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 наполнения 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.

Однако он обладает ограниченными функциональными возможностями.

Наиболее близким техническим решением является манипулятор для сферических объектов [1]. Манипулятор состоит из двух поверхностей, соединенных со столиками, двигающимися во взаимно противоположных направлениях. Сфера, зажатая между двумя поверхностями и двумя диаметрально противоположными точками, 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, ввести 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 две опорные поверхности, дополнительно введен прижим с отверстием, соединенный с устройством откачки жидкости или газа, при этом диаметр отверстия должен быть меньше диаметра манипулируемой сферы, опоры установлены на вибраторах, причем сфера имеет с опорами только две точки касания, которые расположены по разные стороны оси отверстия, точка пересечения нормалей к точкам касания соответствует центру манипулируемой сферы, а угол между нормами должен находится в пределах 0^o < α < 180^o.

Колебания определенной формы и направления одной опоры вызывают вращение сферы относительно одной оси, а колебания другой опоры вызывают вращение сферы по другой оси. Направление оси вращения сферы при одновременном колебании обеих опор является суммой двух вращений. Скорость и направление оси вращения сферы по любому желаемому закону будут изменяться при изменении амплитуды и фазы колебаний той или другой опоры.

При колебательном движении опоры можно выполнить существенно меньше диаметра манипулируемой сферы. Малые размеры опорных поверхностей опор и широкий диапазон их пространственного расположения (угол α находится в диапазоне 0^o < α < 180^o) увеличивают пространство для доступа к поверхности сферы для размещения контролирующих устройств и облегчают постановку сферы в рабочее положение. Постановка и снятие сферы могут осуществляться просто включением и выключанием 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 α обеспечивает автоматическую постановку манипулируемой сферы в одно и то же положение равновесия.

Оптимальная частота и регулируемая амплитуда колебаний опор, установленных на вибраторах, обеспечивают большую 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.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Для исследования возможностей было собрано устройство для манипулирования сферическими объектами. Устройство содержит две опоры 1 и 2, установленные на вибраторах 5. Между опорными поверхностями 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 опорами имеет только две точки касания: A на поверхности 1 и B на поверхности 2. Создаваемые вибраторами 5 необходимая форма и направление колебаний опор заставляют сферу вращаться в требуемом направлении. В исследованном устройстве угол AOB составлял ≈ 90^o. В качестве вибраторов применены пьезопреобразователи. Регулируя амплитуду колебаний, изменяли скорость вращения сферы от 0 до ≈100 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;
- малые колебания центра сферы при ее вращении;
- широкий доступ к поверхности сферы для ее контроля.

Устройство для манипулирования сферическими объектами предназначено для отбора микросфер, напыления и контроля мишеней для лазерного термоядерного синтеза или для контроля шариков для подшипников. Устройство содержит две опоры, связанные каждая со своим приводом, выполненным в виде вибраторов. Между опорами расположен прижим с отверстием, соединенный с устройством откачки жидкости или газа. Опоры расположены под углом друг относительно друга и по разные стороны относительно оси отверстия прижима. Направление и скорость вращения сферы зависят от амплитуды и фазы колебаний каждой из опор. 1 ил.

Устройство для манипулирования сферическим объектом, содержащее привод и две опоры, одна из которых связана с упомянутым приводом, отличающееся тем, что оно снабжено приводом второй опоры, прижимом для сферического объекта, выполненным с отверстием, связанным с прижимом устройством для откачки жидкости или газа через отверстие прижима, при этом опоры расположены под углом одна к другой и по разные стороны оси отверстия прижима, а привод каждой опоры выполнен в виде связанного с ней вибратора.