微机电系统(MEMS)
微机电系统
微机电系统制造工艺史微机电系统（Micro Electro-Me-chanical Systems，MEMS）是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的。
微机电系统是微米大小的机械系统，其中也包括不同形状的三维平板印刷产生的系统。
这些系统的大小一般在微米到毫米之间。
在这个大小范围中日常的物理经验往往不适用。
比如由于微机电系统的面积对体积比比一般日常生活中的机械系统要大得多，其表面现象如静电、润湿等比体积现象如惯性或热容量等要重要。
它们一般是由类似于生产半导体的技术如表面微加工、体型微加工等技术制造的。
其中包括更改的硅加工方法如压延、电镀、湿蚀刻、干蚀刻、电火花加工等等。
①微机电系统制造发展历程：19世纪照相制版;1951年显像管遮蔽屏(美国RCA公司)(光学应用);1952年表面微加工专利2749598(美);1954年压阻效应;1962年晶体的异向腐蚀;1963年半导体压力计(日本丰田中央研究所);1967年振动门晶体管(美国Westinghouse公司)(牺牲层腐蚀);1968年阳极键合(美国Mallory公司);1969年基于掺杂浓度的腐蚀;1970年硅微电极(斯坦福大学);1973年内窥镜用硅压力传感器(斯坦福大学);1974年集成气相质谱仪(斯坦福大学);1979年集成压力传感器(密西根大学);1982年LIGA工艺(德国原子力研究所);1986年硅反馈式加速度计(瑞士CSEM);1986年集成流量控制器(日本东北大学);1987年微齿轮等(美国加州大学伯克利分校，贝尔研究所);1987年微静电微马达(加州大学伯克利分校，Yu-Chong Tai，Long-Sheng Fan)。
发展阶段：硅微传感器阶段：1963年日本丰田研究中心制作出硅微压力传感器。
微机电系统结构
微机电系统结构
微机电系统（MEMS）是一种将微电子技术与机械工程结合的微型系统。
它的结构主要包括以下几个部分：
1.微传感器：这是MEMS的最基本组成部分，用于感知外部信号，如温度、
压力、声音等，并将其转换为可处理的电信号。
2.微执行器：这是MEMS的另一重要组成部分，负责将电能转换为机械能，
以实现驱动、控制等功能。
3.信号处理电路：为了对微传感器采集的信号进行处理，MEMS还包括相应
的信号处理电路，以便对信号进行放大、滤波、模数转换等处理。
4.通信接口：MEMS系统通常还需要一个通信接口，以便将MEMS传感器采
集的数据传输到外部设备或系统中。
5.电源：为使MEMS系统正常工作，通常需要为其提供电源。
这可以是内部
电池，也可以是外部电源。
6.封装：MEMS系统需要进行封装，以保护其内部的微机械结构和电路等免
受外界环境的影响。
封装可以采用各种材料和技术，以满足不同的应用需求。
MEMS系统的结构可以根据需要进行定制，以满足特定的应用需求。
其微型化的特点使得MEMS在许多领域都具有广泛的应用前景，如汽车、医疗、航空航天等。
微机电系统(mems)工程技术 半导体制造工艺技术
微机电系统(mems)工程技术半导体制造工艺技术微机电系统（MEMS）是一种融合微电子技术、机械工艺和微纳米加工技术的新型技术，具有微小体积、高性能和低功耗等优点，被广泛应用于传感器、执行器、微机械系统等领域。
MEMS制造工艺技术作为其核心技术之一，在MEMS设备的设计、生产和测试过程中起着至关重要的作用。
一、MEMS制造工艺技术的基本原理MEMS制造工艺技术是利用微纳米加工技术对微电子元件进行加工，实现微小尺寸的器件。
其基本原理包括光刻、薄膜沉积、刻蚀、清洗和包装等步骤。
在制造过程中，需要考虑到器件的性能、成本和效率等因素，并采用不同的工艺流程进行处理。
二、MEMS制造工艺技术的工艺流程1.设计阶段：确定MEMS器件的功能和结构，并进行软件仿真和电路设计，制定完整的器件设计方案。
2.掩膜光刻：利用掩膜和紫外光曝光的技术，将器件的图形准确转移到光敏材料上，形成所需的图形。
3.薄膜沉积：采用物理气相沉积、化学气相沉积等技术，在衬底表面沉积一层或多层薄膜，用于制备MEMS器件的功能部件。
4.刻蚀工艺：采用干法或湿法刻蚀技术，将多余的材料去除，形成所需的器件结构。
5.清洗和检测：在制造过程中，需要对器件进行清洗和检测，确保器件的质量和性能。
6.包装封装：将制备好的器件封装在封装体中，保护器件免受外部环境的影响。
三、MEMS制造工艺技术的发展趋势1.纳米加工技术：随着纳米加工技术的发展，MEMS器件的尺寸将进一步减小，性能将得到显著提升。
2.多功能集成：未来的MEMS器件将具有多功能集成的特点，可以同时实现多种功能，提高器件的综合性能。
3.自组装技术：自组装技术的应用将使MEMS制造工艺更加灵活和高效，降低成本，提高生产效率。
4.高可靠性设计：随着MEMS器件在汽车、医疗等领域的广泛应用，高可靠性设计将成为MEMS制造工艺技术的重要发展方向。
四、结语MEMS制造工艺技术是一项复杂而重要的工艺技术，对MEMS器件的性能和质量起着决定性的作用。
微电子机械系统MEMS概述
微电子机械系统MEMS概述微电子机械系统（Micro-electromechanical Systems, MEMS）是一种将电子技术与机械工程相结合的技术领域，通过制造微尺度的电子器件和机械系统，可以实现微小化、集成化和高性能的微型设备。
MEMS用于制造传感器、执行器和微操纵系统等微型装置，已经广泛应用于通信、汽车、医疗、军事和消费电子等领域。
MEMS的核心技术包括微纳加工技术、传感器技术和微机电系统技术。
微纳加工技术是MEMS制造的基础，主要包括光刻、薄膜沉积、离子刻蚀、扩散和薄膜技术等。
这些技术可以制造出微米甚至纳米级别的微型结构和器件。
传感器技术是MEMS的重要应用领域之一，利用微型传感器可以实现对温度、压力、流量、位移、加速度和姿态等物理量的检测和测量。
而微机电系统技术则是将传感器和执行器等微型装置集成在一起，实现自动化控制和微操纵的功能。
MEMS具有以下几个显著的特点：微小化、集成化、多功能和低成本。
微小化可以实现高密度的集成和高灵敏度的检测，同时降低设备的功耗和重量。
而集成化可以将多个功能模块集成在一个芯片上，提高了系统性能和可靠性，同时减少了系统的体积和重量。
多功能则是指MEMS可以同时实现多种功能，如传感、处理和控制等。
此外，由于MEMS采用的是集成化的制造工艺，可以大规模制造，降低了生产成本，为大规模应用提供了可能。
MEMS在各个领域的应用也越来越广泛。
在通信领域，MEMS技术可以制造微型光机械开关，用于光通信网络的光信号调控和光路径选择。
在汽车领域，MEMS技术可以制造出压力传感器、加速度传感器和姿态传感器等，用于车辆的安全控制系统和车载导航系统。
在医疗领域，MEMS技术可以制造出微型生物传感器，用于检测体内的生物信号，如血压、血氧和葡萄糖等。
在军事领域，MEMS技术可以制造微型化的惯性导航系统和气体传感器，应用于导弹制导系统和化学生物探测等。
在消费电子领域，MEMS技术可以制造微型微镜头和投影显示器，应用于智能手机、平板电脑和智能手表等。
微机电系统技术及应用
微机电系统技术及应用微机电系统技术（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是指一种集成微型机械、电子和计算机技术的系统，它利用微型加工技术将传感器、执行器和电子元器件等多种功能集成到一个芯片上，从而实现在微小空间内进行感测、信号处理和控制的复杂系统。
自20世纪80年代以来，MEMS技术在各个领域得到了广泛的应用，成为现代科技进步的重要方向之一。
一、MEMS技术的基本原理MEMS技术的实现基于微机械制造技术，即利用光刻、蚀刻、离子注入、薄膜沉积、微调工艺等多种微加工技术，在硅基底板上制造出微型机械和微型电子元器件，将它们集成在一起实现控制系统的复杂功能。
常见的MEMS元件包括传感器和执行器两类。
传感器一般是将物理量转换成电信号输出的元件，MEMS传感器主要有压力传感器、加速度传感器、角速度传感器、温度传感器、化学传感器等，它们的结构和工作原理各不相同。
以加速度传感器为例，它主要是通过微型悬臂等结构感受加速度的作用，在振动部件上加上感应电极，利用柔性连接器将机械运动转化成电信号输出。
执行器是将电信号转换成物理运动的设备，MEMS执行器主要有微型电机、微泵、微阀门和微喷头等。
以微型电机为例，它主要包括固定部件和旋转部件，其结构具有一定的复杂性。
电机的旋转部件通常采用转子-定子结构，采用MEMS技术可以制造出特殊形状的转子并将其悬挂在薄膜支撑结构上，转子与定子之间通过电容传感器实现控制，电容传感器输出的信号被用于控制电机的转速和方向。
二、MEMS技术的应用领域MEMS技术的应用范围非常广泛，包括空间、军事、医疗、汽车、电子信息等多个领域，在以下几个方面得到了广泛应用。
1.传感器MEMS传感器可以感测体积小、重量轻、功耗低、响应速度快、精度高等诸多优点，使之成为传感器领域的重要技术。
它广泛应用于汽车行业、工业自动化控制、医疗设备等领域，如安全气囊用于汽车碰撞检测、指纹识别传感器、手机加速度传感器等。
机械工程中的微机电系统与纳米技术
机械工程中的微机电系统与纳米技术随着科技的飞速发展，机械工程领域也在不断创新与进步。
其中，微机电系统（MEMS）与纳米技术成为了研究热点。
本文将介绍微机电系统与纳米技术在机械工程中的应用，并探讨其在未来的发展前景。
一、微机电系统微机电系统，简称MEMS，是一种综合利用微加工技术、传感器技术和微电子技术相结合的微型装置。
它的特点是尺寸小、功耗低、成本较低，并且能够实现与机械设备的高度集成。
由于其独特的优势，微机电系统在机械工程中应用广泛。
首先，MEMS技术可以用于开发各种传感器。
例如，加速度传感器可以测量物体的加速度，应用于汽车安全气囊、智能手机的屏幕旋转等方面。
压力传感器可以测量流体的压力，应用于气压传感器、血压计等设备。
温度传感器可以测量环境温度，广泛应用于温度控制系统中。
这些传感器的微小大小使得它们可以嵌入到各种设备中，带来更加精确的数据采集和控制。
其次，MEMS技术还可以应用于纳米级的机械结构。
例如，微型梁、薄膜和弯曲式电机等结构，能够实现微型和纳米级的机械操作。
这些结构可以应用于光学设备、生物医学器械等领域。
通过MEMS技术的应用，可以制造出尺寸更小、精度更高、功耗更低的机械装置，推动了机械工程的发展。
二、纳米技术纳米技术是利用纳米级尺寸材料的性质进行制造和应用的技术。
纳米级的尺寸使得物质具有了独特的性能和行为，这些性能在机械工程中有着广泛的应用前景。
首先，纳米技术可以用于制造高强度和轻量化的材料。
例如，纳米纤维材料具有超强抗拉强度和柔韧性，被广泛应用于制造高性能的复合材料。
此外，纳米材料还可以用于制造超硬的切削工具，提高机械加工的效率和质量。
其次，纳米技术在精确加工和纳米装配方面也有广泛应用。
纳米级的加工技术可以实现超高精度的部件制造，提高机械设备的精度和性能。
同时，纳米级的装配技术可以实现微型器件的装配和组合，推动微机电系统的发展。
三、未来发展前景微机电系统与纳米技术的结合在机械工程领域有着巨大的潜力。
MEMS的原理及应用
MEMS的原理及应用前言微机电系统（Micro Electro-Mechanical Systems，MEMS）是一种将微米尺度的机械元件和微电子元件集成在一起的技术。
它结合了机械学、电子学和计算机科学等领域的知识，广泛应用于各个领域。
本文将介绍MEMS的原理及其在不同领域的应用。
MEMS的原理MEMS的核心原理是利用微米尺度的机械结构来感知和操控物理量。
这些微米尺度的结构通常由硅或其他材料制成，并且与电子元件集成在一起。
MEMS器件利用微机械结构的运动或变形来实现各种功能。
下面是一些常见的MEMS原理：1.微加工技术：MEMS器件通常是通过光刻和微加工技术制作的。
这些技术允许制造出微米级别的机械结构和电子元件。
2.机械传感器：MEMS器件中最常见的一类是机械传感器，用于感知物理量如压力、加速度、温度等。
典型的机械传感器包括压力传感器、加速度传感器和陀螺仪等。
3.微操控器件：除了传感器，MEMS还包括微操控器件，用于操控物理量如运动、振动等。
例如，微镜头用于手机的自动对焦功能就是一种微操控器件。
4.集成电子元件：最重要的一点是，MEMS器件通常与集成电子元件一起工作。
传感器通过电子元件将感知到的物理量转化为电信号，而操控器件则接收电信号并操控相应的物理量。
这种集成使得MEMS器件具有高度的智能化和自动化能力。
MEMS的应用MEMS技术在各个领域都有广泛的应用。
下面列举了几个典型的应用领域：1. 电子设备•手机：MEMS技术使得手机具备了更多的功能，如自动对焦摄像头、陀螺仪和加速度传感器等。
•智能手表：智能手表中的MEMS技术可以实现计步器、心率监测和气压计等功能。
•耳机：MEMS技术可以用于制作微型麦克风和降噪器，提高音质和通话质量。
2. 医疗领域•生物传感器：MEMS技术可以用于制作微型生物传感器，实现疾病的早期诊断和监测。
•药物传递系统：利用MEMS技术，可以制作微型药物传递系统，实现精确的药物控制和释放。
MEMS微机电系统(Micro-Electro-Mechanical Systems)
MEMS是微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems）的英文缩写。
MEMS 是美国的叫法，在日本被称为微机械，在欧洲被称为微系统，它是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的，目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域，从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。
MEMS主要包括微型机构、微型传感器、微型执行器和相应的处理电路等几部分，它是在融合多种微细加工技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科。
MEMS技术的发展开辟了一个全新的技术领域和产业，采用MEMS技术制作的微传感器、微执行器、微型构件、微机械光学器件、真空微电子器件、电力电子器件等在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们所接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。
MEMS技术正发展成为一个巨大的产业，就象近20年来微电子产业和计算机产业给人类带来的巨大变化一样，MEMS也正在孕育一场深刻的技术变革并对人类社会产生新一轮的影响。
目前MEMS市场的主导产品为压力传感器、加速度计、微陀螺仪、墨水喷咀和硬盘驱动头等。
大多数工业观察家预测，未来5年MEMS器件的销售额将呈迅速增长之势，年平均增加率约为18%，因此对对机械电子工程、精密机械及仪器、半导体物理等学科的发展提供了极好的机遇和严峻的挑战。
MEMS是一种全新的必须同时考虑多种物理场混合作用的研发领域，相对于传统的机械，它们的尺寸更小，最大的不超过一个厘米，甚至仅仅为几个微米，其厚度就更加微小。
采用以硅为主的材料，电气性能优良，硅材料的强度、硬度和杨氏模量与铁相当，密度与铝类似，热传导率接近钼和钨。
采用与集成电路（IC）类似的生成技术，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。
微机电系统MEMS简介
陀螺仪
总结词
用于测量或维持方向的传感器
详细描述
陀螺仪是一种基于角动量守恒原理的传感器，用于测量或维持方向。它通过测量物体旋转轴的方向变 化来工作，通常由高速旋转的陀螺仪转子组成。陀螺仪广泛应用于导航、姿态控制、游戏控制等领域 ，如智能手机、无人机和导弹制导系统等。
压力传感器
总结词
用于测量流体或气体压力的传感器
MEMS市场应用领域
消费电子
汽车电子
医疗健康
工业自动化
MEMS传感器在消费电子产品 中的应用广泛，如智能手机、 平板电脑、可穿戴设备等。这 些设备中的传感器用于运动检 测、加速度计、陀螺仪、气压 计等。
随着汽车智能化的发展， MEMS传感器在汽车领域的应 用也越来越广泛，如车辆稳定 性控制、安全气囊、发动机控 制等。
MEMS材料
单晶硅
单晶硅是MEMS制造中最常用的材料 之一，具有高强度、高刚度和良好的 化学稳定性。
多晶硅
多晶硅在MEMS制造中常用于制造柔 性结构，具有较好的塑性和韧性。
玻璃
玻璃在MEMS制造中常用于制造光学 器件，具有较高的透光性和稳定性。
聚合物
聚合物在MEMS制造中常用于制造生 物传感器和柔性器件，具有较好的生 物相容性和可塑性。
集成化
未来的MEMS系统将更加集 成化，能够将多个MEMS器 件集成在一个芯片上，实现 更高效、更低成本的应用。
03
CATALOGUE
MEMS传感器与器件
加速度传感器
总结词
用于测量 物体运动状态的传感器
详细描述
加速度传感器是一种常用的MEMS传感器，主要用于测量物体运动状态的加速度。它通常由质量块和弹性支撑结 构组成，通过测量质量块因加速度产生的惯性力来计算加速度值。加速度传感器广泛应用于汽车安全气囊系统、 手机和平板电脑的姿态控制、运动检测等领域。
mems微机电系统名词解释
mems微机电系统名词解释MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems，微机电系统）是一种集成微型机械、电子与传感器功能于一身的微型设备。
它结合了传统的机械制造技术、半导体工艺和微纳米技术，将微型机械部件、传感器、电子电路以及微纳加工技术集成在一个晶圆上，以实现微型化、多功能化和集成化的目标。
以下是一些与MEMS相关的名词解释：1. 传感器（Sensor）：一种能够感知并转换外部物理量、化学量或生物量的设备，可以将感应到的物理量转化为电信号。
2. 执行器（Actuator）：一种能够接收电信号并将其转化为相应的机械运动的设备，用来实现对外界的控制或作用。
3. 微型机械（Micro-Mechanical）：指尺寸在微米或纳米级别的机械部件，由微细加工技术制造而成，具有微小、精确和高效的特点。
4. 纳米技术（Nanotechnology）：一种研究和应用物质在纳米尺度下的特性、制备和操作的技术，常用于MEMS器件的加工制造。
5. 惯性传感器（Inertial Sensor）：一种基于测量物体运动状态和变化的MEMS传感器，如加速度计和陀螺仪。
6. 压力传感器（Pressure Sensor）：一种可以测量气体或液体压力的MEMS传感器，常用于汽车、医疗、工业等领域。
7. 加速度计（Accelerometer）：一种测量物体在空间中加速度的MEMS传感器，常用于移动设备、运动检测等应用。
8. 微镜（Micro-Mirror）：一种利用MEMS技术制造的微型反射镜，通常用于显示、成像和光学通信等应用。
9. 微流体器件（Microfluidic Device）：一种用于实现微小流体控制的MEMS器件，常用于生化分析、药物传递和微生物学研究等领域。
10. 无线传感器网络（Wireless Sensor Network）：一种由多个分布式的MEMS传感器节点组成的网络系统，可以实现对环境信息的实时采集、处理和通信。
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Fig. 9. “Pick and place” task of an optical fiber of 125m in diameter. The micro-ripper is approaching the optical fiber, is gripping it and picking it up.
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1.2 总体结构
电磁驱动的微夹持 器装在一个不锈钢 支架上，为适应工 作区域该支架可人 工定位于0~180°间 的一个工作角。支 架安装在自动控制X， Y，Z轴的定位系统 上。光纤和橡胶微 粒等所有被夹持的 微粒放在另一个移 Fig. 1c a more general view of the micro-gripping 动平台上。 system showing the automatically controlled x, y, 工作速度20µm /s. z positioning system as well as the mobile
MEMS
一种微夹持系统的研制
讲述者 : 于冲 学 号 : 10721240 专 业 : 精密仪一种半自动微夹持系统，其由一个微夹持器和一 个X，Y，Z轴定位系统组成。该微夹持器包含两个一自由 度的手指，由非晶、软磁材料制成，并由电磁驱动。该微 夹持器通过一个手动调节的不锈钢支架和三自由度定位系 统相连。其位置经光学检测，由具有易读特点和位置连续 跟踪功能的数字量仪指出。系统所有轴都是由步进电机驱 动，操纵中能实现微粒的精确定位。最后，该微夹持系统 在大气条件下借助光学显微镜进行了“取放” 实验。夹 持力经评估为良好。
参考文献
[1] 韩江义,游有鹏,王化明,等.一种带力传感的微夹持器设计及试验[J].机 器人,2009,31(01):67-71.
[2] 孙立宁,陈涛,邵兵,等.具有感知功能的四臂式MEMS微夹持器研制[J].光 学精密工程,2009,17(08):1878-1883.
[3] I. Giouroudi, H. Hötzendorfer, J. Kosel, et al. Development of a micro-gripping system for handling of micro-components [J]. Precision Engineering 2008,32(2):148-152. [4] 荣伟彬,谢晖,王家畴,等.一种集成三维微力传感器的微夹持器研制[J]. 压电与声光,2007,29(02):175-178. [5] Giouroudi I, et al. Design of a micro-gripping system for micro-handling and assembly. In: Proceedings of the advanced engineering design (AED) conference, Prague. 2006. [6] 陈立国,荣伟彬,孙立宁.面向微操作的组合式微夹持器[J].哈尔滨工业大 学学报,2006,38(06): 862-864.
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在大气环境中借助光学显微镜进行了光纤（直径 125µm）和焊丝（直径为50µm）的“取放”实验，如 图8所示（图片在显微镜下拍摄）。
Fig. 8. Photo taken under the microscope during manipulation (approach and gripping) task of an optical fiber of 125m in diameter.
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4.2 展望
随着MEMS技术的快速发展及其系统结构的日益 复杂化，微装配/微操作技术的研究引起国内外相关研 究者的日益重视，微夹持技术作为其重要一面，地位 日益突出。 应当看到，目前对有关理论和应用的研究还远远 不够，在新材料、测量手段、控制方法等方面都还有 许多问题没有得到完全解决。比如在此系统的研究中 就发现： Ⅰ. 当微夹持器末梢接近微粒时出现了粘附，特别当材 料是铁制零件。 Ⅱ. 试验中微夹持器手指、末梢上的温度特性，与驱动 器上的温度特性表现的也不一样。
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5. 思考
Ⅰ. 微夹持器末梢的力的作用机理？怎么知道应通的 电流量？其灵敏度如何？ Ⅱ. 微粒很小，怎么削弱或消除微夹持器接近微粒过 程中的吸附？ Ⅲ. 夹持器手指及末梢都有软磁材料制成，怎样避免 其易受其它磁场干扰等影响？
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That’s all !
Thank you !
于冲
2010.11 chyu739@
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目录
1. 引言与总体结构 2. 微夹持器与定位系统
3. 实验 4. 结论与展望
5. 思考
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1. 引言与总体结构
1.1 引言
微、小型系统中操持、装配和检测等领域都要涉及微小 型元件的操持，然而由于微、小型系统本身的特点，微小型 元件的有效操持成了MEMS领域最具挑战性的任务之一，也 成了制约MEMS发展及应用的关键技术之一。近年来，随着 MEMS技术的发展，研究人员对微操作技术的研究表现出越 来越浓的兴趣。 这里，设计和开发一种灵活、价格低廉、半自动微夹持 系统，以便解决一些工程实际问题，并希望能够进行较广泛 的应用。
处于张开状态时微夹持器一手指上的力近似为：
在大多数应用中，被夹持物应比手指末梢张开范围R小， 微夹持器需要在一定程度上接近被夹持物。在这种情况 下，要考虑到： （一）Fmag随着手指和驱动器之间距离的减小而增加； （二）Fmech是弯曲手指克服其刚度所需要的力。
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操作中微夹持器末梢、微夹持器手指和驱动器上的温度由K型 （镍/ 镍铬）热电偶衡量。微夹持器不间断操作一段时间进行 评测，并重复进行以尽可能消除偶然误差。结果显示：在给定 的条件下，10mm长微夹持器手指的热膨胀可以忽略不计，因 为温度每变化1°手指长度的变化小于0.1µm。
2.2 定位系统
定位系统是包括一个能 沿X，Y，Z轴移动的平台， 有微夹持器的不锈钢支架安 装于其上，还包含另外一个 放置微、小型元件（待操持 元件）的移动平台。所有轴 都由商用粘滑电机驱动，步 长为30µm，频率为2 kHz， 速度为12mm/min。。定位 系统由LabVIEW程序控制。
Fig. 6. Schematic diagram
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用重力乘以质量，就可以得到结果曲线。图7是运用公 式（1）得到的模拟值和测得的对应于电流的夹持力的 对比图。可以看出结果是相当一致的。
Fig. 7. Dependence of gripping force F on dc applied current I.
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Fig. 10. Detailed photos of the “pick and place” task shown in Fig. 9.
4. 结论与展望
4.1 结论
这里，设计和开发一种灵活、价格低廉、半自动 微夹持系统，其由一个微夹持器和一个X，Y，Z轴定 位系统组成。 该微夹持器包含两个一自由度的手指，其由非晶、 软磁材料制成，并由电磁驱动。 微夹持器的位置由数字量仪实时给出，以便于及 时调整。系统所有轴都是由步进电机驱动，操纵中能 实现精确定位。 最后，对该微夹持系统进行了力评估，并在大气 条件下借助光学显微镜进行了微粒的“取放” 实验， 结果较为理想。
platform on which the particles are placed.
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Fig. 1a Photo of the micro-gripping system Fig. 1b Photo of the electromagnetically actuated microgripper
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可以预见，今后一段时间微夹持系统的发展可能集中在 以下几个方面：
Ⅰ. 视觉技术 微操作中对精度要求越来越高，视觉信息的获取、 视觉的引导等将成为主要研究方面。 Ⅱ. 微夹持器 由于微夹持器不仅要满足微操作条件下复杂的力不 确定性，而且必须具有一定的自由度以满足各种不同 的操作。因此，其合理设计与制造也是重要环节。 Ⅲ. 微驱动和控制技术 总之，未来的发展方向应当是融合微电子、材料、机械、 计算机等技术来解决微观领域问题。
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3. 实验
为了表征微夹持系统，评估其执行效率，进行了力评估和 微粒“取放”操作实验。在力评估中，通过测量线圈中的 电流值来评估微夹持器所取微粒的质量，如图5所示。
Fig. 6. Photo taken under the microscope during the force evaluations of the micro-gripper. Different rubber masses of different weight were lifted (approach of the micro-gripper and pick) while different values of current were applied.
手指及其末梢是由冷激光切割而成的。手指末梢的形状如 图2所示。这种形状有助于从很多微型零件中抓取零件，既使这 些零件放置的非常紧密。
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驱动器包括一个高度定向缠绕FeSi结晶片的双层线圈（120 匝，直径70µm）。芯体使用电火花加工（EDM）技术制成。 手指通过烧/粘接固定在其左右两侧（如图3所示）。手指由 驱动器产生的磁场对称激活。微夹持器的张开和闭合由所施 加的交流电控制（0~600mA）。