Рука микроманипулятора

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизации технологических процессов. Целью изобретения является повышение надежности и точности позиционирования за счет исключения образования люфтов между элементами привода и звеньями. Перемещение исполнительного органа в пространстве происходит за счет поворота одного или нескольких звеньев руки микроманипулятора. Для этого шарнир перемещаемого звена расфиксируется путем снятия постоянного напряжения с электродов пьезоэлектрического кольца 6, охватывающего сферическую поверхность части шарнира, закрепленного на соседнем звене, и подачи на эти электроды высокочастотного напряжения, резко снижающего трение между поверхностями сферы и охватывающего сферическую поверхность части шарнира кольца. Одновременно на электроды отдельных секторов пьезоэлементов привода, контактирующих со сферой 3 через башмак 7, подается высокочастотное напряжение со сдвигом фаз и сектора, работающие как концентраторы колебаний колеблют башмак 7, заставляя его совершать эллипсообразное движение, сообщающее охватывающей части шарнира однонаправленное движение. По окончании перемещения на кольцо 6 вновь подается постоянное напряжение, а сектора через башмак упруго поджимаются к сфере 3 шарнира. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

ЩСГ1УБЛИК

А1

„„Я0„„1548044

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flo изОБРетениям и ОтнРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4441637/31-08 (22) 15.06.88 (46) 07.03.90. Бюл. № 9 (71) Шяуляйский педагогический институт и м. К. П рейкш аса (72) 3.-П. Ю. Алякна и PВ. К. Улозас (53) 621-229.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 971642, кл. В 25 J 1/02, 1981. (54) РУКА МИКРОМАНИПУЛЯТОРА (57) Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для автоматизации технологических процессов. Целью изобретения является повышение надежности и точности позиционирования за счет исключения образования люфтов между элементами привода и звеньями. Перемещение исполнительного органа в пространстве происходит за счет поворота одного или нескольких звеньев руки микроманипулятора. (51)5 В 25 J 18 00 В 25 J 7 00, 17/00

Для этого шарнир перемещаемого звена расфиксируется путем снятия постоянного напряжения с элекродов пьезоэлектрического кольца б, охватывающего сферическую поверхность части шарнира, закрепленного на соседнем звене, и подачи на эти элекроды высокочастотного напряжения, резко снижающего трение между поверхностями сферы и охватывающего сферическую поверхность части шарнира кольца. Одновременно на электроды отдельных секторов пьезоэлементов привода, контактирующих со сферой 3 через башмак 7, подается высокочастотное напряжение со сдвигом фаз и сектора, рабо тающие как концентраторы колебаний, колеблют башмак 7, заставляя его совершать эллипсообразное движение, сообщающее охватывающей части шарнира однонаправленное движение. По окончании перемещения на кольцо 6 вновь подается постоянное напряжение, а сектора через башмак упруго поджимаются к сфере 3 шарнира. 3 ил.

1548044

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для автоматизации технологических процессов.

Целью изобретения является повышение надежности и точности позиционирования за счет исключения образования люфтов между элементами привода и звеньями.

На фиг. 1 схематически изображена рука микроманипулятора; на фиг. 2 — шарнир, разрез; на фиг. 3 — разрез А — А на фиг. 2.

Рука микроманипулятора состоит из установленного на основании 1 звена 2, соединенного со сферой 3 шарнира, охватываемой сферическим элементом 4 шарнира, прикрепленным к следующему промежуточному звену 5 руки микроманипулятора.

Число шарниров определяется конструкцией руки микроманипулятора. К конечному звену руки микроманипулятора крепится схват. В сферическом элементе 4 шарнира установлен фиксатор, выполненный в виде пьезоэлектрического кольца 6, охватывающего сферу 3 шарнира по ее наружному диаметру (фиг. 2) .

Со сферой 3 через башмак 7 сопряжена полая пьезоэлектрическая полусфера 8 привода звена, разделенная пазами от ее основания 9 до вершины 10 на идентичные, соединяющиеся в вершине 10 отдельные сектора 11, основанием 9 прикрепленные к подпружиненному (при помощи пружины 12) держателю

13. Упругий прижим полой пьезоэлектрической полусферы 8 к сфере 3 регулируется винтом 14.

Ось У вЂ” У симметрии полой пьезоэлектрической полусферы 8, проходящая через ось симметрии промежуточного элемента 5 и башмака 7, проходит через центр вращения О сферы 3. Толщина стенки полой пьезоэлектрической полусферы 8 может быть как одинаковой во всех ее поперечных сечениях, так и убывающей от основания 9 полусферы 8 до ее вер ш и ны 10. Наименьшее число секторов 11 полусферы 8, обеспечивающее вращение промежуточного звена 5 вокруг центра сферы 3, три. Увеличение числа секторов 11 ведет к расширению диапазона управления рукой микроманипулятора. Электроды секторов 11 пьезоэлектрической полусферы 8 около вершины 10 полусферы 8 отделены друг от друга. В центре вершины 10 полусферы 8 крепится башмак

7. Электроды секторов 11 полой пьезоэлектрической полусферы 8, а также электроды пьезоэлектрического кольца 6 подключены к общей системе 15 управления (фиг. 3). Поверхность пьезоэлектрического кольца 6, сопряженная со сферой 3 шарнира, покрыта износостойким материалом (не показано).

Система 15 управления руки микроманипулятора содержит в себе источник 16 постоянного напряжения и фазосдвигающую схему 17, соединенную с источником 18 высокочастотного напряжения.

Рука микроманипулятора работает следующим образом. тем более, чем больше соотношение площадей сечения оснований 9 секторов 11 с площадью сечения вершины 10 полусферы 8, т. е. места, к которому прикреплен башмак 7.

При подаче от системы 15 управления высокочастотного напряжения со сдвигом

Для получения заданного положения руки микроманипулятора должен сработать тот или иной шарнир или группа шарниров в заданном направлении и последовательности. В неподвижном положении сфера

3 шарнира фиксируется из-за трения между башмаком 7 полой пьезоэлектрической полусферы 8 и сферой 3 шарнира, а также !ежду сферой 3 и охватывающим ее пьезоэлектрическим кольцом 6. На электроды

10 пьезоэлектрических колец 6 всех шарниров от источника 16 постоянного напряжения системы 15 управления подается напряжение, из-за чего пьезоэлектрические кольца увеличиваются в своих габаритах и надежно фиксируют (сжимают) сфер6! 3 шарниров.

При необходимости изменить положение любого промежуточного звена 5 руки микроманипулятора с электродов пьезоэлектрического кольца 6 заданного шарнира снимается постоянное напряжение и габариты пьезо20 электрического кольца 6 уменьшаются. На электроды пьезоэлектрического кольца 6 от источника 18 высокочастотного напряжения системы 15 управления подается высокочастотное напряжение. Между пьезоэлектрическим кольцом 6 и сферой 3 шарнира создается вибрационная пленка, из-за чего трение между пьезоэлектрическим кольцом 6 и сферой 3 шарнира резко уменьшается.

Промежуточное звено 5 в заданном положении удерживает создавшаяся сила трения между башмаком 7 полой пьезоэлектрической полусферы 8 и сферой 3 шарнира.

Одновременно с подачей высокочастотного напряжения на электроды пьезоэлектрического кольца 6, на электроды отдельных секторов 11 полой пьезоэлектрической полусферы 8 подается высокочастотное напряжение со сдвигом фаз от источника 19 высокочастотного напряжения через фазосдвигающую схему 17 системы 15 управления.

Так как сектора 11 имеют в плане (фиг. 3) трапецеидальную форму и у основания 9 в несколько раз шире, чем около вершины 10, то сектора 11 работают как концентраторы колебания и башмак 7 вибрирует с увеличенной амплитудой. При этом, если стенка полой пьезоэлектрической полусферы 8 вы45 полнена с убывающей от основания 9 к вершине 10 толщиной, то сектора 11 усиливают вибрации в большей степени. Амплитуда колебаний башмака 7, прикрепленного к самому тонкому месту полой пьезоэлектрической полусферы 8 — вершине 10, БО связывающей в одно целое как бы несколько концентраторов (секторов 11), усиливается

1548044

6 фаз на электроды отдельных секторов 11 полой пьезоэлектрической полусферы 8 получаем сложное эллипсообразное движение башмака 7. При этом в каждом цикле колебаний башмак 7 взаимодействует на части траектории своего движения со сферой 3 шар- 6 нира, сообщая сферическому элементу 4 шарнира однонаправленное движение. На другой части эллипсообразной траектории движения башмак 7 отводится от сферы 3 шарнира и, двигаясь в противоположную 10 сторону, не препятствует однонаправленному движению сферического элемента 4 шарнира. При изменении фазового сдвига высокочастотного напряжения, подаваемого на электроды отдельных секторов 11 полой пьезоэлектрической полусферы 8, можно из- 16 менять как скорость, так и направление движения башмака 7 по замкнутой траектории, регулируя тем самым скорость и направление перемещения сферического элемента 4 шарнира, а значит и промежуточного звена 5 руки микроманипулятора. При отключении питания от электродов секторов

I 1 полой пьезоэлектрической полусферы 8 башмак 7 перестает совершать эллипсообразные движения и между ним и сферой 3 шарнира резко возрастает трение, башмак 7 становится тормозом, сферический элемент 4 шарнира перестает вращаться вокруг оси О. Одновременно с электродов пьезоэлектрического кольца 6 снимается высокочастотное напряжение от источника 18 высокочастотного напряжения системы 15 управления, пьезоэлектрическое кольцо 6 перестает вибрировать и на электроды кольца 6

6 от источника 16 постоянного напряжения системы !5 управления подается постоянное напряжение. Пьезоэлектрическое кольцо

6 меняет свои габариты (увеличивается) и надежно фиксирует шарнир.

Формула изобретения

Рука микроманипулятора, содержащая последовательно соединенные при пдмощи шаровых шарниров звенья и приводы их перемещения, включающие установленные в шарнирах пьезоэлектрические элементы и связанную с ними систему управления, состоящую из фазосдвигающего устройства и источников постоянного и высокочастотного напряжений, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и точности позиционирования за счет исключения образования люфтов между элементами привода и звеньями, она снабжена фиксаторами положения звеньев, каждый из которых выполнен в виде кольца из пьезоэлектрического материала, закрепленного на охватывающей части шарового шарнира с возможностью взаимодействия его внутренней поверхности со сферической поверхностью охватываемой части, а пьезоэлектрические элементы привода звеньев выполнены в виде полой полусферы, разделенной пазами на идентичные сектора, связанные между собой в верхней точке полусферы, при этом полусфера установлена в охватывающей части шарнира и подпружинена к ней с возможностью взаимодействия с поверхностью сферы охватываемой части через башмак, установленный на полой полусфере.

1548044

Сост а вит ель Ф. Майор о в

Редактор Л. Гратилло Техред И. Верес Корректор М. Кучерявая

Заказ 105 Ти ра ж 697 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, !01