МАНИПУЛЯТОР Российский патент 1995 года по МПК B25J1/02 B25J11/00 B25J9/20 

Описание патента на изобретение RU2028927C1

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к исполнительным устройствам на основе l-координат, предназначенных для работы в экологически чистых средах.

Известно исполнительное устройство, содержащее координатный стол, выполненный из верхней и нижней плит, перемещающихся на пружинах, направляемых биморфными пьезокерамическими пластинами.

Недостатком аналога являются малые кинематические возможности и сложность конструкции. При этом перемещение стола осуществляется только по трем направлениям.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является l-координатное исполнительное устройство, содержащее основание, выходное звено и тяги с приводами для регулирования расстояний между парами заданных точек, одна из которых принадлежит основанию, а другая - выходному звену.

Недостатком прототипа являются малые кинематические возможности и сложность конструкции, так как не представляется возможность перемещать выходное звено на значительное расстояние относительно исходного положения, а наличие тяг с приводами усложняет конструкцию.

В основу изобретения положена задача повышения кинематических возможностей при упрощении конструкции.

Это решается тем, что тяги выполнены жесткими, постоянной длины, один конец тяги шарнирно связан с выходным звеном, другой - с подвижной опорой, выполненной из магнитомягкого материала и установленной на основании с возможностью перемещения по поверхности основания, которое выполнено в виде двухкоординатного электромагнитного стола, число подвижных опор не менее трех, а с одним шарниром связано не более двух тяг.

Введение в l-координатное исполнительное устройство жестких тяг и подвижных опор, установленных на основании с возможностью перемещения, а также выполнение основания в виде двухкоординатного электромагнитного стола придают устройству новые свойства - возможность перемещения вдоль поверхности двухкоординатного электромагнитного стола любой формы и расположения, возможность поворота вдоль оси, нормальной к поверхности стола на любой угол, а также возможность ориентации выходного звена только за счет соответствующего расположения подвижных опор на основании, что и позволяет повысить кинематические возможности при упрощении конструкции механизма.

На фиг.1 показана схема l-координатного исполнительного устройства; на фиг. 2 - система управления перемещением подвижной опоры с обратной связью; на фиг. 3 - функциональная схема двигателя с обратной связью; на фиг.4 - схема оптимального устройства перемещения (УП) с блоком управления (БУ) в системе с обратной связью; на фиг.5 - развернутая функциональная схема оптимального устройства перемещения (УП) одной подвижной опоры; So - требуемое конечное значение перемещения подвижной опоры; - блок дифференцирования регулируемой величины ϕ(t); Х - блок перемещения электрических сигналов α (t) и х(t); МУ - блок моделирующего устройства.

L - координатное исполнительное устройство (фиг.1) содержит основание 1, выполненное в виде двухкоординатного электромагнитного стола, выходного звена 2, жесткие тяги 3, одни концы которых связаны с выходным звеном шарнирами 4, а другие шарнирами 5 - с подвижными опорами из магнитомягкого материала. Подвижные опоры 6 установлены на основании с возможностью перемещения по поверхности основания, число опор не менее трех. Основание соединено с блоками питания и управления (фиг.2-5). В качестве опоры, связанной с тягой 3 посредством шарнира 5, используется плоская стопа, выполненная из магнитомягкого материала, например армко-железа. С одним шарниром 5 связано не более двух тяг 3.

L-координатное исполнительное устройство работает следующим образом.

При включении блока питания на основание подается напряжение, величина и место приложения которого регулируется посредством блока управления, как это имеет место в стандартных планарных электродвигателях. Опоры получают возможность перемещения по поверхности основания, что приводит к изменению положения подвижных опор друг относительно друга и относительно основания. Это в свою очередь приводит к изменению положения в пространстве жестких тяг 3, а следовательно, и выходного звена 2. При этом выходное звено 2 имеет шесть степеней подвижности, как и в обычных l-координатах, однако перемещение механизма вдоль поверхности основания может быть ограничено только размерами самого основания, а вращение вокруг оси, нормальной к поверхности основания, на любой угол и не ограничено геометрическими размерами длин тяг 3. Перемещение каждой из трех опор, расположенных на основании, осуществляется блоком управления, как в планарных двигателях.

Парное сочетание двух линейных электромагнитных приводов (ЭПМ) образует модуль (Х, Y-ЩД). Двухкоординатный привод (Х, Y-привод), созданный на базе (Х, Y-ЩД, обеспечивает две степени подвижности в декартовой плоскости. Наиболее перспективен ЭМП индукторного типа с возбуждением от постоянных магнитов, как более универсальный по применению и имеющий наилучшие показатели по динамической добротности и габаритами.

Плоские модули Х,Y-ЩД магнитоэлектрического индукторного типа приспособлены для работы с максимально мелкой нарезкой зубцовых делений для обеспечения высокой точности перемещения.

При этом решена основная технологическая проблема получения микропазов и рабочих поверхностей с требуемой конфигурацией и точностью:
отношение глубины паза к половине периода зубцовой структуры 0,8-1,1 (период 0,48, 0,64 мм);
трапецеидальный профиль паза с углом не более 7o;
накопленная погрешность изготовления пазов по шагу на рабочем поле индуктора и якоря (600х600 мм) не более 10 мкм;
неплоскостность рабочих поверхностей индуктора и якоря не хуже 5 мкм для обеспечения воздушного зазора между ними не более 15 мкм при минимальных массах и максимальной жесткости элементов.

Система управления обеспечивает однозначное положение опор на основание, а следовательно, и однозначное положение в пространстве выходного звена.

Перемещение выходного звена 2 вдоль оси Z обеспечивается одновременным равномерным линейным перемещением I, II и III опор, причем векторы расположены под углом 120о относительно друг друга. Перемещение же выходного звена 2 вдоль осей Х и Y обеспечивается одновременным движением I, II, III опор в направлении указанных осей. Вращение ϕz выходного звена 2 обеспечивается одновременным перемещением ϕz I, II и III опор, вращение ϕх выходного звена 2 вокруг оси Х может быть обеспечено одновременным перемещением Yy I опоры вдоль оси Y и II и III опор вдоль оси Y в противоположном направлении.

Аналогичным образом обеспечивается вращение ϕy выходного звена 2 вокруг оси Y.

Предлагаемое исполнительное устройство обладает 6-ю степенями свободы.

Перемещение одной опоры 6 (или устройства перемещения УП), которая является элементом планарного двигателя, описывается уравнением
T+S=K1·Uя где = - скорость опоры 6;
Uя - напряжение питания якорной цепи;
Т1 - постоянная времени УП, определяемая суммарным моментом инерции УП, а также электрическими параметрами двигателя;
К1 - коэффициент передачи VII.

Для того, чтобы VII позволило обеспечить перемещение на произвольное значение S, необходимо двигатель снабдить цепью отрицательной обратной связи, содержащей датчик поступательного перемещения (ДПП) и усилитель постоянного тока (УПТ) (фиг.2).

Назначение моделирующего устройства состоит в формировании требуемого закона изменения α (t), полученного путем численного решения уравнения Беллмана. Программа для перевода конечного положения выходного звена 2 в зависимости от положения каждой из опор 6 и длин l1, l2,...,l6определяется на ЭВМ СМ-4 посредством программы на языке ФОРТРАН-4.

Применение предлагаемого l-координатного исполнительного устройства позволяет, во-первых, повысить кинематические возможности - перемещение вдоль основания на неограниченное расстояние, вращение вокруг оси, нормальной к поверхности основания на неограниченный угол, а, во-вторых, упростить его конструкцию за счет использования жестких тяг без приводов.

Устройство целесообразно использовать при создании экологически чистого технологического оборудования электронной техники.

Похожие патенты RU2028927C1

название год авторы номер документа
ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ МЕХАНИЗМ 1992
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2008198C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ИСПАРИТЕЛЕЙ В ВАКУУМНОМ НАПЫЛИТЕЛЬНОМ ОБОРУДОВАНИИ 1992
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2041288C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПЛЕНОК В ВАКУУМЕ 1991
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2007500C1
ЧИСТАЯ КОМНАТА 1994
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2074930C1
УСТРОЙСТВО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПОДЛОЖКОДЕРЖАТЕЛЯ 1997
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Прусаков Евгений Викторович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2115764C1
Механизм перемещения 1989
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Куликов Михаил Алексеевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
SU1733907A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ОРИЕНТАЦИИ ДЕТАЛЕЙ 1992
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Киселева Галина Ивановна
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2008196C1
Устройство для амортизации 1990
  • Василенко Николай Васильевич
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
SU1765571A1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ В ВАКУУМНЫХ УСТАНОВКАХ 1992
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
  • Кожевников Алексей Иванович
RU2038416C1
ЗАХВАТ МАНИПУЛЯТОРА 1992
  • Ивашов Евгений Николаевич
  • Оринчев Сергей Михайлович
  • Степанчиков Сергей Валентинович
RU2043919C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 028 927 C1

Реферат патента 1995 года МАНИПУЛЯТОР

Изобретение относится к машиностроению, а более конкретно к исполнительным устройствам манипуляторов, предназначенным для работы в экологически чистых средах. Цель изобретения - повышение кинематических возможностей при упрощении конструкции. Тяги выполнены жесткими, постоянной длины. Один конец тяги шарнирно связан с выходным звеном, другой - с подвижной опорой, выполненной из магнитомягкого материала и установленной на основании с возможностью перемещения по поверхности основания, которое выполнено в виде двухкоординатного электромагнитного стола. Число подвижных опор не менее трех, а с одним шарниром связано не более двух тяг. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 028 927 C1

МАНИПУЛЯТОР, содержащий основание и выходное звено, связанные между собой жесткими тягами постоянной длины, причем один конец каждой тяги шарнирно связан с выходным звеном, а другой - с подвижной опорой, установленной на основании с возможностью перемещения по нему, причем число подвижных опор не менее трех, а с одним шарниром связано не более двух тяг, отличающийся тем, что подвижная опора выполнена из магнитомягкого материала, а основание выполнено в виде двухкоординатного электромагнитного стола.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 1995 года RU2028927C1

Манипулятор 1982
  • Беликов Виктор Трифонович
  • Власов Николай Алексеевич
  • Заблонский Константин Иванович
  • Корытин Александр Михайлович
  • Щекин Борис Михайлович
SU1049244A1
Видоизменение пишущей машины для тюркско-арабского шрифта 1923
  • Мадьяров А.
  • Туганов Т.
SU25A1

RU 2 028 927 C1

Авторы

Василенко Николай Васильевич

Ивашов Евгений Николаевич

Оринчев Сергей Михайлович

Степанчиков Сергей Валентинович

Даты

1995-02-20Публикация

1992-04-27Подача