УСТРОЙСТВО ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИМ ОБЪЕКТОМ Российский патент 1998 года по МПК B25J7/00 

Изобретение относится к микроманипуляторной технике и может быть использовано при отборе микросфер, напылений и контроле мишеней для лазерного термоядерного синтеза или при контроле шариков для подшипников.

При подготовке мишеней для ЛТС приходится проводить отбор и измерение параметров микросфер, напыление и контроль качества поверхности. Все эти операции требуют вращения сфер по заданному закону.

Известно устройство для расположения образца в герметичной газовой камере (1), содержащее два электромотора, механически связанные друг с другом, что обеспечивает дополнительное поступательное перемещение и/или вращение. Валы электромоторов могут быть установлены перпендикулярно друг другу. Известное устройство обладает ограниченными функциональными возможностями, а именно, оно не обеспечивает вращение объекта по заданному закону.

Наиболее близким техническим решением является манипулятор для сферических объектов (2). Манипулятор состоит из двух поверхностей, соединенных со столиками, двигающимися во взаимно противоположных направлениях. Сфера, зажатая между двух диаметрально противоположных точках, при движении поверхностей вращается. Манипулятор может вращать сферу по заданному закону.

Однако скорость вращения сферы ограничена скоростью возвратно-поступательного движения двух столиков в противоположных направлениях. Относительно большой размер опорных поверхностей (не менее 3,5 диаметров) и их параллельное расположение значительно ограничивают доступ к поверхности сферы и затрудняют установку сферы и ее снятие, так как необходимо сначала раздвинуть плоскости, введя сферу, затем, сдвинув плоскости, зажать сферу, и наоборот.

Новым техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение функциональных и технологических возможностей манипулятора и повышение скорости вращения сфер.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для манипулирования сферическими объектами, содержащем основной привод и две опоры, одна из которых связана с этим приводом, дополнительно установлен прижим с отверстиями, соединенный с устройством откачки жидкости или газа, при этом диаметр отверстия должен быть меньше диаметра манипулируемой сферы, а также устройство снабжено дополнительным приводом, связанным со второй опорой, приводы выполнены в виде приводов вращения, а опоры расположены под углом друг относительно друга и по разные стороны относительно оси отверстия прижима.

Вращение первой опоры вызывает вращение сферы относительно одной оси, а вращение второй опоры вызывает вращение сферы по другой оси. Направление оси вращения сферы при одновременном движении обеих опор является суммой двух вращений. Скорость и направление оси вращения сферы по любому желаемому закону будут меняться при изменении направления и скорости вращения опор.

Опорные поверхности опор можно сделать достаточно малыми. Небольшие размеры опорных поверхностей и широкий диапазон их пространственного расположения (угол α находится в пределах 0^o < 0^°< α < 180^° < 180^o) увеличивают пространство для доступа к поверхности сферы для размещения контролируемых устройств и облегчают постановку сферы в рабочее положение. Постановка и снятие сферы могут осуществляться просто включением и выключением откачки, а при постановке манипулируемой сферы она всегда автоматически встает в одно и то же положение равновесия.

Расположение опор таким образом, что центральный угол α меньше 180^o, но не равен 0^o, обеспечивает более широкий доступ к поверхности манипулируемой сферы, устраняет необходимость перемещения опор при постановке и снятии манипулируемой сферы.

Расположение отверстия для поджатия сферы внутри угла a обеспечивает автоматическую постановку манипулируемой сферы в одно и то же положение равновесия.

Большая скорость вращения опор и возможность ее регулировки обеспечивает высокую скорость вращения сферы и управляемое ее движение по заданному закону.

Указанная совокупность признаков обеспечивает технический результат - расширяет функциональные возможности манипулятора и увеличивает скорость вращения сферы.

Для исследования возможностей было изготовлено устройство для манипулирования сферическими объектами. Устройство содержит две опоры 1 и 2 (фиг. 1) в виде тел вращения с приводом 7. Одна опора это вал электродвигателя, вторая диск, посаженный на вал шагового двигателя. Между опорами расположен прижим с отверстием 3, соединенный с устройством откачки 4.

Работает устройство следующим образом.

Подносимая сфера 6 с некоторого расстояния захватывается потоком воздуха при вакуумировании отверстия 3 и поджимается к опорам 1 и 2, автоматически вставая в нужное место положение равновесия. При этом сфера с опорными поверхностями опор имеет только две точки касания точка А на поверхности 1, точка B на поверхности 2. Управляемое вращение опорами 1 и 2 заставляет сферу вращаться в требуемом направлении. В исследованном устройстве угол AOB составлял 90^o. Регулируя скорость и направление вращения двигателя, изменили скорость вращения сферы от 0 до 200-300 об/с и меняли направление оси вращения сферы во всем диапазоне углов от 0 до 360^o. Для снятия сферы с устройства достаточно перекрыть откачку и сфера под действием силы тяжести покидает устройство.

Использование предложенного устройства обеспечивает по сравнению с существующими следующие преимущества:
удобство постановки и снятия сферы в устройстве,
автоматическую постановку сферы в нужное положение,
повышение скорости манипулирования,
малые колебания центра сферы при ее вращении,
широкий доступ к поверхности сферы для ее контроля.

Устройство предназначено для манипулирования сферическим объектом и может быть использовано при отборе микросфер, напылений и контроле мишеней для лазерного термоядерного синтеза или при контроле шариков для подшипников. Устройство содержит две опоры, связанные с приводами вращения, прижим, устройство для откачки жидкости или газа, связанное с прижимом. Опоры расположены под углом относительно друг друга и по разные стороны оси отверстия прижима. 1 ил.

Устройство для манипулирования сферическим объектом, содержащее основной привод и две опоры, одна из которых связана с этим приводом, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным приводом, связанным со второй опорой, прижимом, имеющим отверстие, и устройством откачки жидкости или газа, связанным с этим прижимом, причем опоры расположены под углом друг относительно друга и по разные стороны относительно оси отверстия прижима, при этом приводы выполнены в виде приводов вращения.