Привод микроманипулятора
Использование: в робототехнике. Сущность изобретения: в исходном положении вал 2 удерживается относительно пъезоцилиндра 1 фиксаторами 3-6. Линейное перемещение вала 2 осуществляется за счет изменения длины пьезоцилиндра 1 при подаче на него управляющего напряжения, а вращение - за счёт изменения диаметра пьезоцилиндра 1, при этом фикса фы включаются в определенной последбватеяь ости.3 ил.
СОЮЗ СОВГТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
<я)5 В 25 J 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ь4 йд (21) 4811436/08 (22) 06.04.90 (46) 23.08.92; Бюл, N. 31 (71) Лейийградский ийститут точной механики и оптики (72) В.И. Бойков,С.В. Быстров, А.В. Смирнов и
М.С.чежи.н (56) Харди Д.У; Активная оптика, — ТИЙЭР, 1978, т. 66, N . 6, с; 63, рис. 29, (54) ПРИВОД МИКРОМАНИПУЛЯТОРА
„„5U 1756139 А1
2 (57) Использование; в робототехййке. Сущность изобретения: в исходном йоложении вал 2 удерживается относительно йъезоцилиндра 1 фиксаторами 3 — 6, Линейное перемещение вала 2 осуществляется за "счет йзмен ения длийы и ьезоцилиндра 1 и ри подаче на него управляЮщего напфяжейия, а вращение — за счет изменения -диаметра и ьезоцилиндра 1; при этом фиксаторы включаются в определенной последовательности. 3 ил, 4 (Л
©ь
6д с
1756139
20
35 лом, Изобретение относится к робототехнике, точному приборо- и машиностроению, Известен привод микроманипулятора, содержащий корпус с размещенным в нем пьезоэлектрическим вибратором, состоящим из двух пьезокерамических стержней, расположенных под углом друг к другу и сопряженных своими концами с подвижным звеном.
Недостатками устройства являются малая нэгрузочная способность и короткий срок службы, обусловленные ударно-фрикционным характером взаимодействия движущих пьезоэлементов с подвижным звеном, Известен привод микроманипулятора, содержащий шток с зубчатой рейкой, с которой сопряжены йакладкамй на свбих концах две пьезокерамические призмы.
Недостатки устройства — малый срок службы и невысокая точность — обусловле- ны наличием дискретных точек фиксации— зубцов на рейке Штока, с когортами взаимодействуют движущие пьезоэлементы. Кроме того, уСтройство имеет узкие эксплуатационные возможности, так как обеспечивает движение только по одной координате.
Наиболее близким к предлагаемому является электромеханический привод, содержащий соосно расположенные вал и пьезоэлемент, в форме цилиндра к противоположным концам которого присоединены управляемые фиксаторы, сопряженные с ваНедостатком устройства являются узкие эксйлуатационные возможности, обус" ловленные наличием толька одной степени подвижности подвижного звена.
Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей.
Поставленная цель достигается тем, что в приводе микромэнйпулятора, содержащем расположенные соосно вал и пьезоэлектрический цилиндр к протйвоположным концам которого присоединены управляемые фиксаторы, сопряженные с валом, последние размещены попарно и присоединены к пьезоэлектрическому цилиндру посредством преобразователей радиального усилия во вращающий момент.
Кроме того, преобразователи радиального усилия во вращающий момент содержат механические звенья, присоединенные с одного конца к пьезоэлектрическому ци,линдру, а с другого — к управляемым фиксаторам, расположенные в поперечных плоскости устройства и направленйые в точках соединения с фиксаторами под углом к радиусам вала, проходящим через эти точки, причем эти углы для механических звеньев, присоединенных к соседним управляемым фиксаторам, противоположны по знаку, Эксплуатационные возможности устройства расширяются за счет обеспечения дополнительной степени подвижности (вращательной) вала путем использования имеЮщегося ресурса системы — радиального усилия, развиваемого пьезоцилиндром.
На фиг, 1 показано устройство, поперечный разрез; на фиг, 2 — TO же, аксонометрическая проекция; на фиг. 3 — временные диаграммы его работы.
Привод микроманипулятора состоит из пьезоэлектрического цилиндра 1 и расположенного соосно с ним вала 2, К пьезоцилиндру 1 в районе его противоположных концов присоединены управляемые фиксаторы 36, сопряженные с валом 2, Фиксаторы 3-.6 соединеййс пьезоцилиндром 1 при помощи элементов преобразования радиального усилия, развиваемого пьезоцилиндром 1,во вращающий момент, которые содержат механические звенья 7 — 10, расположенные в поперечных плоскостях устройства, присоединенные с одной стороны к пьезоцилиндру
1, а с другой — к фиксаторам 3 — 6, и направленные в точках cоединения с фиксаторами
3 — 6 под углом к радиусам вала 2, проходящим через эти точки, причем эти углы для всех звеньев 7 — 10 одинаковы по величине, а rio знакууглы"наклана звеньев 7 и 9 противоположны углам наклона звеньев 8 и 10.
Привод микроманипулятора работает следующим образом. В исходном положении вал 2 удерживается относительно пьезоцилиндра 1 фиксатором 3-6. Линейное перемещение вала 2 осуществляется за счет изменения длины пьезоцилиндра 1 при ггодаче на него управляющего напряжения, а вращение — за счет изменения диаметра пьезоцилиндрэ 1. Нэ фиг, 3 показаны временные диаграммы управляющих напряжений на пьезоцилиндре 1 01 и управляемых фиксаторах 3-6 0з, 04, Ug, 0б при движении вала 2 вправо f и влево fl, при вращении вала2 почасовойстрелке!И и против1У, при движении вала 2 вправо с одновременным вращением по часовой стрелке Y и против часовой стрелки Yl, при движении вала 2 влево и одновременном вращении по часовой стрелке УИ и против часовой стрелки
Vill. Диаграммы составлены для показанной нэ фиг. 2, ориентации механических связей 7-10 и использовании пьезоцилиндра 1 с радиальной поляризацией, диаметр которого увеличивается одновременно с увеличением длины под действием управляющего напряжения U1, (изменения длины
1756139 пьезоцилиндра 1 AL>—
da> ОЬ
t и его радиуса Л Rt = Ui(da>Rt/с+ бзз/2). где L> и Ri — исходные длина и радиус пьезоцилиндра
1, dot и бзз — пьезомодули, t — толщина стенок пьезоцилиндра 1, имеют одинаковый знак.
Угол поворота вала 2 Лу при изменении внутреннего радиуса пьеэоцилиндра 1 на величину Л h можно определить по форм уле (h-éн1 -A sR)
Я=огссо5
Й(h-ah+ k) и (".«) "R
- дгссо5
2(И Р)К где
А=(h+R)cos а—
h - расстояйие от пьезоцилиндра 1 до фиксаторов 3 — 6; а — угол наклона механических звеньев 7-10 к радиусам вала 2;
R — радиус вала 2 с фиксаторами 3-6, Пьезоцилийдр 1 может быть изготовлен из какой-либо пьезокерамики, например
ЦТС-19 или ЦТС-23, и иметь не только радиальную; но и осевую поляризацию (в этом случае он обычно изготавливается" в вйде пьезопакета, составляющего из отдельных пьезопластин, с осевым Отверстием), Механические звенья 7 — 10 могут быть металлическими.
Таким образом, на основе предлагаемо5 ro устройства можно изготавливать малогабаритные, универсальные и высокоточные приводы для микроманипуляторов, Формула изобретения
10 Привод микроманипулятора; содержа- щий расположенные коаксиально вал и пьезоэлектрический цилиндр, противоположные концы которого связаны с валом через управ ляемые фиксаторы, отличающийся тем, 15 что, с целью расширенйя технологических возможностей за счет увеличенйя"Фйсла сте-" пеней подвижности он снабжен механическими звеньями, а управляемые фикСаторы расположены на валу попарно вдоль оси вала
20 при этом механические звенья расположены в поперечных плоскостях относйтельйо оси вала и связайы одним концом с цилиндрбм, а другим — с собтветствующйм уйравляемым фиксатором, причем "вс6" звенья "
25 расположены под углом к радиусам вала, проходящим через-точки пересечения продольной оси соответствующего механического звена с поверхностью вала, и-эти углы для соседних механических звеньев, при-
30 надлежащих одной паре управляемых фик саторов, имеют противоположнйе знаки.
1756139
У
VI(О
VIII — Ц
Фиг. 3
Редактор M.ßíêoBè÷ Теехред M,Ìîðãåíòàë . Корректор С.Юско
Заказ 3051 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
