Маніпулятор для просторових мікропереміщень

Реферат: Винахід належить до загального машинобудування і може бути використаний при розробці технологічного обладнання на основі механізмів паралельної кінематики. В маніпуляторі для просторових мікропереміщень який включає нерухомий корпус та рухому платформу, яка має шість ступенів вільності і привод з числом механізмів лінійного переміщення рівним числу ступенів вільності платформи, при цьому механізми лінійного переміщення з'єднують три точки корпуса, які є вершинами рівностороннього трикутника із трьома точками платформи, які є вершинами подібного трикутника, повернутого відносно трикутника корпуса на кут 60°, новим є те, що механізми лінійного переміщення виконано у вигляді плоских пружин, площини яких відповідають граням октаедра, вершинами якого є три точки корпуса та три точки платформи, які з'єднуються механізмами лінійних переміщень, при цьому на корпусі та платформі встановлені торсіони хрестоподібного перетину, що з'єднують їх із точками закріплення механізмів лінійних переміщень, а плоскі пружини у місцях їх з'єднання із торсіонами мають пружні шарніри у вигляді фасонних балок, що допускають обмежені переміщення плоских пружин у їх власних площинах, при цьому плоскі пружини деформуються із своєї площини сильфонними приводами, розміщеними на корпусі маніпулятора, причому стиснене робоче середовище в порожнини сильфонів підводиться від спеціальної мехатронної системи керування, яка регулює тиск в кожному із сильфонів відповідно заданому закону просторового мікропереміщення платформи, при цьому деформації плоских пружин вимірюються і використовуються для корекції законів зміни тиску в сильфонах. Винахід дозволяє підвищити точність маніпулятора. UA 105565 C2 (12) UA 105565 C2 UA 105565 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до загального машинобудування і може бути використаний при створенні багатокоординатного технологічного обладнання, зокрема пристроїв маніпулювання, вимірювальних машин, промислових роботів, металообробного обладнання. Відомі просторові механізми з приводами, призначені для переміщення виконавчого органа (платформи) в просторі [1]. Вони включають нерухомий корпус та рухому платформу, з'єднані між собою приводами лінійних переміщень. Недоліком даних механізмів є незадовільні статичні і динамічні характеристики, обумовлені наявністю особливих положень (критичних точок) при певному розташуванні приводів відносно корпуса і платформи. За найближчий аналог прийнято маніпулятор [2], який включає корпус та платформу, на якій знаходиться механічна рука, схват якої має шість ступенів вільності і привод з числом механізмів лінійного переміщення, наприклад силовими циліндрами, рівним числу ступенів вільності платформи, при цьому механізми лінійного переміщення з'єднують три точки корпуса, які є вершинами рівностороннього трикутника, із трьома точками платформи, які є вершинами подібного трикутника, повернутого відносно трикутника корпуса на кут 60°. Недоліком найближчого аналогу є низька точність позиціювання платформи, обумовлена наявністю сил тертя в шарнірах просторового механізму, а також люфтами і зазорами в шарнірах. В основу запропонованого рішення поставлена задача підвищення точності маніпулятора для просторових мікропереміщень конструктивними методами за рахунок виключення шарнірів, а відповідно сил тертя, люфтів та зазорів у рухомих з'єднаннях маніпулятора. Поставлена задача вирішується тим, що маніпулятор для просторових мікропереміщень, який включає нерухомий корпус та рухому платформу, яка має шість ступенів вільності і привод з числом механізмів лінійного переміщення рівним числу ступенів вільності платформи, при цьому механізми лінійного переміщення з'єднують три точки корпуса, які є вершинами рівностороннього трикутника із трьома точками платформи, які є вершинами подібного трикутника, повернутого відносно трикутника корпуса на кут 60°, згідно запропонованого рішення новим є те, що механізми лінійного переміщення виконано у вигляді плоских пружин, площини яких відповідають граням октаедра, вершинами якого є три точки корпуса та три точки платформи, які з'єднуються механізмами лінійних переміщень, при цьому на корпусі та платформі встановлені торсіони хрестоподібного перетину, що з'єднують їх із точками закріплення механізмів лінійних переміщень, а плоскі пружини у місцях їх з'єднання із торсіонами мають пружні шарніри у вигляді фасонних балок, що допускають обмежені переміщення плоских пружин у їх власних площинах, при цьому плоскі пружини деформуються із своєї площини сильфонними приводами, розміщеними на корпусі маніпулятора, причому стиснене робоче середовище в порожнини сильфонів підводиться від спеціальної мехатронної системи керування, яка регулює тиск в кожному із сильфонів відповідно заданому закону просторового мікропереміщення платформи, при цьому деформації плоских пружин вимірюються і використовуються для корекції законів зміни тиску в сильфонах. Таким чином, запропоноване технічне рішення є новим у порівнянні з відомим і дозволяє підвищити точність маніпулятора для просторових мікропереміщень шляхом виключення шарнірів, а відповідно і сил тертя, люфтів і зазорів у рухомих з'єднаннях маніпулятора. Суть запропонованого технічного рішення пояснюється графічним зображенням його твердотільної моделі (креслення). Маніпулятор для просторових мікропереміщень (креслення) включає нерухомий корпус 1 та рухому платформу 2, що має шість ступенів вільності - три декартові координати поступального переміщення платформи х, у, z та три поперечно-кутові координати ψ, θ, φ, які характеризують поворот платформи навколо осей х, у, z відповідно. Платформа має привод з числом механізмів лінійного переміщення рівним числу ступенів вільності платформи. Приводи лінійного переміщення з'єднують три точки корпуса К1, К2, К3, які є вершинами рівностороннього трикутника із трьома точками П1, П2, П3 платформи, які є вершинами подібного трикутника, повернутого відносно трикутника основи на кут 60°. Механізми лінійного переміщення виконані у вигляді плоских пружин, 3 площини яких відповідають граням октаедра, вершинами якого є три точки корпуса К1, К2, К3 та три точки платформи П1, П2, П3, які з'єднуються приводами лінійних переміщень. При цьому на корпусі та платформі виконані торсіони 4 хрестоподібного перетину, що з'єднують їх із точками закріплення механізмів лінійних переміщень. Плоскі пружини у місцях їх з'єднання із торсіонами мають пружні шарніри у вигляді фасонних балок 5 і 6, що допускають обмежені переміщення плоских пружин у їх власних площинах. Плоскі пружини деформуються із своєї площини сильфон ними приводами 7, розміщеними на корпусі 1. Стиснене робоче середовище (рідина або газ) підводиться в порожнини сильфонів під тиском р 1 від спеціальної мехатронної системи керування (на рисунку не показана). Система керування регулює тиск в 1 UA 105565 C2 5 10 15 20 кожному із сильфонів, наприклад тиск р1 в сильфоні 7. Тиск регулюється відповідно заданому закону просторового мікропереміщення платформи. При цьому деформації плоских пружин вимірюються за допомогою спеціальних пристроїв, наприклад тензометричних пристроїв 8 і використовуються для системою керування для корекції законів зміни тиску в сильфоні. Маніпулятор для просторових мікропереміщень працює наступним чином. При зміні тиску р 1 в кожному із сильфонів 7, який регулюється системою керування, плоска пружина 3 деформується із своє площини в напрямку, показаному стрілкою ξ1. При деформації пружини змінюється її довжина, а відповідно і відстань між точками К1, П1, Зміна довжини всіх шести плоских пружин приводить до зміни просторового положення платформи 2. Платформа має шість ступенів вільності, тому в залежності від прогину всіх шести пружин відбувається переміщення центра платформи в напрямках х, у і z та зміна кутового положення платформи, що характеризується кутами ψ, θ, φ. Переміщення відбувається в межах пружних деформацій плоских пружин 3 торсіонів 4 та фасонних балок 5 і 6. Конструктивні параметри маніпулятора вибрані таким чином, що діапазон переміщень точок П1, П2, П3 платформи сягає 0,2…0,5мм, що достатньо для забезпечення необхідних діапазонів просторових мікропереміщень платформи. Джерела інформації: 1. Кузнецов Ю.Н., Дмитриев Д.О., Диневич Г.Ю. Компоновки станков с механизмами параллельной структуры - Херсон: 1111 Вишемирський В.С, 2009. - 456 с. 2. Манипулятор. А.с. № 558788, МПК В 25 J 1/02/ Данилевский В.Н. Заявл. 20.02.1976 - № 2326318/08. Опубл. 25.05.1977. Бюл. № 18. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 Маніпулятор для просторових мікропереміщень, який включає нерухомий корпус та рухому платформу, яка має шість ступенів вільності і привод з числом механізмів лінійного переміщення рівним числу ступенів вільності платформи, при цьому механізми лінійного переміщення з'єднують три точки корпуса, які є вершинами рівностороннього трикутника із трьома точками платформи, які є вершинами подібного трикутника, повернутого відносно трикутника корпуса на кут 60°, який відрізняється тим, що механізми лінійного переміщення виконано у вигляді плоских пружин, площини яких відповідають граням октаедра, вершинами якого є три точки корпуса та три точки платформи, які з'єднуються механізмами лінійних переміщень, при цьому на корпусі та платформі встановлені торсіони хрестоподібного перетину, що з'єднують їх із точками закріплення механізмів лінійних переміщень, а плоскі пружини у місцях їх з'єднання із торсіонами мають пружні шарніри у вигляді фасонних балок, що допускають обмежені переміщення плоских пружин у їх власних площинах, при цьому плоскі пружини деформуються із своєї площини сильфонними приводами, розміщеними на корпусі маніпулятора, причому стиснене робоче середовище в порожнини сильфонів підводиться від мехатронної системи керування, яка регулює тиск в кожному із сильфонів відповідно заданому закону просторового мікропереміщення платформи. 2 UA 105565 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3