的绕x轴或y轴逆时针转动一个角度的激励方法驱动波形示意图；
图10为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的压电微喷机构示意图；
图11为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的圆筒组件示意图；
图12为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的收缩组件示意图；
图13为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的喉管示意图；
图14为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的扩散组件示意图；
图15为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的液体进口接头ⅰ示意图；
图16为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的液体进口接头ⅱ示意图；
图17为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的压电微喷机构结构尺寸示意图；
图18为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的压电微喷机构推拉模式激励方法的工作原理示意图；
图19为一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的压电微喷机构拉推模式激励方法工作原理示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：结合图1～图7说明本实施方式。本实施方式提供了一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人；所述机器人包括精密调姿机构1、压电微喷机构2及接触目标面3；所述精密调姿机构1与压电微喷机构2连接固定；所述压电微喷机构2与接触目标面3处于分离状态，且压电微喷机构2与接触目标面3二者间的距离可通过精密调姿机构1进行调整。
所述精密调姿机构1包括安装基座1-1、支撑体1-2、盖板1-3、弯曲压电陶瓷组件1-4、驱动足1-5、终端输出器1-6、连接组件ⅰ1-7、连接组件ⅱ1-8和输出器支撑组件1-9；所述安装基座1-1通过连接组件ⅱ1-8与支撑体1-2固定；所述盖板1-3和支撑体1-2通过连接组件ⅱ1-8固定；所述弯曲压电陶瓷组件1-4和驱动足1-5通过连接组件ⅰ1-7固定；所述驱动足1-5与终端输出器1-6采用滑动接触配合；所述终端输出器1-6通过输出器支撑组件1-9进行位置约束，保证驱动足1-5与终端输出器1-6之间较好的摩擦驱动状态。
所述安装基座1-1设置有基座安装孔1-1-1和换能器安装孔1-1-2，所述基座安装孔1-1-1通过连接组件ⅱ1-8将基座1-1与支撑体1-2固定，所述换能器安装孔1-1-2通过连接组件ⅰ1-7将弯曲压电陶瓷组件1-4和驱动足1-5固定；所述支撑体1-2设置有支撑体安装孔1-2-1和支撑体通孔1-2-2，所述支撑体安装孔1-2-1用于固定基座1-1与支撑体1-2，所述支撑体通孔1-2-2的内部放置有弯曲压电陶瓷组件1-4、驱动足1-5、终端输出器1-6；所述盖板1-3设置有盖板安装孔1-3-1、支撑组件安装孔1-3-2和盖板通孔1-3-3，所述盖板安装孔1-3-1通过连接组件ⅱ1-8将盖板1-3与支撑体1-2固定连接，所述支撑组件安装孔1-3-2与输出器支撑组件1-9一起配合连接，用于将终端输出器1-6压紧在驱动足1-5上，所述盖板通孔1-3-3内部放置有终端输出器1-6，并且终端输出器1-6沿着盖板通孔1-3-3轴线方向向下突出一定的高度，以便于终端输出器1-6与压电微喷机构2进行连接，实现压电微喷机构2的姿态调整。
所述弯曲压电陶瓷组件1-4设置有极化区ⅰ1-4-1、极化区ⅱ1-4-2、极化区ⅲ1-4-3、极化区ⅳ1-4-4、未极化区1-4-5和弯曲压电陶瓷组通孔1-4-6；所述未极化区1-4-5用于将极化区ⅰ1-4-1、极化区ⅱ1-4-2、极化区ⅲ1-4-3和极化区ⅳ1-4-4分隔开，所述极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3对角布置，所述极化区ⅱ1-4-2和极化区ⅳ1-4-4对角布置，所述弯曲压电陶瓷组件1-4的极化方向为沿厚度方向极化，其中，极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3的极化方向相反，极化区ⅱ1-4-2和极化区ⅳ1-4-4的极化方向相反，极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅱ1-4-2的极化方向相同，且相邻的两片弯曲压电陶瓷组件1-4的极化方向相反；p片弯曲压电陶瓷组件1-4中，从一端数第i片弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区和第i+1片弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区设置有激励电极，第i+1片弯曲压电陶瓷组件1-4和第i+2片弯曲压电陶瓷组件1-4之间设置有接地电极，其中，i为大于等于1的奇数。所述驱动足1-5设置有圆弧凹面1-5-1、变幅杆放大机构1-5-2和驱动足连接孔1-5-3，所述圆弧凹面1-5-1能够增大驱动足1-5与终端输出器1-6的有效接触面积，将传统的点接触方式变成面接触方式，通过改善驱动足1-5与终端输出器1-6的摩擦接触状态，进而提升终端输出器1-6的动态响应特性等综合性能指标，所述变幅杆放大机构1-5-2用于放大驱动足1-5端部的振幅，提升终端输出器1-6的输出特性，所述驱动足连接孔1-5-3与连接组件ⅰ1-7配合连接将弯曲压电陶瓷组件1-4和驱动足1-5固定在一起。
具体实施方式二：结合图1～图8说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种精密调姿机构的实施方案，该方案激励下，所述精密调姿机构1的终端输出器1-6能够分别实现绕x轴顺时针转动一个角度；
为了方便对激励方法进行描述，首先做如下规定，对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加上升的交流电压激励信号时，驱动足1-5能够绕x轴顺时针方向偏转一个角度，对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加下降的交流电压激励信号时，产生绕x轴逆时针方向偏转一个角度；对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅱ1-4-2和极化区ⅳ1-4-4施加上升的交流电压激励信号时，驱动足1-5能够绕y轴顺时针方向偏转一个角度，对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅱ1-4-2和极化区ⅳ1-4-4施加下降的交流电压激励信号时，驱动足1-5能够绕y轴逆时针方向偏转一个角度；
实现终端输出器1-6绕x轴顺时针转动的驱动方法如下：
步骤一一、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加缓慢上升的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴顺时针方向缓慢旋转至极限位置，在驱动足1-5与终端输出器1-6之间的静摩擦力的作用下，终端输出器1-6绕x轴顺时针方向实现一个角度输出；
步骤一二、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加快速下降的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴逆时针方向快速旋转返回至初始位置，在终端输出器1-6的惯性的作用下，终端输出器1-6和驱动足1-5之间发生相对滑动而保持静止；
步骤一三、重复步骤一一至步骤一二，可以实现终端输出器1-6绕x轴顺时针方向的精密转动。
具体实施方式三：结合图1～图7、图9说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种精密调姿机构的实施方案，该方案激励下，所述精密调姿机构1的终端输出器1-6能够实现绕x轴逆时针转动一个角度；
实现终端输出器1-6绕x轴逆时针转动的驱动方法如下：
步骤二一、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加缓慢下降的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴逆时针方向缓慢旋转至极限位置，在驱动足1-5与终端输出器1-6之间的静摩擦力的作用下，终端输出器1-6绕x轴逆时针方向实现一个角度输出；
步骤二二、对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅰ1-4-1和极化区ⅲ1-4-3施加快速上升的交流电压激励信号，其变形带动驱动足1-5绕x轴顺时针方向快速旋转返回至初始位置，在终端输出器1-6的惯性的作用下，终端输出器1-6和驱动足1-5之间发生相对滑动而保持静止；
步骤二三、重复步骤二一至步骤二二，可以实现终端输出器1-6绕x轴逆时针方向的精密转动。
具体实施方式四：结合图1～图9说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种精密调姿机构的实施方案，该方案激励下，所述精密调姿机构1的终端输出器1-6能够实现绕y轴转动一个角度；
实现终端输出器1-6绕y轴转动的驱动方法与实现终端输出器1-6绕x轴转动一个角度的驱动方法类似，对弯曲压电陶瓷组件1-4的极化区ⅱ1-4-2和极化区ⅳ1-4-4施加相应的激励信号，能够实现终端输出器1-6绕y轴转动一个角度。
具体实施方式五：结合图10～图17说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人，所述机器人的压电微喷机构2包括上盖2-1、圆筒组件2-2、收缩组件2-3、喉管2-4、扩散组件2-5、压电元件2-6、弹性薄膜2-7、液体进口接头ⅰ2-8、液体进口接头ⅱ2-9、密封组件ⅰ2-10、密封组件ⅱ2-11、密封组件ⅲ2-12、密封组件ⅳ2-13、密封组件ⅴ2-14、密封组件ⅵ2-15和喷嘴板2-16；所述上盖2-1与终端输出器1-6固定连接，通过终端输出器1-6的姿态调整，进而带动压电微喷机构2运动，实现压电微喷机构2以不同的初始位置进行液体喷射，所述上盖2-1与圆筒组件2-2对弹性薄膜2-7进行夹紧固定，并通过密封组件ⅰ2-10进行密封；所述圆筒组件2-2与收缩组件2-3固定连接，并通过密封组件ⅱ2-11进行密封；所述收缩组件2-3与喉管2-4固定连接，并通过密封组件ⅲ2-12密封；所述喉管2-4与扩散组件2-5固定连接，并通过密封组件ⅳ2-13密封；所述压电元件2-6与弹性薄膜2-7固定连接；所述液体进口接头ⅰ2-8与圆筒组件2-2固定连接，并通过密封组件ⅵ2-15固定连接；所述液体进口接头ⅱ2-9与喉管2-4固定连接，并通过密封组件ⅴ2-14进行密封；所述喷嘴板2-16与扩散组件2-5固定连接，同时喷嘴板2-16设置有喷孔2-17，且喷孔2-17的直径可调。
所述圆筒组件2-2设置有环形连接平面2-2-1、圆筒组件凹槽ⅰ2-2-2、进口接头限位平面ⅰ2-2-3、圆筒组件凹槽ⅱ2-2-4、进口接头固定孔2-2-5、圆筒组件凹槽ⅲ2-2-6、收缩组件限位平面2-2-7和收缩组件固定孔2-2-8；所述环形连接平面2-2-1用于与终端输出器1-6固定；所述圆筒组件凹槽ⅰ2-2-2用于放置密封组件ⅰ2-10，实现圆筒组件2-2与弹性薄膜2-7之间的密封；所述进口接头限位平面ⅰ2-2-3为固定液体进口接头ⅰ2-8提供支撑面，并通过进口接头固定孔2-2-5将液体进口接头ⅰ2-8固定在进口接头限位平面ⅰ2-2-3上；所述圆筒组件凹槽ⅱ2-2-4用于放置密封组件ⅵ2-15，实现液体进口接头ⅰ2-8与圆筒组件2-2之间的密封；所述收缩组件限位平面2-2-7用于限制收缩组件2-3的位置；所述收缩组件固定孔2-2-8用于将收缩组件2-3固定在收缩组件限位平面2-2-7上；所述圆筒组件凹槽ⅲ2-2-6用于放置密封组件ⅱ2-11，实现圆筒组件2-2与收缩组件2-3之间的密封。
所述收缩组件2-3设置有圆筒组件接头2-3-1、收缩圆锥面2-3-2、喉管固定孔2-3-3、喉管限位平面2-3-4和收缩组件凹槽2-3-5；所述圆筒组件接头2-3-1用于与收缩组件固定孔2-2-8连接，实现圆筒组件2-2与收缩组件2-3的固定；所述收缩圆锥面2-3-2用于增大与收缩组件2-3内壁面接触流体的流速，进而增大流体喷射时所需的压力；所述喉管固定孔2-3-3用于固定喉管2-4，所述喉管限位平面2-3-4用于限制喉管2-4相对于收缩组件2-3的位置；所述收缩组件凹槽2-3-5用于放置密封组件ⅲ2-12，实现喉管2-4与收缩组件2-3之间的密封保护。
所述喉管2-4设置有收缩组件接头2-4-1、进口接头限位平面ⅱ2-4-2、进口接头连接孔2-4-3、喉管凹槽2-4-4和扩散组件接头2-4-5；所述收缩组件接头2-4-1用于与喉管固定孔2-3-3连接，实现圆筒组件2-2与收缩组件2-3固定连接；所述进口接头连接孔2-4-3用于将液体进口接头ⅱ2-9固定在进口接头限位平面ⅱ2-4-2上；所述喉管凹槽2-4-4用于放置密封组件ⅴ2-14，实现液体进口接头ⅱ2-9与喉管2-4之间的密封保护；所述扩散组件接头2-4-5用于实现喉管2-4与扩散组件2-5的固定连接；
所述扩散组件2-5设置有喉管固定孔2-5-1、扩散圆锥面2-5-2、喉管限位平面2-5-3和扩散组件凹槽2-5-4；所述喉管固定孔2-5-1用于与扩散组件接头2-4-5连接，实现扩散组件2-5与喉管2-4之间的固定；所述扩散圆锥面2-5-2用于将流体的压力和流速释放，使压电微喷机构2实现更好的喷射效果；所述喉管限位平面2-5-3用于限制喉管2-4的位置；所述扩散组件凹槽2-5-4用于放置密封组件ⅳ2-13，实现喉管2-4与扩散组件2-5之间的密封保护。
所述液体进口接头ⅰ2-8设置有管道连接孔ⅰ2-8-1、进口接头内锥面ⅰ2-8-2和圆筒组件连接端2-8-3；所述管道连接孔ⅰ2-8-1用于与外围液体管道连接，所述圆筒组件连接端2-8-3与圆筒组件2-2固定，所述进口接头内锥面ⅰ2-8-2两端分别与管道连接孔ⅰ2-8-1和圆筒组件连接端2-8-3固定连接；所述液体进口接头ⅱ2-9设置有管道连接孔ⅱ2-9-1、进口接头内锥面ⅱ2-9-2和喉管组件连接端2-9-3；所述管道连接孔ⅱ2-9-1用于与外围液体管道连接，所述喉管组件连接端2-9-3与喉管2-4固定，所述进口接头内锥面ⅱ2-9-2两端分别与管道连接孔ⅱ2-9-1和喉管组件连接端2-9-3固定连接。
所述圆筒组件2-2的直径为d1，轴向长度为l1；所述收缩组件2-3的轴向长度为l2，大端直径与圆筒组件2-2的直径相等，小端的直径为d2；所述喉管2-4的直径为d2，轴向长度为l3；所述扩散组件2-5的轴向长度为l4，扩散组件2-5小端的直径与喉管2-4的直径相等，大端的直径为d3；所述喷孔2-17的直径为d4；所述圆筒组件2-2的直径的取值范围一般为10mm≤d1≤1200mm，所述圆筒组件2-2的轴向长度与直径一般满足的关系为d1＝l1；所述收缩组件2-3小端的直径与圆筒组件2-2的直径一般满足的关系为d2＝(1/3～1/4)d1，所述收缩组件2-3的轴向长度与圆筒组件2-2和收缩组件2-3的直径满足的关系为l2＝(1～2.7)(d1-d2)；所述喉管2-4的直径与轴向长度之间满足的关系为d2＝l3；所述扩散组件2-5大端的直径与小端的直径满足的关系为d3＝(1.2～3)d2，所述扩散组件2-5的直径与长度之间满足的关系为l4＝(1.5～4)d3；所述喷孔2-17的直径为d4的大小主要取决于微小结构件成形中所需要的喷射的材料，对于一般材料喷射成型时，喷孔2-17直径的取值为20μm≤d4≤40μm；对于某些大颗粒聚合物溶液喷射成型时，需要设置喷孔2-17的直径为50μm≤d4≤100μm。
具体实施方式六：结合图10、图18说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种压电微喷机构的实施方案，实现推拉模式的工作过程如下：
步骤三一、在初始状态，压电元件2-6不通电，此时压电微喷机构2的腔内液体体积不发生变化，腔内液体保持静止状态；
步骤三二、在推阶段，压电元件2-6通以正的高电平信号，带动弹性薄膜2-7产生向下的弯曲形变，由于腔内体积的减小，致使压强增大，产生正压力波，液体在正压力波的作用下喷出；
步骤三三、在拉阶段，压电元件2-6施加的电信号由正的高电平变为低电平，由向下的弯曲形变逐渐恢复到初始状态，致使腔内的压强逐渐减小，产生负压力波，喷射出的液体流在负压力波的作用下被截断，形成液滴；
步骤三四、重复步骤三一至步骤三三，压电微喷机构2能够实现间歇式微液滴喷射。
具体实施方式七：结合图10、图19说明本具体实施方式。本实施方式提供了一种压电微喷机构的实施方案，实现拉推模式的工作过程如下：
实现拉推模式的工作过程如下：
步骤四一、在初始状态，压电元件2-6处于不通电，此时压电微喷机构2的腔内液体体积不发生变化，腔内液体保持静止状态；
步骤四二、在拉阶段，压电元件2-6通以负的高电平信号，产生向上的弯曲形变，腔内体积增大，产生负的压力波，部分液体进入腔体；
步骤四三、在推阶段，压电元件2-6施加的电信号由负的高电平变为低电平，由向上的弯曲形变逐渐恢复到初始状态，致使腔内的压强逐渐增大，产生正的压力波，液体在正压力波的作用下以液体流的形式喷出，形成微液滴；
步骤四四、重复步骤四一至步骤四三，压电微喷机构2能够实现间歇式微液滴喷射。
两种工作模式工作特点对比如下：
a)对于给定的喷孔2-17直径，工作在拉推模式下，压电微喷机构2产生的微滴直径大约是推拉模式产生微滴直径的一半；
b)工作在拉推模式下，压电微喷机构2产生的微滴速度更快；
c)工作在拉推模式下，压电微喷机构2产生微滴所需要的驱动电压仅为推拉模式的一半；
综上所述，工作在拉推模式下，压电微喷机构2更适合喷射较小颗粒直径的溶液进行微小结构的成型；工作在推拉模式下，压电微喷机构2更适合喷射较大颗粒直径的溶液进行微小结构的成形。
具体实施方式八：结合图1、图8～图9、图18～图19说明本具体实施方式。本具体实施方式提供了一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人的激励方法，通过精密调姿机构1与压电微喷机构2的协调配合，以实现在接触目标面3上的表面微小结构成型；
步骤五一、利用精密调姿机构1对机器人进行姿态调整，能够分别实现绕x轴或y轴的两自由度转动姿态调整，精确的标定压电微喷机构2的初始喷射位置，同时实现压电微喷机构2在喷射路径中的精确动作；
步骤五二、在精密调姿机构1准备就绪后，通过控制压电微喷机构2的交流电压信号，实现成型试剂的微量挤出；
步骤五三、挤出的微量试剂均匀一致的喷射在接触目标面3上，实现单个微滴与接触目标面3的接触并进行均匀扩散；
步骤五四、重复步骤五一至步骤五三，能够使各个微滴不断在接触目标面3上，实现表面微小结构的成型。
综上所述，本发明提供的一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人及其激励方法，该机器人主要采用按需喷墨式压电微喷结构与多自由度运动机构相结合的思想进行一体化设计，具有结构简单，价格低廉且设备使用和维护成本低等优点，同时也具有成型速度较快，成型分辨率高，工作噪音低，满足多种材料喷射成形的要求。本发明涉及的一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人在生物医疗、航空航天、材料、化学以及微电子器件等领域具有广泛的应用前景。
以上对本发明所提供的一种用于表面微小结构成型的两自由度精密操控机器人及其激励方法，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。