МАНИПУЛЯТОР ДЛЯ СУБМИКРОННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ Российский патент 2019 года по МПК B25J7/00 G02B21/32 A61B34/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к оборудованию для туннельной и электронной микроскопии, прецизионной литографии, для микрохирургии и биологических исследований, а именно к созданию механизмов, обеспечивающих контролируемое перемещение объектов с субмикронной точностью.

В качестве прототипа выбран наиболее близкий по технической сущности пространственный механизм, принцип действия которого изложен в описании изобретения к патенту РФ №1726233, 1990 г., МПК B26J 1/00, содержащий основание и выходное звено, связанные между собой кинематическими цепями, включающими две кинематические пары, связанные с основанием и выходным звеном, два промежуточных звена и расположенный между ними привод поступательного перемещения выходного звена, отличающийся тем, что, с целью повышения точности позиционирования, он снабжен вращательными кинематическими парами и рычагами, установленными по одному в каждой кинематической цепи, при этом рычаг жестко связан с одним из промежуточных звеньев, а привод установлен между рычагом и вторым промежуточным звеном.

В этом пространственном механизме вращательные пары выполнены в виде упругих элементов прямоугольного поперечного и Х-образного продольного сечений, а привод установлен с натягом. Эти пары связаны с основанием и выходным звеном промежуточными звеньями круглого сечения.

Описанный механизм может найти применение как микроманипулятор в электронной промышленности и микрохирургии.

К недостаткам упомянутого выше пространственного механизма можно отнести небольшое передаточное отношение между движением в приводе и изменением положения объекта, находящегося на выходном звене, что не позволяет сократить величину перемещений до единиц нанометров. Кроме того, промышленное изготовление рычагов с кинематическими парами, форма которых получается сочетанием прямоугольных элементов с телами вращения, требует усложненного технологического процесса, приводящего к высокой стоимости изделия. Также целесообразно уменьшить число двигателей, что также будет способствовать уменьшению себестоимости и увеличению надежности.

Цель изобретения - устранение отмеченных недостатков и повышение экономической и эксплуатационной эффективности устройств манипулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом манипуляторе основание соединено с подвижной платформой тремя рычагами с большим передаточным отношением, которые приводятся в движение тремя линейными двигателями, например, п действия которых основано, например, на обратном пъезоэффекте, причем оси последних повернуты относительно друг друга на угол в 120 градусов и лежат в плоскости, параллельной плоскости выходного звена. Для достижения поставленной цели манипулятор для субмикронных перемещений содержит установленное на основании выходное звено в виде передвижной платформы и соединенное с основанием посредством кинематических звеньев, состоящих из кинематических пар и линейного двигателя. В этом устройстве подвижная платформа представляет собой треугольную призму, на каждой боковой грани которой закреплены опорные звенья, сопряженные с помощью кинематических пар, закрепленных у вершин треугольника призмы, с размещенными вдоль боковой грани платформы рычагами, каждый из которых консольно соединен с основанием с одного конца с помощью упругого шарнира с возможностью качания рычага вокруг вертикальной оси, а с другого конца - посредством кинематической пары и линейного двигателя с возможностью перемещения рычага в пределах хода линейного двигателя.

На представленных чертежах показаны:

Фиг. 1 - схема манипулятора;

Фиг. 2 - общий вид устройства.

Манипулятор для субмикронных перемещений представляет собой устройство, содержащее установленное на основании 1 выходное звено в виде подвижной платформы 2, выполненные по форме треугольной призмы, на каждой боковой грани у вершин треугольника закреплены опорные звенья 3, которые с помощью кинематических пар 4, сопряженные с размещенными вдоль боковой грани призмы рычагами 5, каждый из которых консольно соединен с основанием 1 с одного конца с помощью неподвижной заделки 6 и шарнира 7 с возможностью качания рычага вокруг вертикальной оси этого шарнира, а с другого конца - посредством кинематической цепи, включающей кинематическую пару 8 и линейный двигатель 9, с возможностью перемещения рычага 5 в пределах хода линейного двигателя 9. В данном манипуляторе для обеспечения субмикронных перемещений в качестве линейных двигателей 8 могут быть использованы пьезодвигатели.

Манипулятор (Фиг. 1) работает следующим образом.

Манипулирование движением выходного звена выполняется 2 выполняется посредством управления трех линейных двигателей 9. Размещенный и соединенный с основанием 1 с одного конца линейный двигатель 9 через кинематическую пару 8 воздействует на рычаг 5, опора которого консольно соединена с основанием 1 посредством заделки 6 и поворотного шарнира 7 с возможностью поворота рычага относительно оси шарнира 7 в пределах хода линейного двигателя 9. При повороте рычага 5 усилие передается через кинематическую пару 4 платформе (выходному звену) 2. Учитывая разность плеча приложения усилий от двигателя 9 рычагу 5 и плеча передачи усилия от рычага 5 в сторону платформы 2, представляется возможным обеспечение передачи субмикронных перемещений выходному звену - подвижной платформе 2, на которой размещается перемещаемый объект. Аналогично действуют два других рычага. Задаваемое сложное субмикронное перемещение платформы 2 относительно основания 1 достигается совместным действием всех приводов.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в туннельной и электронной микроскопии, прецизионной литографии, микрохирургии и биологических исследованиях. Манипулятор для субмикронных перемещений содержит установленное на основании 1 выходное звено в виде передвижной платформы 2. Основание 1 и платформа 2 соединены посредством кинематических звеньев, состоящих из кинематических пар и линейных пьезодвигателей. Платформа 2 представляет собой треугольную призму, у которой на каждой боковой грани и у вершин треугольника закреплены опорные звенья 3 кинематических пар 4, сопряженные с рычагами 5, размещенными вдоль боковых граней. Каждый рычаг 5 с одного конца консольно соединен с основанием 1 с помощью неподвижной заделки 6 и шарнира 7 с возможностью качания вокруг вертикальной оси шарнира 7, а с другого конца - посредством кинематической цепи, включающей кинематическую пару 8 и линейный пьезодвигатель 9. Рычаги 5 передают движение от линейных пьезодвигателей 9 к подвижной платформе 2 и имеют большое передаточное отношение, которое для повышения точности позиционирования может быть дополнительно увеличено простым изменением их длины. Изобретение обеспечивает контролируемое надёжное перемещение объектов с субмикронной точностью, позволяет повысить точность перемещения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Манипулятор для субмикронных перемещений, содержащий установленное на основании выходное звено в виде передвижной платформы, соединенное с основанием посредством кинематических звеньев, состоящих из кинематических пар и линейных двигателей, отличающийся тем, что подвижная платформа представляет собой треугольную призму, у которой на каждой боковой грани и у вершин треугольника закреплены опорные звенья кинематических пар, сопряженные с размещенными вдоль боковой грани платформы рычагами, каждый из которых с одного конца консольно соединен с основанием с помощью неподвижной заделки и шарнира с возможностью качания рычага вокруг вертикальной оси шарнира, а с другого конца - посредством кинематической цепи, включающей кинематическую пару и линейный двигатель, с возможностью перемещения рычага в пределах хода линейного двигателя.

2. Манипулятор для субмикронных перемещений по п. 1, отличающийся тем, что в качестве линейных двигателей использованы пьезодвигатели.