文献综述
- 课题研究背景
1.1微型工厂
微型工厂是由微型化的机床和操作器组成微型制造系统，按照生产方式可以分为分散型和集中型 2类，常见的有桌面微型工厂、微型化学反应系统和微型机器人协作生产系统。微型工厂有关的技术在飞快地发展，而与传统工厂一样，微型工厂同样需要微型的传输装置。工业产品因为消费者对功能和小型化的要求越来越高，产品设计的难度和成本随之提高。为了解决相关问题，机械工程实验室（MEL）在1990年提出了一种小型生产系统，微型工厂（microfactory）的概念。它的出现节省了空间和资源，并促进了生产线布局的改变。微型工厂的组件设备、系统的尺寸和重量都非常小，因而设备的驱动能量，以及控制系统环境所需的能量随着尺寸的减小而减小。并且由于设备的重量轻，惯性力降低，可以迅速、高速、高定位精度地驱动设施本身。随着微型工厂的出现，制造系统的灵活性增加，生产系统布局的改变也越来越容易 [1]。相应的，微细加工技术在各种领域上也有着巨大的应用前景。当前，在某些领域大批量应用和生产的微型机械产品，如微型压力传感器、微细加速度计等以及非常成熟，并占据了巨大市场。在未来，随着先进开发生产体系的出现，为维护设计的现场制造系统会越来越灵活，我们可能在超市、办公室和家中使用高效快速的制造系统，而微型工厂在真空、微重力及极端环境的应用也会越来越多[2]。
1.2微型传输装置
微型化制造设备与系统设计的技术有两个方面，一个是单元微型化技术，另一个是系统集成化技术。在单元微型化方面，由于受到空间尺寸的限制 ,要求尽可能减少驱动器与执行机构的中间环节 ,采用新结构原理设计的传动装置。而从系统集成化的角度上看，在制造系统中 ,把制造资源转变为产品或零件的制造过程 ,实质上是一个物料流动的动态过程，有必要对微型制造系统的物料动态控制进行研究。在这种情况下，作为微型工厂不可或缺的组成元素，微型传输系统（micro-conveyance system）一般都是由执行器组成，微执行器阵列则是微型传输系统的一种可行方案。微型制造系统的实现首先基于每一个组成单元的微型化 ,单元微型化要求各个组成装置和元器件达到微型化 ,在微小空间内有着能量转换、运动传递和调节控制等功能 ,以实现规定的动作和精确度。有了微型传输系统，相应的，开环控制的数字型执行器形成的阵列可以解决器件微型化的问题，省略了传感器的使用，其占用的空间更小。
1.3数字型执行器
微执行器是将电信号转化为微动作或微操作的MEMS器件。传感器可以实现能量的转化，从而将加速度、热等现实世界的信号转换为系统可以处理的电信号。而微执行器则根据信号处理电路发出的指令自动完成人们所需要的操作。信号处理部分则可以进行信号转换、放大和计算等处理。这一系统还能够以光、电等形式与外界进行通信，并输出信号以供显示，或与其它系统协同工作，构成一个更大的系统。现有的微执行器主要包括微马达、微齿轮、微泵、微阀等。数字型执行器使用开环控制，其行程误差不能靠传感器负反馈弥补，因而微加工是一个必然的选择。目前来看，微加工技术呈现如下的发展趋势：加工材料多样化，加工方法多样化，高效率、低成本的加工方法以及微细加工机理的深入研究。
1.4微细加工技术与微机电系统
微细加工技术指能够制造出微小型尺寸零件的加工技术的总称，起初是由半导体集成电路制作工艺发展而来的工艺方法，其典型的应用就是大规模集成电路（VLSL）和超大规模集成电路（ULSL）的加工制造。微细加工技术包括微细切削技术、光刻技术、刻蚀技术、超薄膜形成技术、离子注入加工技术、特种电加工技术和超声微加工技术等，其中光刻技术是微细加工技术的主流技术，也是应用最广的一种技术，例如实验室内利用飞秒激光进行的微纳米加工技术，离子刻蚀技术致薄探测器探头，可以大大提高其灵敏度。 最近的几十年微型加工技术（Microfabrication technologies）不断发展，在二十世纪末，电感耦合等离子体(ICP)反应器被引入硅反应离子刻蚀(RIE)过程，出现了深反应离子刻蚀(DRIE)技术[3]。微成型（micromolding）技术，利用由光刻描出形状的光刻胶图案结合金属的电镀技术正得到越来越多的应用。它是对更成熟的微加工技术的补充，特别是表面微加工[4]。对微细机构（microstructures）的控制和制造技术的进展让机器的小型化成为可能，微型机械也与我们的生活日益相近。
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