狭小空间内pL级超微量点胶是胶接技术的难点, 针对这个问题, 开发了pL级超微量自动点胶笔。基于转印式点胶分液原理, 通过移液针穿过装有胶液的玻璃微管, 获取胶滴, 利用胶滴在点胶面上的转移分离, 实现超微量点胶。开发的点胶笔全长仅为65 mm, 最小分辨率0.24 μm/step, 最大行程7 mm, 点胶笔通过USB接口连接到上位机上, 可以实现对点胶过程的控制。通过大量实验, 研究了点胶笔的性能, 并将其应用到直径170 mm, 长度350 mm小空间密封腔内, 直径5~20 μm的微孔胶封上。实验结果表明: 开发的点胶笔, 装夹方便, 重复精度高, 即适用于覆盖式封孔, 也适用于插入式封孔。通过调整点胶笔移液针的种类、尺寸、移动速度和封胶方式, 可以在密闭小空间内, 压力环境变化的工况下, 实现微孔的pL级密封, 最小封胶量为4.4 pL, 满足工程需要, 为小空间内的封胶提供了有效技术途径。

为了搭建在轨组装的地面模拟实验系统, 设计了一种基于冷气推进、能够自由漂浮的三自由度自由飞行机器人模拟器, 并对模拟器的结构设计、气路系统、动力学建模和控制系统进行了研究。采用模块化设计对主体结构进行不同功能的分区, 并结合工作原理对模拟器的承载能力进行了分析和实验验证。然后, 采用部分解耦的方式对喷嘴进行了布置, 进一步设计了整个气路系统, 并对影响喷嘴推力的因素进行了理论分析和实验验证。最后, 采用牛顿-欧拉法建立了模拟器的动力学方程, 联合Simulink和Adams, 搭建了控制仿真模型并进行了运动仿真。实验结果显示, 模拟器能够承载800 kg以上的重量, 单方向上能够达到8 N的力, 整体运行时间能够达到30 min。模拟器对参考输入有很好的跟踪效果, 能够为超冗余模块化机械臂的地面实验提供可移动载体。

针对微装配/密封工程对用胶量超微化(≤1 pL)的需求, 提出了一种既适用于接触式点胶, 也适用于非接触式点胶的超微量点胶方法。采用移液针穿过装有胶液的玻璃微管, 在移液针先端吸附微小胶滴, 当移液针先端靠近点胶面时, 其先端吸附的微小胶滴与点胶面接触, 移液针离开点胶面后, 微小胶滴的一部分将残留在点胶面上, 实现超微量点胶。通过匹配点胶的参数, 实现点胶量的控制。该方法可以适用于任何黏度(1~3.5×105 cP)的胶液、任意空间方向的超精密点胶。实验讨论了移液针直径和点胶距离(移液针先端与点胶面的距离)对点胶性能(胶斑直径)的影响; 在此基础上, 匹配移液针直径、点胶距离、玻璃微管内径和点胶速度等参数, 实现了胶液黏度为971 cP, 点胶量为40 fL、170 fL、180 fL在3种亲水性不同的点胶面上的微量点胶; 以及胶液黏度为3×104 cP, 胶斑直径为243.9 μm时的超微量点胶。实验结果验证了提出方法的可行性。