Схват микроманипулятора

Изобретение относится к микроробототехнике, в частности к захватным устройствам микроманипуляторов. Схват микроманипулятора содержит основу схвата, кисть схвата, упругодеформируемые зажимные пальцы, привод и тягу. Привод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя, содержащего якорь из ферромагнитного материала и электромагнит с единственной системой обмоток, обеспечивающих возможность одностороннего прямого рабочего хода привода. Тяга выполнена в виде выдвижного звена с трубчатым концом. Якорь линейного электромагнитного двигателя жестко соединяет основу схвата с кистью, к которой жестко закреплены зажимные пальцы, связанные между собой возвратной пружиной. Система обмоток электромагнита установлена в выдвижном звене, расположенном коаксиально с якорем и кистью. Звено обладает возможностью возвратно-поступательного перемещения. Величина внутреннего диаметра трубчатого конца звена выбирается так, что выдвижное звено и пальцы находятся в постоянном силовом противодействии. Изобретение позволит увеличить величину зажимного усилия, снизить рассогласование движений зажимных пальцев, увеличить быстродействие при выполнении операций захвата и выпускания микрообъектов. 2 ил.

 

Изобретение относится к области микроробототехники, в частности к захватным устройствам микроманипуляторов, и может быть использовано при сборке микроэлектромеханических систем (МЭМС) с объемной структурой (микро-двигатели, -насосы, -турбины и т.д.).

Известен схват промышленного робота, используемый при изготовлении блоков электро- и радиоаппаратуры для установки радиоэлементов на печатную плату. Зажимные губки, имеющие возможность возвратно-поступательного перемещения, кинематически связаны между собой посредством зубчато-реечной передачи. Две зубчатые рейки передачи, на концах которых смонтированы губки, находятся в зацеплении с зубчатым колесом. По обе стороны от зубчатых реек попарно расположены цилиндрические катки, установленные группами по четыре катка на каждой оси. Каждая рейка имеет четыре направляющие для каждой группы катков. Две направляющие зубчатых реек для каждой группы катков взаимодействуют с парой ближайших к рейкам катков. Две оставшиеся направляющие взаимодействуют с другой парой катков и установлены диаметрально противоположно относительно упомянутой первой пары направляющих. Направляющие, взаимодействующие с ближайшими к рейкам катками, имеют реборды, контактирующие с боковыми сторонами катков. В результате обеспечивается уменьшение трения зубчатых реек в направляющих корпуса и захват деталей с допустимым усилием силового цилиндра [патент РФ №2149098, кл. B 25 J 15/00, 2000].

Недостатками данного устройства являются большое число механических передач, определенная конструктивная сложность и неудовлетворительные габаритные и массовые характеристики.

Известен схват робота, содержащий корпус и губки, губки выполнены в виде баллона из эластичного тонкостенного материала и снабжены датчиками усилия зажима (захвата) объекта. Схват содержит корпус, губки, датчики с проводами, объект (предмет) [заявка на изобретение №94000972, RU, кл. B 25 J 15/00, 1995].

Недостатками данного устройства являются необходимость использования внешнего источника избыточного давления, низкая скорость выполнения операций захвата и выпускания объектов.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является пьезоэлектрический схват пьезоэлектрического манипулятора [патент РФ №2172239, кл. B 25 J 7/00, 2001]. Пьезоэлектрический схват содержит основу схвата, тяги и пьезоприводы, к основе схвата одним концом жестко прикреплен пьезопривод, а второй конец пьезопривода соединен с тягой при помощи скобы, соединение выполнено с возможностью скольжения тяги вдоль пьезопривода, и тяги прикреплены к основе схвата при помощи винта, причем пьезопривод выполнен в виде плоских пьезоэлектрических элементов.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность работы, связанная с малыми величинами развиваемых усилий зажимным механизмом. Кроме того, возможно рассогласование движений зажимных пальцев при захвате микрообъектов, вызванное тем, что в схвате используется не один, а несколько пьезоэлектрических приводов, которые практически всегда имеют технологический разброс эксплуатационных характеристик.

Задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы схвата микроманипулятора, связанном с увеличением величины зажимного усилия и снижением рассогласования движений зажимных пальцев, увеличении быстродействия при выполнении операций захвата и выпускания микрообъектов.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в схвате микроманипулятора, содержащем основу схвата, кисть схвата, упругодеформируемые зажимные пальцы, привод, тягу, в отличие от прототипа привод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя, содержащего якорь из ферромагнитного материала и электромагнит с единственной системой обмоток, обеспечивающих возможность одностороннего прямого рабочего хода привода, а тяга выполнена в виде выдвижного звена с трубчатым концом, причем якорь линейного электромагнитного двигателя жестко соединяет основу схвата с кистью, к которой жестко закреплены зажимные пальцы, связанные между собой возвратной пружиной, а система обмоток электромагнита установлена в выдвижном звене, расположенном коаксиально с якорем и кистью, при этом звено обладает возможностью возвратно-поступательного перемещения, а величина внутреннего диаметра трубчатого конца звена выбирается так, что выдвижное звено и пальцы находятся в постоянном силовом противодействии.

На фиг.1 представлена конструкция схвата микроманипулятора; на фиг.2 - захват микрообъекта схватом микроманипулятора.

Схват микроманипулятора (фиг.1) содержит основу 1 схвата, кисть 2 схвата, упругодеформируемые зажимные пальцы 3, привод, выполненный в виде линейного электромагнитного двигателя 4, содержащего якорь 5 из ферромагнитного материала и единственную систему обмоток 6 электромагнита, тягу, выполненную в виде выдвижного звена 7 с трубчатым концом 8, причем якорь линейного электродвигателя жестко соединяет основу 1 схвата с кистью 2, к которой жестко закреплены зажимные пальцы 3, связанные между собой возвратной пружиной 9, а обмотка 6 электромагнита установлена в выдвижном звене 7, расположенном коаксиально с якорем 5 и кистью 2 схвата.

Схват микроманипулятора работает следующим образом.

Как и в большинстве устройств этого же назначения, выделяется две основные фазы работы, первая - зажим и удержание объектов и вторая - выпускание объектов.

Рассмотрим первую фазу работы схвата.

При подаче ЭДС на линейный электромагнитный двигатель 4 между системой обмоток 6 электромагнита и якорем 5 создается тяговое усилие, обусловленное взаимодействием электромагнитного поля тока (с пространственной модуляцией) в системе обмоток 6 и поля постоянного магнита (бегущее магнитное поле) в виде якоря 5. Возникающее тяговое усилие передается выдвижному звену 7, что приводит к его перемещению, тем самым реализуется прямой ход привода, и одновременно сдавливанию внутренней поверхностью трубчатого конца 8 упругодеформируемых зажимных пальцев 3, что приводит к их изгибу и захвату объекта губками (фиг.2), кроме того, при изгибе пальцы сжимают возвратную пружину 9. Таким образом подачей ЭДС на линейный электромагнитный двигатель реализуется первая фаза работы схвата микроманипулятора - зажим и удержание объектов.

На второй фазе при снятии ЭДС под действием механического усилия возвратной пружины 7 передаваемого зажимными пальцами 3 выдвижному звену 7 последнее перемещается в направлении обратного хода привода, а упругодеформируемые пальцы распрямляются, тем самым схват раскрывается и объект падает под действием силы тяжести. Таким образом, снятием ЭДС реализуется вторая заключительная фаза работы схвата микроманипулятора - выпускание объектов.

Итак, преимущество достигается тем, что поскольку схват микроманипулятора содержит только один привод, приводящий в движение через передаточное звено сразу оба зажимных пальца, то рассогласование их движений существенно уменьшится. А величина зажимных усилий в основном будет ограничиваться только упругодеформируемыми свойствами пальцев. Кроме того, схват будет обеспечивать достаточно высокое быстродействие как при захвате (за счет больших ЭДС), так и при выпускании объектов (за счет пружины с высоким значением коэффициента жесткости).

Итак, заявляемое изобретение позволяет повысить надежность работы схвата, связанное с увеличением величины зажимного усилия и снижением рассогласования движений зажимных пальцев, и увеличить быстродействие при выполнении операций захвата и выпускания микрообъектов.

Схват микроманипулятора, содержащий основу схвата, кисть схвата, упругодеформируемые зажимные пальцы, привод, тягу, отличающийся тем, что привод выполнен в виде линейного электромагнитного двигателя, содержащего якорь из ферромагнитного материала и электромагнит с единственной системой обмоток, обеспечивающих возможность одностороннего прямого рабочего хода привода, а тяга выполнена в виде выдвижного звена с трубчатым концом, причем якорь линейного электромагнитного двигателя жестко соединяет основу схвата с кистью, к которой жестко закреплены зажимные пальцы, связанные между собой возвратной пружиной, а система обмоток электромагнита установлена в выдвижном звене, расположенном коаксиально с якорем и кистью, при этом звено обладает возможностью возвратно-поступательного перемещения, а величина внутреннего диаметра трубчатого конца звена выбирается так, что выдвижное звено и пальцы находятся в постоянном силовом противодействии.