Искусственная мышца Советский патент 1991 года по МПК B25J1/02 B25J1/00 

О Ю О |Ю

Ю

Ю

Изобретение относится к роботостроению и может быть использовано в манипуляторах в качестве линейного привода для перемещения легких объектов, например полупроводниковой подложки при матрич ной интеграции бескорпусных микросхем Целью изобретения является упрощение конструкции за счет функционального со вмещения силовой установки и исполнительного органа, а также расширение 9 технологических возможностей за счет обеспечения нечувствительности мышцы к ее пространственному положению При включении ультразвукового излучателя 7, закрепленного на корпусе 1, в котором между его внутренней торцовой поверхностью и торцовой поверхностью поршня 2 образованы капиллярные полости посредством концентрично установленных на корпусе и поршне цилиндрических перегородок 3 и 5 вследствие возникновения ультразвукового капиллярного эффекта, обеспечивающего повышение скорости движения и высоты подьема жидкости в капиплярах в десятки раз под действием ультразвука, жидкость находящаяся в этих полостях стремится заполнить все эти капиллярные полости, поднимаясь, втягивая поршень 2, сокращая тем самым искусственную мышцу 2 ил 8

Фиг 1

Изобретение относится к роботостроению и может быть использовано в манипуляторах в качестве линейного привода для перемещения легких объектов, например полупроводниковой подложки при матрич- ной интеграции бескорпусных микросхем,

Целью изобретения является упрощение конструкции за счет функционального совмещения силовой установки и исполнительного органа, а также расширение техно- логических возможностей за счет обеспечения нечувствительности мышцы к ее пространственному положению.

На фиг.1 изображена искусственная мышца, разрез; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Искусственная мышца содержит, например, цилиндрический корпус 1, в котором подвижно в продольном направлении установлен поршень 2. К внутренней торцо- вой поверхности корпуса 1 прикреплены цилиндрические перегородки 3, снабженные перфорационными окнами 4, установленными концентрично друг с другом. Аналогично к внутренней торцовой поверх- ности поршня 2 прикреплены цилиндрические перегородки 5, снабженные перфорационными окнами б, установленными также концентрично друг с другом. При этом все перегородки 3 и 5 корпуса и поршня размещены друг между другом с образованием щелевых капиллярных полостей как между одноименными перегородками 3-3 и 5-5, так и двумя смежными перегородками 3-5-3-5 (с половинной ши- риной щели). К корпусу 1 прикреплен свободный конец ультразвукового излучателя 7. Сверху на корпусе 1 (в зависимости от его пространственного расположения - вертикально, горизонтально или под любым уг- лом) выполнена трубка 8, закрытая легкой провисающей оболочкой 9, закрепленной на ее свободном конце. Все щелевые капиллярные полости между перегородками частично, например на половину объема корпуса, заполнены жидкостью - дистиллированной водой или машинным маслом.

Данная искусственная мышца является силовым элементом робототехнической системы, с отбором мощности силового линей- ного смещения между корпусом 1 и поршнем 2.

Искусственная мышца работает следующим образом.

Ультразвуковой капиллярный эффект проявляется в том случае, если уже имеется вогнутый мениск жидкости, эффект лишь усиливает его действие.

При вертикальном расположении устройства мениски имеют полутороидальную

форму между каждыми двумя смежными цилиндрическими перегородками 3 и 5. При горизонтальном расположении устройства мениски имеют полуцилиндрическую форму как между смежными перегородками 3 и 5 в средней части корпуса, так и между одноименными перегородками 3-3 и 5-5 в при- торцовых зонах корпуса и поршня. В промежуточном положении устройства мениск имеет переходную форму между полутороидальной и полуцилиндрической в зависимости от угла наклона устройства в пространстве.

В выключенном состоянии излучателя 1 поршень 2 сдвинут вправо по фиг.1 до его правого упора в корпус 1 на величину рабочего хода А I (для облегчения дальнейшее изложение ведется при горизонтальном пространственном положении устройства, не ограничивающем общности и для любого другого пространственного положения устройства). При этом общая длина внутренней полости составляет L + А I, где L - длина цилиндрических перегородок 3 и 5. Объем V

л:О2 полости, равный -д- (L 4- А1), где D внутренний диаметр корпуса 1 (без учета толщин самих перегородок, по величине на порядок меньших капиллярных расстояний между ними), частично, например наполовину, заполняет жидкость (фиг.2).

При включении ультразвукового генератора, работающего на излучатель 1, согласно ультразвуковому капиллярному эффекту, обеспечивающему повышение скорости движения и высоты подъема жидкости в десятки раз в капиллярах под действием ультразвука, жидкость, поднимаясь, стремится заполнить все капиллярные полости между перегородками 3-3,5-5. Энергия ультразвукового излучателя переходит в потенциальную энергию столба стремящейся подняться по капиллярам жидкости. Но объем этой частично заполняющей полость нерастяжимой жидкости неизменен, поэтому жидкость, поднимаясь по щелевым капиллярам, искривленным вдоль образующих цилиндрических перегородок, на высоту, меньшую даже радиуса корпуса 1, втягивает поршень 2 в корпус 1 на величину рабочего хода А I до его левого упора (фиг.1). Это происходит за счет того, что каждый вогнутый мениск капилляра работает как своеобразный насос.

Жидкость от исходного положения до конечного положения устройства не перекрывает все отверстия 4 и 6 вблизи торцов корпуса и поршня, т.е. часть этих отверстий всегда утоплена в жидкость, а часть их всегда расположена над поверхностью жидкости в воздухе. При этом верхний уровень жидкости расположен горизонтально, частично заполняя полость корпуса, с образованием менисков в каждой капиллярной полости. Жидкость из нижней части устройства перетекает в верхнюю одновременно через окна 4 и 6 вблизи торцов корпуса и поршня, которые уже утоплены в жидкости. Через неутопленные, расположенные в вер- хней части устройства окна 4 и 6, одновременно воздух вытесняется в легкую оболочку 9 через трубку 8. Оболочка 9 служит только для исключения испарения жидкости.

Ультразвуковая волна от тела торца корпуса и перегородок корпуса распространяется в жидкость по всем направлениям, не локализуясь по нормали между перегородками. Поэтому ультразвуковому воздейст- вию подвергаются капилляры жидкости как в приторцовых зонах корпуса и поршня, так и в средней части устройства. В приторцовых зонах ширина капилляров в два раза больше ширины капилляров в средней час- ти устройства. Если их заполнить, не выходя за экспериментальные рекомендации, т.е. соответственно 2 и 1 мм, то верхний уровень жидкости будет подниматься общим фронтом без завалов в приторцовых зонах, не перераспределяясь внутри корпуса. Уровень жидкости в приторцовых зонах будет несколько опережать ее подъем в средней части устройства, учитывая вязкое трение

жидкости при ее перетекании, перераспределения из приторцовых зон, где она восполняется через перфорационные отверстия в перегородках. Перфорационные отверстия перегородок целесообразно выполнить в приторцовых зонах, где ширина капилляров в исходном положении устройства в два раза больше, чем в средней части устройства, однако перфорацию можно выполнить в любом месте перегородок, хотя это несколько снизит скорость срабатывания устройства при затрудненном подсосе жидкости в месте узких капилляров.

Формула изобретения Искусственная мышца, содержащая корпус, внутри которого расположены капиллярные полости, частично заполненные жидкостью, и ультразвуковой излучатель, отличающаяся тем, что, с целью расширения технологических возможностей за счет обеспечения нечувствительности мышцы к ее пространственному положению, она снабжена установленными в корпусе поршнем и двумя группами кон- центрично расположенных цилиндрических перфорированных перегородок, образующих капиллярные полости, при этом перегородки одной группы закреплены на внутренней торцовой поверхности корпуса, другой группы - на торцовой поверхности поршня и установлены смежно между собой, а.ультразвуковой излучатель пристыкован к корпусу.

1

Фиг 2