Привод микроманипулятора

756138 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК, 09 3 7/00 ОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР)5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ С ВИД ЕТЕЛ Ь СТВО 2управляемыми фиксаторами 3 и 4. Для пере. мещения звена 2, например, вправо на один . шаг отключается фиксатор 3 и подается пиитут точной меха-тание на пьезоцилиндр 1, что приводит кувеличению его длины и диаметра Таким ров, А.В.Смирнов образом, для перемещения звена 2 используется одновременно радиальйо за счет наоптика - . ТИИЭР, . клонного положения механических звейъев . 29,5 и 6 и осевое усилия, развиваемйе"йьезоэлементом 1. После смещения звена 2 вклю- ИПУЛЯТОРА чается фиксатор 3 и выключается фйксатор я; в исходном по, а затем снимается напряжение с пьезоэо 2 удерживается лемента 1. 3 ил. 21) 4811034/08(57) Сущность изобретениложении подвижное -звен/Изобретение относится к робототехни-.: ет невысокую точйость перемещтейий" паке, 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 зубчапьезокерамическим вибратором, состоя.-, . тойрейки,атакжеимеетмалыйсрокслужбы щим издвух пьезокерамических стержней,из-за износа зубчатой поверхности рейки, расположенных под углом друг к другу и Наиболее близким кизобретению являсопряженных своими концами с подвижным ется привод микроманипулятора,содержазвеном (Авт. св, СССР Ь 960004, кл. В 253 . щий расположенные сооСно вал(подвижное СЛ 7/00, 1982). В пьезоэлементах возбуждают- . звено) и пьезоэлемент вфосме цилиндра;кпротйво- Ос ся импульсйые механические колебания,полажным концам ковров пр 4 сбщийеййуправляв-, д преобразуемые в перемещение подвижногомые Фиксаторы,сопряженнйесвалсм, Нююстапжм (д)-.5. д.ии цю-жд :-:мщ те йтМйа -и ствию с ним пьезоэлементов, Устройство . сти вследствие малой величины шага йеремещения. имеет малую нагрузочную способность и не- " Целью изобретения является расширедолговечно вследствие фрикционно-толчко- ние технологических возможностей" за"счет ф 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 концы 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 продольнойплоскости относительно оси подвижного звена, наклонно к этой оси, при этом один конец каждого из механических звеньев связан с пьезоэлементом, а другой - ,с соответствующим фиксатором 5Расширение технологических возможностей устройство обусловлено использованием радиального усилия, развиваемого пьезоэлементом одновременно с осевым .усилием, для дополнительного перемеще 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 пьезоэ- лектрйческим пакетом с осевой, полярйзацией, имеющим сквозное осевое отверстие; на фиг, 3. - геометрическая схе-.ма, поясняющая работу устройства. 20Привод микроманйпулятора состоит(фиг, 1) из пьезоэлемента в виде полого пьеэокерамического цилиндра 1 с радиальной полярйзацией, расположенного соосно с ним подвижного звена 2 в виде жесткого 25 стержня, сопряженного суправляемыми фиксаторами 3 и 4; соединенными с пьезоцилиндром 1 механическими"звеньями 5 и 6, направленными наклонно к оси подвижного звена 2; причем углы наклона звеньев 30 5 и 6 противоположны по знаку.В другом варианте конструкцииустройства (фиг, 2) в качестве пьезоэлемейта использован-пьезопакет 7 со сквознымосевымотверстием, .,:;:,:.35Привод микроманипулятофа" работаетследуЮщим образом. В исходном положе- нйи подвижное звено 2 удерживается относительно пьезоцйлиндра: 1 управляемыми.фиксаторами 3 и 4. Для перемещения по движного звена 2 вправо отключается фик- сатор 3 и подается питание на пьезоцилиндр. 1, При этом увелйчиваются длйна и диаметр пьезоцилиндра 1. Подвижное звено 2, зажатое фиксатором 4, связаннь 1 м" С правым концом пьезоцилиндра 1,перемещается вправо за "Счет- удлинения пьезоцилиндра 1 й дополнительно за счет преобразования изменения его диаметра в линейное йеремещМйе фиксатора 4 и зажа того им подвижного звена 2 с помощью наклонных звеньев 6, После того, как пьезоцилиндр 1 достигает максимальной деформации, включается фиксатор 3 и выключается фиксатор 4, Напряжение с пьезо цилиндра 1 снимается. При этом уменьшается его длина и диаметр, Уменьшение диаметра пьезоцилиндра 1 преобразуется в линейное перемещение фиксатора3 и зажатого в нем подвижного звена 2 сгде а - угол наклона звеньев 5 (6) к продольной оси подвижно звена 2; и - расстояние от пьезоэлемента 1 (7) до фиксатора 3 (4).Изменение длиныпьезоцилиндра 1 под действием напряжения О, приложенного через его толщину Ь, выражается уравне- нием А 1 = ООЬ,згде бз 1 - пьезомодуль в перпендикулярнвектору предварительной поляризации нправлении,Изменение радиусара 1 при этом определяе Ь и пьезоцилиндтся по формуле= О(дз 1 В/Ь+ бзз где бзз -" пьезомодуль в параллельном вектору предварительной поляризации направлении.Изменение длины пьезопакета 7 под действием напряжейия О, приложенного через толщину т составляющих его пьезоди- сков ОМ,где М - количество пьезодисков.Изменение радиуса пьезопакетэтом составляет ри Ь Ь 7 = бз 1 ОВЙ 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 Ьпри изменении радиуса пьезоэлемента 1 (7) на Ь й (фиг, 3) определяется по формулеИзобретение иллюстрируется следующим примером. Пусть= 30 мм, й - 20 мм, Ь = 5 мм, а = 20, Ь = 2,5 мм, т = 1 мм, 0 = 1 кВ, бзз=2,10 Кл/м, дз 1=-1.10 Кл/м.Для пьеэоцилиндра 1 получаем Ь Ь 1 = -1,2 мкм, Ь Ь 1.= -0,7 мкм, Л 11 1,4 мкм, Следовательно, за один рабочий цикл осуществляется перемещение Л - Ь.Ь +Х2 Л 1 "4 мкм.Для пьезопакета 7 получаем Ь О = 6 мкм, ЬЬт 2 мкм, Л И=5,5 мкм. Следовательно, за один рабочий цикл осуществляется перемещение Ь 1, = Ь 0+2 Ь 1 т=17 мкм.Управляемые фиксаторы 3 и 4 могут быть изготовлены с применением электрореологической жидкости, а звенья 5 и 6 - ввиде металлических мембран.Формула изобретения 5 Привод микроманипулятора, содержащий пьезоэлемент, противоположные концы которого .связанычерез управляемые фиксаторы с подвижным звеном, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения 10 технологических возможностей, он снабженмеханическимй звеньями, расположенными в йродольной плоскости относительно оси подвижного звена, наклонйо к этой оси, при этом один конец каждого-из механиче ских звеньев связан с пьезоэлейентом, адругой - с соответствующим фиксатором.1756138Составйтель А.СмирновРедактор Е.Полионова Техред М.Моргентал Корректор К.Слободяни Заказ 3051 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035; Москва, Ж, Раушская наб 4/броизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагар