一种无接触输运方法和装置

本发明属于超声传输，具体而言，涉及一种无接触输运装置和方法。

背景技术：

1、超声传输技术是通过超声场的物理效应对物体施加作用力，进而实现对物体位置与物体运动状态控制的技术。借助超声波的非线性效应产生的声辐射力可以平衡物体的重力，实现物体的悬浮，从而为复杂液体和不同材料固体的无接触操控提供途径。

2、cn202011122546.6公开了一种无接触运输的超声悬浮装置，包括换位机构与悬浮运输装置，利用超声悬浮技术实现物体的悬浮，通过改变超声的频率与相位短距离移动物体，通过支撑装置控制换能器高度，进而控制运输物体高度，实现对物体的无接触运输。上述悬浮无接触技术具有以下缺陷：

3、(1)可悬浮的物体的质量较小

4、超声驻波场能够悬浮的物体尺寸受声波波长限制，可提供的作用力大小有限，仅能传输尺寸相对较小、质量相对较小的物体。

5、(2)长距离运输操作复杂

6、由于换能器形状与尺寸的限制，通过改变超声波频率与相位所能移动物体的距离较短，不能超出换能器投影范围之外，需要靠来回旋转换能器以实现长距离运输，运输操作灵活性不够，耗时长。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种无接触输运装置和方法，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。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种无接触输运装置，包括：吸附机构和传动机构；所述传动机构包括x方向移动机构、两个y方向移动机构和四个z方向移动机构，每两个z方向移动机构上安装有一个y方向移动机构，所述x方向移动机构的每一端分别安装在一个y方向移动机构上；所述吸附机构固定在x方向移动机构的移动模块上，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、和用于显示及监测输出电信号波形特征的示波器，所述信号发生器通过功率放大器与超声波换能器连接，所述示波器与功率放大器连接；所述超声波换能器与x方向移动机构固定连接，所述超声波换能器的下端与变幅杆的上端连接，所述变幅杆的下端与发射端连接，所述超声波换能器的两侧各设置有一个吸附支架，一个吸附支架上安装有用于检测液膜厚度的ccd，另一个吸附支架上安装有用于产生位于发射端底面上的液态介质的喷雾器。

3、优选地，所述x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构均分别包括步进电机、与步进电机连接的丝杠和安装在丝杠上的移动模块。

4、优选地，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位置向驱动器传递移动指令，从而控制x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构中相应的步进电机的目标位置，实现被传输物体的全空间移动和操控。

5、优选地，所述吸附支架与x方向移动机构的移动模块直接连接。

6、优选地，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。

7、优选地，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。

8、优选地，所述液态介质为水、酒精、硅油、或细胞培养液体。

9、优选地，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。

10、本发明还提供了一种无接触输运方法，采用上述的无接触输运装置，所述无接触输运方法包括以下步骤：

11、步骤1，安装吸附机构，包括：

12、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；

13、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；

14、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；

15、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；

16、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；

17、步骤2，控制吸附机构位置，包括：

18、步骤201，将被传输物体的起始位置输入计算机，计算机通过向驱动器发布指令，控制x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构带动吸附机构向指定位置移动；

19、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；

20、步骤203，将被传输物体的目标位置输入计算机，计算机通过向驱动器发布指令，控制x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构带动吸附机构向目标位置移动；

21、步骤204，关闭信号发生器，被传输物体被置于目标位置。

22、本发明的有益效果：

23、由于采用了上述技术方案，本发明可解决现有传输技术中硬接触对传输物体造成损伤等，如光滑面的划伤等情况，也可以避免接触过程中对材料/样品的污染，有效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。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。

24、本发明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和纯度等特征，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。

技术特征：

1.一种无接触输运装置，其特征在于，包括：吸附机构和传动机构；

2.根据权利要求1所述的无接触输运装置，其特征在于，所述x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构均分别包括步进电机、与所述步进电机连接的丝杠和安装在所述丝杠上的移动模块。

3.根据权利要求1所述的无接触输运装置，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位置向驱动器传递移动指令，从而控制x方向移动机构、y方向移动机构和z方向移动机构中相应的步进电机的目标位置，实现被传输物体的全空间移动和操控。

4.根据权利要求2所述的无接触输运装置，其特征在于，所述吸附支架与所述x方向移动机构的移动模块直接连接。

5.根据权利要求1所述的无接触输运装置，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所述的无接触输运装置，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。

7.根据权利要求6所述的无接触输运装置，其特征在于，所述液态介质是有机溶液或无机溶液。

8.根据权利要求7所述的无接触输运装置，其特征在于，所述液态介质为水、酒精、硅油、或细胞培养液体。

9.根据权利要求6所述的无接触输运装置，其特征在于，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。

10.一种无接触输运方法，其特征在于，采用权利要求1-9中任一项所述的无接触输运装置，所述无接触输运方法包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种无接触输运装置和方法，包括：吸附机构和传动机构；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、用于显示及监测输出电信号波形特征的示波器，信号发生器通过功率放大器与超声波换能器连接；超声波换能器与X方向移动机构固定连接，一个吸附支架上安装有用于检测液膜厚度的CCD，另一个吸附支架上安装有用于产生位于发射端底面上的液态介质的喷雾器。本发明同时兼顾无损输运的特点，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被传输物体表面活性和纯度等特征，对被传输物体提供无污染操控并实现较长距离稳定传输。

技术研发人员：闫娜,耿德路,洪振宇,魏炳波
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15