Привод микроманипулятора
Сущность изобретения: в исходном положении подвижное звено 2 удерживается управляемыми фиксаторами 3 и 4. Для перемещения звена 2, например, вправо на один шаг отключается фиксатор 3 и подается питание на пьезоцилиндр 1, что приводит к увеличению его длины и диаметра.. Таким образом, для перемещения звена 2 используется одновременно радиально|а СЧ|т наклонного положения механйчесшх Швев 5 и 6 и осевое усилия, развиваеШШ Же зоэлементом 1. После смещения звенаГ2 включается фиксатор 3 и выключается фиксатдр 4, а затем снимается напряжение с пьезоэлемента 1.3 ил,,..,.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (!9) (I!) (51)5 В 25 J 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 . . 2 (21) 4811034/08 : управляемыми фиксаторами 3 и 4. Для пере(22) 06.04.90 - мещения звена 2, например, вправо на один (46) 23.08.92. Бюл. М 31 . .:, шаг отключается фиксатор 3 и подается пи(71) Ленийградский институт точной меха- .. тание на пьезоцилиндр 1, что приводит к ники и оптики увеличению его длины и диаметра.. Таким (72) В.И.Бойков, С.В.Быстров, А.В.Смирнов . образом, для перемещения звена 2 испольи М.С,Чежин..... ": зуется одновременно радиальйо за счет на(56) Харди Дж.У, Активная оптика —. ТИИЭР,, клонного положения механических звейъев
1978, т. 66, М 6, с. 63, рис. 29. 5 и 6 и осевое усилия, развиваемйе йьезоэлементом 1. После смещения звена 2 вклю(54) ПРИВОД МИКРОМАНИПУЛятоРА .. чается фиксатор 3 и выключается фйксатор (57) Сущность йзобретения: в исходном по- 4, а затем снимается напряжение с пьезоэложений подвижное -звено 2. удерживается лемента 1. 3 ил.
Изобретение относится к робототехни-.: ет невысокую точйость перемещейий rioке, точному приборо- и машиностроению. движного звена из-за наличия предпочтиИзвестен привод микроманипулятора, тельных дискретных йоложений при содержащий корпус с размещенным в нем фиксации вследствие использования зубчаи ьезо керамическим вибратором, состоя.-, . той рейки, а также имеет малый срок службы щим из двух пьезокерамических стержней, из-за износа зубчатой поверхности рейки. расположенных под углом друг к другу и Наиболее близким к изобретению являсопряженных своими концами с подвижным ется привод микроманипулятора cojдержазвеном (Авт. св. СССР t4 960004, кл. 8 25 J . щий расположенные сооСно вал (подвижное
T/00, 1982). В пьезоэлементах возбуждают- . звено) и пьезоэлемент вфосме цилиндра;кпра ивося импульсйые механические колебания,:: полажным концам коюровприсМдийе и управляепреобразуемые в перемещение подвижного мые фиксаторы,сопряжвннйесвалсм. Heppcrm Ю « - ° .Ъ::::::-:: ствию с ним пьезоэлементов, Устройство . сти вследствие малой величины шага йеремещенияимеет малую нагрузочную способность и не-: Целью изобретения является расширедолговечно вследствие фрикционно-толчко- - ние технологических возможностей"за счет вого характера передачи усилий на увеличения шагаперемещения. подвижное звено.:: -.:::::::. . Это достигается тем, что привод микроИзвестен привод микроманипулятора, манипулятора, содержащий пьезоэлемент, содержащий. подвижное звено с зубчатой противоположные концй которого связаны рейкой и два призматических пьезоэлемен-.: через управляемые фиксаторы с йодвижта с накладками на концах, сопряженнйми ным звеном; снабжен механическими с зубчатой рейкой. Устройство обеспечива-: звеньями, расположеннйми в продольной 1756138 5 и 6 противоположны по знаку. — " г В другом варйанте конструкции устрой- н ства (фиг. 2) в качестве пьезоэлемейта использован -пьезопакет 7 со сквозным " осевым отверстием..;:;::,:. .. 35 Привод микроманипулятофа" работает Л 1 = d31UL/Ü, h1 = 0(бз1В/b + бзз/2), 50 au=d Ue, A Ьт = daiUR/t. плоскости относительно оси подвижного звена, наклонно к этой оси, при этом один конец каждого из механических звеньев связан с пьезоэлементом, а другой —,с соответствующим фиксатором. 5 Расширение технологических возможностей устройство обусловлено использованием радиального усилия, развиваемого пьезоэлементом одновременно с осевым усилием, для дополнительного перемеще- 10 ния подвижного звена, На фиг, 1 показан варйант конструкции — привода микроманипулятора с полым пьезоэлектрическим цилиндром с радиальной поляризацией в качестве пьезоэлектриче-. 15 ского элемента; на фиг. 2 — то же, с пьезоэлектрйческим пакетом с осевой, полярйзацией, имеющим сквозное осевое отверстие: на фиг. 3. — геометрическая схема, поясняющая работу устройства. 20 Привод микроманйпулятора состоит (фиг. 1) из пьезоэлемента в виде полого пьезокерамического цилиндра 1 с радиальной полярйзацией, расположенного соосно с ним подвижното звена 2 в виде жесткого 25 стержня, сопряженного с управляемыми фиксаторами 3 и 4; соединенными с пьезоцилиндром 1 механическими звеньями 5 и 6, направленн ыми наклонно к оси подвижного звена 2; причем углы наклона звеньев следуЮщим образом. В исходном положенйи подвижное звено 2 удерживается относительно пьезоцйлиндра: 1 управляемыми. фиксаторами 3 и 4. Для перемещения по- 40 движного звена 2 вправо отключается фик- сатор 3 и подается питание на пьезоцилйндр. 1. При этом увелйчиваются длина и диаметр пьезоцилиндра 1. Подвижное звено 2, зажатое фиксатором 4, связан- 45 ным" C: правым концом пьезоцилиндра 1, перемещается вправо за "Счет удлинения пьезоцилиндра 1 и дополнительно за счет преобразования изменения его диаметра в линейное йеремещМйе фиксатора 4 и зажатого им подвижного звена 2 с помощью на.клонных звеньев 6, После того, как пьезоцилиндр 1 достигает максимальной деформации, включается фиксатор 3 и выключается фиксатор 4, Напряжение с пьезоцилиндра 1 снимается. При этом уменьшается его длина и диаметр, Уменьшение диаметра пьезоцилиндра 1 преобразуется в линейное перемещение фиксатора 3 и зажатого в нем подвижного звена 2 с помощью наклонных звеньев 5, Так осуществляется использование обратного хода пьезоцилиндра 1 для дополнительного перемещения подвижного звена 2. После того, как пьезоцилиндр 1 возвращается в исходное состоянйе, включается фиксатор 4. отключается фиксатор 3, и весь процесс повторяется, Перемещение подвижного звена 2 влево осуществляется при обратном порядке подключения фиксаторов 3 и 4. Привод микроманипулятора с полым пьезопакетом 7 с осевой поляризацией в качестве пьезоэлемента (фиг. 2) работает аналогиЧно с той лишь разницей, что при увеличении длины пьезопакета 7 его диаметр уменьшается. Величина Смещения подвижного звена 2 Л l при изменении радиуса пьезоэлемента 1 (7) на Ь h (фиг. 3) определяется по формуле где а — угол наклона звеньев 5 {6) к продольной оси подвижно звена 2; h — расстояние от пьезоэлемента 1 (7) до фиксатора 3 (4). Изменение длины L пьезоцилиндра 1 под действием напряжения U, приложенноо через его толщину b, выражается уравнеием где 631 — пьезомодуль в перпендикулярном вектору предварительной поляризации направлении. Изменение радиуса Л h пьезоцилиндра 1 при этом определяется по формуле где бзз -" пьезомодуль в параллельном вектору предварительной поляризации направлении. Изменение длины пьезопакета 7 под действием напряжейия U, приложенного через толщину t составляющих его пьезодисков где N — количество пьезодисков. Изменение радиуса пьезопакета 7 при этом составляет 1756135 Изобретение иллюстрируется следующим примером. Пусть L = 30 мм, R - 20 мм, Ь = 5 мм, Q =- 20О, 0 = 2,5 мм, т = 1 мм, U = 1 кВ, бзз=2.10 Кл/м, дз1=-1.10 Клlм. Для пьеэоцилиндра 1 получаем Л LI = -1,2 мкм, Л Ь1 = -07 мкм, Л l1 1,4 мкм, Следовательно, за один рабочий цикл осуществляется перемещение Л I - Л L< + Х 2 ЛI> -4мкм. Для пьезопакета 7 получаем Ь Ly = 6 мкм, ЛИт--2мкм, Л Iz-=5,5мкм. Следовательно, за один рабочий цикл осуществляется перемещение Ь 1, = Ь Lz+ 2 Л 1т = 17 мкм. Управляемые фиксаторы 3 и 4 могут быть изготовлены с применением электрореологической жидкости, а звенья 5 и 6 — в виде металлических мембран. Формула изобретения 5 Привод микроманипулятора, содержащий пьезоэлемент, противоположные концы которого .связаны через управляемые фиксаторы с подвижным звеном, от л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения 10 технологических возможностей, он снабжен механическимй звеньями, расположенными в йродольной плоскости относительно оси подвижного звена, наклонйо к этой оси, при этом один конец кажфого-из механиче15 ских звеньев связан с пьезоэлементом, а другой — с соответствующим фиксатором. 1756138 Составйтель А.Смирнов Редактор Е.Полионова Техред М.Моргентал Корректор H.Слободяник Заказ 3051 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035; Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/б Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101
