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

Изобретение относится к манипуляторной технике и может быть использовано при отборе микросфер, напылении 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 камере (патент Франции N 2115822, кл. B 25 J 7/00), содержащее два электромотора механически связанные друг с другом, что обеспечивает дополнительное поступательное и/или вращательное движение. 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 (авт. св. N 1366385, кл. B 25 J 7/00, 1986). Манипулятор состоит из двух поверхностей, соединенных со столиками, двигающимися во взаимно противоположных направлениях. Сфера, зажатая между двух поверхностей в 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 ограничивает доступ к поверхности сферы и затрудняет установку сферы и ее снятие, так как необходимо сначала раздвинуть плоскости, ввести сферу, затем, сдвинув плоскости, зажать сферу и наоборот.

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

Технический результат достигается тем, что в устройстве для манипулирования сферическими объектами, содержащем привод и две опоры, одна из которых связана с приводом, другая опора установлена на вибраторе и в ней выполнено отверстие, соединенное с устройством откачки жидкости или газа, а привод выполнен в виде вибратора, при этом устройство снабжено вторым вибратором, связанным также с опорой, и устройством откачки жидкости или газа, связанным с одной из опор, в которой выполнено отверстие.

Колебания определенной формы и направления одной поверхности вызывают вращение сферы относительно одной оси, а колебания другой поверхности вызывают вращение сферы по другой оси. Направление оси вращения сферы при одновременном колебании обеих поверхностей 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 опорной поверхности.

При колебательном движении опорные поверхности можно выполнить существенно меньше диаметра манипулируемой сферы. Малые размеры опорных поверхностей и широкий диапазон их пространственного расположения (угол α находится в диапазоне 0^o< α <180^o) увеличивает пространство для доступа к поверхности сферы для размещения контролирующих устройств и облегчает 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 опорных поверхностей 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 опорных поверхностей 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 опорных поверхностей, установленных на вибраторах, обеспечивает 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.

Для исследования возможностей было собрано устройство для манипулирования сферическими объектами. Устройство содержит две опорные поверхности 1 и 2 (чертеж). В опорной поверхности 1 выполнено отверстие 3, соединенное с устройством откачки 4. Опорные поверхности установлены на вибраторах 5.

Работает устройство следующим образом.

Подносимая сфера 5 с некоторого расстояния захватывается потоком воздуха при вакуумировании отверстия 3 и поджимается к опорным поверхностям 1 и 2, автоматически вставляя в нужное место - положение равновесия. При этом сфера с опорными поверхностями имеет только две точки касания - точка А на поверхности 1 и точка В на поверхности 2. Создаваемые вибраторами 5 необходимая форма и направление колебаний опорных поверхностей заставляет сферу вращаться в требуемом направлении. В исследованном устройстве угол AOB составляет 90^o. В качестве вибраторов применены пьезообразователи. 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^o 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 для манипулирования сферическим объектом предназначено для отбора микросфер, напыления и контроля мишеней для лазерного термоядерного синтеза или для контроля шариков для подшипников. Устройство содержит две опоры, каждая из которых связана с вибратором. В одной опоре выполнено отверстие, соединенное с устройством откачки жидкости или газа. Направление и скорость вращения сферы зависит 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 приводом, отличающееся тем, что одна из опор выполнена с отверстием, а устройство снабжено связанным с второй опорой приводом и устройством для откачки жидкости или газа через упомянутое отверстие, связанным с имеющей отверстие опорой, при этом привод каждой из опор выполнен в виде вибратора.