Mikrometriliikkeisiin soveltuvan pienoismanipulaattorin kehittäminen

Työssä suunniteltiin ja valmistettiin kolmijalkainen pienoismanipulaattori, jonka ensisijaisena sovellusalueena on mikrobiologia. Laitteeseen on kiinnitetty ohut terävä neula. Mikroskooppiin kytketyn kameran avulla käyttäjälle välittyy kuva kohteesta, joten käyttäjä voi tietokoneen näppäimistön avulla ohjata neulan liikettä. Manipulaattori on Stewartin tason kaltainen rinnakkaisrakenne. Työn alussa luodaan yleiskuva rinnakkaisrakenteisista manipulaattoreista. Rakenteella saavutetaan hyvä paikoitustarkkuus, mutta työalue on pieni. Myös rakenteelle sopivia suoraviivaisen liikkeen toimilaitteita käsitellään. Manipulaattori koostuu kolmesta pietsohydraulisesta toimilaitteesta. Pietsokiekon liike on vahvistettu hydraulisesti palkeen avulla. Koska siirrettävät nestemäärät ovat mikrolitrojen suuruisia, pienintäkään vuotoa ei sallita. Tämän vuoksi oikeiden tiivisteratkaisujen hakeminen on keskeistä toimilaitesuunnittelussa. Testeissä saatiin toimilaitteen kokonaissiirtymäksi noin kaksisataa mikrometriä. Toimilaitetesteissä huomattiin palkeen taipuvan helposti ja olevan melkoinen värähtelijä. Rakennettavassa manipulaattorissa palkeeseen voisi kohdistua liian suuria voimia, mikä johtaisi palkeiden nurjahtamiseen. Tämän vuoksi johdettiin työssä palkeen likimääräinen taipumaviiva. Tätä käyttäen tehtiin Adams-ohjelmaan malli palkeista koostuvasta manipulaattorista. Mallilla tutkittiin palkeen taipumiskäyttäytymistä. Keskeistä työssä on manipulaattorin ja toimilaitteen suunnitteluun ja valmistukseen liittyvät asiat. Manipulaattorin suunnittelun apuna käytetään kolmiulotteista CAD-ohjelmistoa (Pro/Engineer). Näköjärjestelmän avulla todettiin pienoismanipulaattorin työalueen olevan vaakatasossa noin millimetri ja pystysuunnassa noin kaksisataa mikrometriä. Neulan kärjen pienin liike on alle mikrometri