微機(jī)械電氣系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS)這一前沿技術(shù)主要涵蓋以下研究專題：①集成化微型儀器與傳感器；②微加工與測(cè)試技術(shù)；③微操作系統(tǒng)。
    微操作系統(tǒng)作為MEMS研究領(lǐng)域的一個(gè)重要分支受到各發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，紛紛投入大量資金進(jìn)行微操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究，現(xiàn)已研制出多種各具特色的微操作機(jī)器人實(shí)驗(yàn)樣機(jī)系統(tǒng)［1］。
      自1993年起，在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，北京航空航天大學(xué)開(kāi)始從事微操作機(jī)器人的研究，研究?jī)?nèi)容主要集中于各單元技術(shù)。經(jīng)過(guò)幾年的技術(shù)儲(chǔ)備，研究重點(diǎn)開(kāi)始由各單元技術(shù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)集成及應(yīng)用，如微操作系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、微動(dòng)仿生機(jī)構(gòu)綜合理論、基于圖像的視覺(jué)伺服理論、精細(xì)微操作系統(tǒng)的光-機(jī)-電集成設(shè)計(jì)方法等，并把生物工程作為微操作機(jī)器人系統(tǒng)的主要應(yīng)用領(lǐng)域。
      把生物工程作為微操作機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域，目的可以解釋為2點(diǎn)：①?gòu)膽?yīng)用層面說(shuō)，目標(biāo)相當(dāng)明確地界定在“面向生物工程”上，如細(xì)胞操作、基因轉(zhuǎn)移、染色體切割等，希望給下一世紀(jì)中國(guó)的“綠色革命”帶來(lái)推動(dòng)作用。②從技術(shù)層面說(shuō)，定位在基于顯微視覺(jué)全局閉環(huán)的計(jì)算機(jī)伺服自動(dòng)協(xié)調(diào)作業(yè)上。長(zhǎng)遠(yuǎn)觀之，其相關(guān)技術(shù)與微加工、微電子、顯微醫(yī)學(xué)等可觸類旁通。
1　微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人［2］
“微動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人的研制”課題研制了1臺(tái)六自由度微動(dòng)機(jī)器人，以其為核心建立了一套包括三自由度粗動(dòng)平臺(tái)、顯微視覺(jué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及周邊輔助設(shè)備的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并重點(diǎn)圍繞微操作機(jī)器人的機(jī)構(gòu)選型、誤差分析、顯微視覺(jué)及系統(tǒng)標(biāo)定等方面做了較深入的研究。具體闡述如下：
(1) 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外微動(dòng)機(jī)構(gòu)的分析與綜合，設(shè)計(jì)出了創(chuàng)意獨(dú)特、兩級(jí)解耦的串并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人，這在微動(dòng)機(jī)器人領(lǐng)域尚屬首例。
此串并聯(lián)微動(dòng)機(jī)器人有六個(gè)自由度,由上(3RPS機(jī)構(gòu))、下(3RRR機(jī)構(gòu))兩機(jī)構(gòu)并聯(lián)串接而成［2］，它具有上下機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)解耦，運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)及誤差分析簡(jiǎn)便，控制成本低，加速度大，可完成粗調(diào)、細(xì)調(diào)2種功能等特點(diǎn)。其具體技術(shù)指標(biāo)如下：外形尺寸為100 mm×100 mm×100 mm，工作空間為40 μm×40 μm×24 μm，運(yùn)動(dòng)分辨率為0.2 μm。
(2) 為了合理地分配精度，充分評(píng)估各項(xiàng)誤差對(duì)末端執(zhí)行器位姿的影響，我們利用矢量分析的方法建立了串并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)參數(shù)誤差與位姿誤差的數(shù)學(xué)模型，分析了各項(xiàng)結(jié)構(gòu)誤差對(duì)末端位姿的影響程度，并得出了若干對(duì)微操作機(jī)器人設(shè)計(jì)、加工及安裝有普遍指導(dǎo)意義的結(jié)論。
(3) 對(duì)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)特性、柔性鉸鏈的機(jī)械性能、微動(dòng)機(jī)器人末端位姿的選擇、微動(dòng)機(jī)器人的控制方式及圖像處理等問(wèn)題，做了較深入的研究，積累了許多有參考價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)。
(4) 提出了對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的若干改進(jìn)措施。
2　面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)
      大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人是按照給定的程序做簡(jiǎn)單重復(fù)的動(dòng)作(如焊接、裝配、搬運(yùn)等)，不需要太強(qiáng)的智能。而對(duì)于微操作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，情況就有很大不同。因?yàn)楸徊僮鲗?duì)象十分微小，操作人員不可能十分清楚它們的精確位置，況且外界環(huán)境的變化使得它們的相對(duì)位置不定，微觀世界里的物理法則及力學(xué)特性與宏觀世界也大相徑庭，這就要求機(jī)器人有很強(qiáng)的自動(dòng)識(shí)別能力和決策能力。同時(shí)，溫度變化、機(jī)械振動(dòng)、噪聲波動(dòng)、機(jī)械蠕變等不穩(wěn)定因素?cái)_動(dòng)，以及非線性微動(dòng)特性、傳遞累積誤差的影響，也使得微操作機(jī)器人必須具有很強(qiáng)的自我調(diào)整能力(即自我實(shí)時(shí)標(biāo)定及補(bǔ)償能力)。因此微操作機(jī)器人必須與其它儀器設(shè)備組合成一套光機(jī)電高度集成的系統(tǒng)，方能進(jìn)行顯微操作。
      北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所正在研制的用于細(xì)胞操作的微操作機(jī)器人系統(tǒng)包括倒置生物顯微鏡、粗動(dòng)平臺(tái)、左操作手、右操作手、攝像頭、圖像處理單元、控制系統(tǒng)、人機(jī)交互接口等。
     本系統(tǒng)采用全局閉環(huán)控制方法，即將顯微視覺(jué)作為反饋控制源參與伺服控制形成視覺(jué)伺服反饋控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的具體運(yùn)作方式解釋如下：活體細(xì)胞或染色體懸浮在培養(yǎng)液內(nèi)，左右微操作機(jī)器人對(duì)稱地安裝在顯微鏡機(jī)架上，毛細(xì)玻璃管與毛細(xì)玻璃針等操作工具作為機(jī)器人的末端執(zhí)行器(毛細(xì)玻璃管用于捕捉與固定細(xì)胞，毛細(xì)玻璃針用于細(xì)胞的切割、注射等)。首先，在顯微視覺(jué)伺服的控制下，玻璃管、玻璃針及被操作對(duì)象將自動(dòng)地調(diào)整到顯微鏡的焦平面內(nèi)。左機(jī)器人完成活體細(xì)胞的捕捉與固定，右機(jī)器人完成切割、注射等精細(xì)操作。整個(gè)操作過(guò)程都在顯微視覺(jué)的監(jiān)視下完成，即圖像處理單元實(shí)時(shí)地處理分析采集的圖像信息(如細(xì)胞、玻璃管、玻璃針之間的相對(duì)位姿，細(xì)胞核在細(xì)胞內(nèi)的位置等)，并變成控制信號(hào)輸送給控制器，機(jī)器人在控制器的命令下實(shí)時(shí)地對(duì)細(xì)胞進(jìn)行追蹤、捕捉、注射、轉(zhuǎn)移等，直至完成整個(gè)操作過(guò)程。在進(jìn)行顯微注射時(shí)，外源基因或染色體或蛋白質(zhì)的注射量的多少也是在顯微視覺(jué)及注射裝置的共同監(jiān)控下完成的。整個(gè)操作過(guò)程通過(guò)顯微鏡、攝像頭、監(jiān)視器實(shí)時(shí)再現(xiàn)出來(lái)，供科研人員進(jìn)行分析研究。在出現(xiàn)意外的情況下，操作者可根據(jù)圖像信息，通過(guò)人機(jī)交互接口對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行遙控操作。被操作對(duì)象的選取是由操作者通過(guò)人機(jī)交互接口完成的。
在研制本系統(tǒng)過(guò)程中，已取得以下階段性成果：
(1) 利用螺旋理論，對(duì)微動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)的型綜合問(wèn)題進(jìn)行了較深入的研究，并給出了幾種并聯(lián)機(jī)構(gòu)型綜合的新方法。
(2) 選用Delta三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為微操作機(jī)器人機(jī)構(gòu)，并結(jié)合微操作的特點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、工作空間優(yōu)化、誤差分析及動(dòng)態(tài)特性分析。作為微操作系統(tǒng)的核心部分，微操作機(jī)器人機(jī)構(gòu)應(yīng)具有外形小、工作可達(dá)域相對(duì)較大、驅(qū)動(dòng)精細(xì)、有很高的定位精度與精度穩(wěn)定性、良好的動(dòng)態(tài)特性等特點(diǎn)。Delta微動(dòng)并聯(lián)機(jī)構(gòu)基本迎合了這些要求。它的外形尺寸為100 mm×100 mm×100 m，工作空間約為500 μm×500 μm×400 μm，運(yùn)動(dòng)分辨率約為80 nm。
(3) 在多年探索研究及廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了一些對(duì)構(gòu)筑微操作機(jī)器人系統(tǒng)有指導(dǎo)意義的設(shè)計(jì)原則。它不單適用于面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)，對(duì)構(gòu)筑其它應(yīng)用領(lǐng)域的微操作機(jī)器人系統(tǒng)也有一定的參考價(jià)值。
(4) 將顯微視覺(jué)作為反饋控制源參與伺服控制形成視覺(jué)伺服反饋控制系統(tǒng)，使顯微操作自動(dòng)化程度及操作精度大大提高。操作者只需用鼠標(biāo)輕輕一點(diǎn)被操作對(duì)象(細(xì)胞、染色體等)，系統(tǒng)將自動(dòng)完成顯微操作,如基因注射、細(xì)胞切割等。
(5) 機(jī)械加工、裝配精度低于系統(tǒng)綜合精度的特點(diǎn)導(dǎo)致了系統(tǒng)標(biāo)定的困難性，而各子系統(tǒng)向參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換的誤差，以及由溫度、振動(dòng)、蠕變等因素造成的誤差的隨機(jī)性更加劇了離線標(biāo)定的復(fù)雜性。本課題針對(duì)視覺(jué)伺服控制的微操作機(jī)器人系統(tǒng)的特性，提出新穎的欠參數(shù)標(biāo)定法。
(6) 本項(xiàng)目擬采用多套智能控制算法，如基于視覺(jué)校正的模糊自適應(yīng)控制方法、基于視覺(jué)的模糊預(yù)測(cè)控制方法，實(shí)現(xiàn)基于顯微視覺(jué)全局閉環(huán)的計(jì)算機(jī)伺服自動(dòng)協(xié)調(diào)作業(yè)。這些方法在初始模型不精確的情況下，也能保證快速、準(zhǔn)確地定位。
3　值得注意的若干問(wèn)題
      微操作機(jī)器人系統(tǒng)的構(gòu)筑比工業(yè)機(jī)器人的設(shè)計(jì)更為復(fù)雜，涉及的研究領(lǐng)域也更為廣泛。在構(gòu)筑“面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)”過(guò)程中，以下問(wèn)題應(yīng)引起特別注意。這些問(wèn)題可以作為構(gòu)筑微操作機(jī)器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
(1) 莫奢望能構(gòu)筑一套“萬(wàn)能機(jī)器”。由于細(xì)胞或染色體是活性的，它的形狀顏色各有不同，研制出的微操作機(jī)器人系統(tǒng)不可能完成所有的顯微操作。部分操作可能更適合于采用電學(xué)、化學(xué)、甚至手工方法完成。
(2) 微操作機(jī)器人系統(tǒng)的各單元應(yīng)剛性連接。為了減少積累誤差、增強(qiáng)系統(tǒng)抗振能力、減少標(biāo)定測(cè)量次數(shù)，系統(tǒng)各單元應(yīng)以顯微鏡視野為分布中心剛性地連接一起。
(3) 左右微操作手的工作空間應(yīng)比顯微鏡的視野大，并且包圍它。顯微鏡的視野是一定的，為了充分利用有限的空間，避免機(jī)器人在工作空間邊界附近可操作性及靈活性差的情況出現(xiàn)，左右微操作手的工作空間應(yīng)該比顯微鏡的視野范圍大。系統(tǒng)安裝調(diào)試時(shí)，機(jī)器人及相關(guān)周邊設(shè)備應(yīng)以視野中心分布，保證操作工具的端部與視野中心重合，并在視野內(nèi)運(yùn)動(dòng)操作。這種安裝組合方式我們稱之為“運(yùn)動(dòng)集中型”微操作機(jī)器人系統(tǒng)。
(4) 微操作機(jī)器人的理論工作空間應(yīng)比其實(shí)際工作空間大。數(shù)學(xué)模型的精確性、驅(qū)動(dòng)器的性能、機(jī)構(gòu)材料的彈性變形等因素的存在，使得微操作機(jī)器人的實(shí)際可達(dá)域要比理論可達(dá)域小。在構(gòu)筑機(jī)器人系統(tǒng)時(shí)，要特別注意這一點(diǎn)。
(5) 微動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)鏈應(yīng)盡量短。為了增強(qiáng)抗振能力、減小裝配誤差、提高結(jié)構(gòu)剛度，系統(tǒng)應(yīng)盡量減少運(yùn)動(dòng)環(huán)節(jié)。這也是并聯(lián)機(jī)構(gòu)在微操作領(lǐng)域倍受青睞的原因之一。
(6) 自由度過(guò)多得不償失。理論上講，機(jī)器人自由度越多，其操作靈活性越好。但過(guò)多的自由度也意味著控制難度的增加及成本的提高。3個(gè)移動(dòng)自由度足可以應(yīng)付所有顯微操作，況且在微觀世界里也不易實(shí)現(xiàn)大范圍轉(zhuǎn)角。
(7) 對(duì)用于細(xì)胞操作的微操作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)速度和加速度尤其重要。對(duì)于細(xì)胞的注射、切割等顯微操作來(lái)說(shuō)，當(dāng)微注射針或微切割刀切入活體細(xì)胞時(shí)，需要一定的力方能使細(xì)胞膜破裂。如果施加力的速度比較慢，可能導(dǎo)致細(xì)胞膜沿工具方向凹陷，直至刺破細(xì)胞膜。速度愈慢，凹陷愈深，對(duì)活體細(xì)胞的損害程度愈大。另外，由于培養(yǎng)液體的粘性及流動(dòng)性，操作工具的運(yùn)動(dòng)使細(xì)胞沿同樣的方向漂移，要使操作工具盡快捕捉到細(xì)胞，它的運(yùn)動(dòng)加速度愈大愈好。
(8) 在選擇微動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量避免球鉸出現(xiàn)。主要原因是鉸鏈的加工難度太大，成本太高。
(9) 設(shè)置限位裝置是必要的。多數(shù)微操作機(jī)構(gòu)是靠材料彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)微動(dòng)的。如果材料的變形超出了彈性極限，便會(huì)斷裂，因此有必要設(shè)置限位機(jī)構(gòu)加以保護(hù)。
(10) 應(yīng)慎重選擇顯微視覺(jué)系統(tǒng)硬件部分。倒置生物顯微鏡是整個(gè)系統(tǒng)中最大最重的設(shè)備。它的視野、放大倍率、機(jī)械接口、光學(xué)性能、抗振能力等都關(guān)系著系統(tǒng)的成敗。圖像處理周期慢與實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)控制采樣周期快的矛盾一直很突出。盡管研究高速圖像匹配算法及控制方案是一解決途徑，但選擇高品質(zhì)的圖像處理硬件(攝像頭、圖像處理板等)也是必要的。
(11) 系統(tǒng)應(yīng)采用使用簡(jiǎn)單的人機(jī)交互接口。數(shù)據(jù)手套、遙控手柄、虛擬現(xiàn)實(shí)等高級(jí)復(fù)雜的人機(jī)交互接口裝置越來(lái)越多地應(yīng)用于機(jī)器人系統(tǒng)。但運(yùn)動(dòng)鏈過(guò)長(zhǎng)引起的積累誤差對(duì)微操作機(jī)器人系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是個(gè)致命的問(wèn)題。因此微操作機(jī)器人系統(tǒng)人機(jī)交互接口的選擇不可過(guò)分追求復(fù)雜、時(shí)髦，應(yīng)以簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用為主要目的。如鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、觸摸屏等即可。
(12) 應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)入手提高系統(tǒng)精度，莫將精力過(guò)分集中于機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)器上。相對(duì)于工業(yè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，微操作機(jī)器人系統(tǒng)的誤差來(lái)源更為復(fù)雜，更不穩(wěn)定。為了提高系統(tǒng)精度應(yīng)考慮環(huán)境因素(振動(dòng)、噪聲、溫度等)、參數(shù)因素(桿長(zhǎng)、關(guān)節(jié)零位角、柔性鉸鏈的形狀尺寸等)、測(cè)量因素(傳感器的分辨率、非線性及標(biāo)定設(shè)備的精度等)、控制和計(jì)算因素(計(jì)算機(jī)的舍入誤差、跟蹤控制誤差、數(shù)學(xué)模型的精確程度、控制方案的選取等)、應(yīng)用因素(安裝誤差、坐標(biāo)系的標(biāo)定誤差等)等。
(13) 必需簡(jiǎn)化操作流程。活體細(xì)胞或染色體是無(wú)規(guī)律地漂浮在培養(yǎng)液里，為了使系統(tǒng)自動(dòng)完成細(xì)胞操作，使機(jī)器人有規(guī)律、按步驟地動(dòng)作，就必須簡(jiǎn)化操作流程(與工廠里的自動(dòng)生產(chǎn)線類似)。有效的解決方法是設(shè)計(jì)專用的培養(yǎng)器皿或細(xì)胞矯正器(Bio-aligner，類似于生產(chǎn)線上的喂料器)，使活體細(xì)胞整齊排列并逐個(gè)移送到指定位置。
(14) 微操作機(jī)器人系統(tǒng)對(duì)環(huán)境要求比較苛刻。有些顆粒或灰塵的體積可能比卵細(xì)胞還要大，另外活體細(xì)胞的培養(yǎng)對(duì)環(huán)境的溫度濕度也有要求，因此周?chē)h(huán)境的質(zhì)量是不可忽視的。這一點(diǎn)已引起科研工作者的廣泛注意。
      系統(tǒng)的抗振性能也是值得注意的問(wèn)題之一。系統(tǒng)不但要求機(jī)構(gòu)緊湊、固有頻率高，還要將整個(gè)系統(tǒng)安裝在防振平臺(tái)上。
4　微操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究熱點(diǎn)與難點(diǎn)
      在微操作系統(tǒng)研究領(lǐng)域，由于其本身精度的要求及微空間內(nèi)獨(dú)有的物理法則，微操作機(jī)器人系統(tǒng)的研究至今仍存在許多理論和技術(shù)難題，主要表現(xiàn)如下：
(1) 系統(tǒng)標(biāo)定　事實(shí)上單獨(dú)靜態(tài)地對(duì)微操作系統(tǒng)進(jìn)行精確標(biāo)定是行不通的，只有將幾何標(biāo)定與具有自學(xué)習(xí)功能的智能控制結(jié)合起來(lái)才能解決標(biāo)定問(wèn)題。
(2) 顯微視覺(jué)伺服系統(tǒng)亟待完善　就目前來(lái)說(shuō)，多數(shù)微操作機(jī)器人只有一套顯微監(jiān)視系統(tǒng)，其操作控制方式是由操作者根據(jù)顯微監(jiān)視系統(tǒng)輸出的圖像，通過(guò)操縱手柄、指套、鍵盤(pán)等來(lái)遙控微操作機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)。這套監(jiān)視系統(tǒng)通過(guò)操作者的眼睛、大腦和手形成一個(gè)大的控制閉環(huán)，操作者的精神狀態(tài)、熟練程度影響著整個(gè)系統(tǒng)的控制精度和效率，不利于提高整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化程度。將顯微視覺(jué)作為反饋控制源參與微操作機(jī)器人的伺服控制，是最佳解決途徑之一。
圖像數(shù)據(jù)的采集和處理延時(shí)一直是實(shí)現(xiàn)視覺(jué)伺服控制的主要障礙。對(duì)于微操作機(jī)器人來(lái)說(shuō)，這種現(xiàn)象更為突出。微執(zhí)行器的細(xì)小尺寸及材質(zhì)、微操作對(duì)象的形狀逼近性、載體的透光品質(zhì)、顯微鏡的光學(xué)性能、微操作的高精度要求、外界振動(dòng)及灰塵的介入等因素，使得圖像數(shù)據(jù)處理的延時(shí)更長(zhǎng)。因此，為實(shí)現(xiàn)視覺(jué)實(shí)時(shí)閉環(huán)，提高控制品質(zhì)與速度，研究視覺(jué)控制方案，開(kāi)發(fā)具有系統(tǒng)自標(biāo)定功能的顯微視覺(jué)伺服系統(tǒng)是努力的目標(biāo)。
(3) 微操作控制理論需做進(jìn)一步的探討　微操作機(jī)器人系統(tǒng)是一個(gè)高度復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，傳遞累積誤差和超高精度微位姿實(shí)時(shí)檢測(cè)的困難，造成建立精確模型設(shè)計(jì)控制方案和獲得準(zhǔn)確的手端誤差信號(hào)進(jìn)行反饋控制比較困難，所以系統(tǒng)的微運(yùn)動(dòng)控制精度也難以保持穩(wěn)定(魯棒性差)。嘗試新的控制算法是一條可行之路。
(4) 微操作機(jī)器人可達(dá)域與運(yùn)動(dòng)分辨率之間的矛盾有待解決　受高精度壓電驅(qū)動(dòng)單元的短行程和系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)限制，微操作機(jī)器人的可達(dá)工作空間太小。雖然有些大行程的微動(dòng)機(jī)器人已經(jīng)出現(xiàn)(如液壓式、蠕動(dòng)式［3］、變異式、模塊式、串并聯(lián)式等典型機(jī)器人)，但積累誤差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)動(dòng)分辨率低、控制不便等問(wèn)題也隨之出現(xiàn)。結(jié)構(gòu)緊湊、大可達(dá)域、高運(yùn)動(dòng)分辨率、整體化結(jié)構(gòu)(Totally monolithic structure)式的微操作機(jī)器人是設(shè)計(jì)者們追求的最高“境界”［3］。
(5) 微觀世界的物理法則十分復(fù)雜　在被操作對(duì)象的微觀世界里，其運(yùn)動(dòng)學(xué)及力學(xué)特性不大服從于現(xiàn)有的一些物理法則，因此有些控制策略也不能機(jī)械地挪用到微操作機(jī)器人系統(tǒng)中。操作培養(yǎng)液中的細(xì)胞，不但要考慮重力作用，還要考慮浮力、流動(dòng)力、布朗運(yùn)動(dòng)、范德華力、靜電力等。如果不仔細(xì)地研究這些微觀世界里的物理現(xiàn)象，很難構(gòu)造出完美的微操作機(jī)器人系統(tǒng)。
(6) 迫切需要研究開(kāi)發(fā)新型的微位移及微力傳感器　為了使微操作機(jī)器人系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能，微位移傳感器及微力傳感器是必不可少的。由于微觀世界里的種種條件約束，現(xiàn)有系統(tǒng)中各種微力、微位移、速度、加速度傳感器均未能成功地得到應(yīng)用。
5　結(jié)語(yǔ)
      目前，微操作機(jī)器人系統(tǒng)尚屬初露端倪的階段，很難一下子弄清它所具有的全部特有性質(zhì)，有許多問(wèn)題有待探索。因此在微操作機(jī)器人的發(fā)展初期，包含著很多機(jī)遇，也蘊(yùn)藏著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。微操作機(jī)器人系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，本文論述的一些問(wèn)題是針對(duì)面向生物工程的微操作機(jī)器人系統(tǒng)的，有些問(wèn)題也具有普遍性。
作者簡(jiǎn)介
畢樹(shù)生　男，1966年生。北京航空航天大學(xué)(北京市　100083)機(jī)器人研究所副教授。主要研究領(lǐng)域?yàn)槲⒉僮鳈C(jī)器人系統(tǒng)。發(fā)表論文10余篇。
宗光華　北京市　100083　北京航空航天大學(xué)
參考文獻(xiàn)
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3　Eric Pernette.Robotica,1997，15：417～420