Пространственный механизм Советский патент 1992 года по МПК B25J1/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано в качестве микроманипулятора при позиционировании предметного столика электронного микроскопа.

Цель изобретения - повышение точности позиционирования и повышение надежности за счет герметизации кинематических цепей.

На фиг. 1 изображен пространственный механизм; общий вид; на фиг.2 - схема кинематической цепи; на фиг.З - кинематическая пара, вариант исполнения; на фиг.4 - второй вариант исполнения пространственного механизма, общий вид; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.4; на фиг.6 - схема кинематической цепи; на фиг.7 - пружинный элемент привода поступательного перемещения; на фиг,8 - набор пьезоэлементов этого же привода; на фиг.9 - третий вариант исполнения пространственного механизма, общий вид; на фиг. 10 - схема кинематической цепи; на фиг. 11 - разрез кинематической цепи.

Устройство содержит основание 1, выходное звено 2, связанное с этим основанием кинематическими цепями, включающими кинематические пары 3 и 4, привод 5, дополнительный привод 6, промежуточное звено, выполненное в виде двух стержней 7 и 8, связанных посредством вращательной пары 9, причем один из стержней 7 снабжен рычагом 10, между которым и вторым стержнем 8 установлен дополнительный привод 6. Для обеспечения герметизации все кинематические цепи размещены герметично в стаканах 11, жестко связанных с основанием 1 и посредством сильфонов 12, связанных с выходным звеном 2.

Кинематические пары 3 и 4 могут быть выполнены в виде изгибных упругих элементов Х-образного продольного сечения, а также круглого или прямоугольного поперечного сечения. Для каждого механизма одну пару, имеющую круглое поперечное сечение, можно дополнить еще одним из- гибным элементом, имеющим прямоугольное сечение (фиг.З). Привод 5 поступательного перемещения можно выполнить в виде совокупности упругого элемента 13 (фиг.7) и набора пьезоэлементов 14(фиг.8).

Механизм может быть снабжен дополнительными рычагами 15, размещенными по одному в каждой кинематической цепи и связанными с основанием, с приводом Бис неприводной парой 4. Приводы 5 и 6 целесообразно установить также с использованием упругих изгибных элементов круглог

поперечного течения и Х-образного продольного сечения. Вращательная пара 9 вы- полнена в виде изгибного упругого элемента Х-образного продольного сечения

и прямоугольного поперечного сечения. Пары 3 и 4 могут быть выполнены равножест - костными в плоскости данной кинематической пары.

Механизм (фиг.1) имеет шесть степеней

свободы при основном движении с помощью приводов 5 и шесть степеней свободы при корректировке с использованием приводов 6.

Различные варианты исполнения механизма (фиг.1 и 9) имеют, соответственно, по три степени свободы основного и корректировочных движений.

Дополнительный привод 6 установлен между рычагом 10 и стержнем 8 с натягом,

т.е. в паре 9 осуществлен предварительный изгиб, а оси стержней 7 и 8 установлены под углом.

этом малое приращение АI расстояния I между точками О и А определяется

исходя из анализа бесконечно малых

Вводам обозначения: АВ а, ОВ Ь, , BD c,/ABO a, , ОА l, CD r.

Тогда I Va + bz - 2 a b cos a ;

r Vc2 +d2 -2 с d cos/3 ; a b sin ad a

d l

dn

V a2 +b2 -2 a b cos a

cd

V c2 +d2 -2cdcos/

40

Учитывая, что da -d/, и переходя к конечным приращениям, запишем:

д, a b sin aVcz +d - 2 cd cos/ д V а2 + b2 - 2 a b cos a cd sin ft

Таким образом, существует передаточное отношение между перемещением в приводе Дг и изменением расстояния Д|,Это передаточное отношение, меняя аи/J, можно изменять в широких пределах, однако для обеспечения точности это отношение

должно быть по абсолютной величине меньше единицы.

Задавая , (т.е. а несколько меньше 180°), получаем передаточное отношение, обеспечивающее при

грубой большой дискретности перемещения дополнительного привода 6, в качестве которого может быть использован, например, набор пьезоэлементов или шаговый двигатель, незначительное изменение AI,

что обеспечивает требуемую повышенную точность при корректировке.

Механизм работает следующим образом.

Каждый привод 5, воздействуя на промежуточное звено, выполненное в виде стержней 7 и 8, через неприводные пары 3 и 4, перемещает выходное звено 2 по одной независимой координате относительно основания 1. При этом происходит основное перемещение, а дополнительные приводы 6 заторможены. Программное перемещение выходного звена осуществляется совместным действием всех приводов 5.

При осуществлении коррекции каждый дополнительный привод 6, воздействуя на. рычаг 10, изменяет угол между стержнями 7 и 8, при этом происходит перемещение в парах 3, 4 и 9, и выходное звено 2 перемещается по одной независимой координате относительно основания 1. Требуемая коррекция достигается совместным действием всех дополнительных приводов 6, приводы 5 заторможены.

Формула изобретения 1. Пространственный механизм, содержащий основание и выходное звено, связанные между собой кинематическими цепями, включающими две кинематические пары, промежуточное звено и привод поступательного перемещения, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности позиционирования путем обеспечения коррекции перемещения выходного звена, он снабжен дополнительными приводами поступательного перемещения, число которых равно числу степеней свободы выходного

звена, а промежуточное звено выполнено в виде двух стержней, связанных между собой посредством вращательной кинематической пары, и рычага, жестко связанного с одним из стержней, при этом каждый дополнительный привод установлен между рычагом и вторым стержнем.

2.Механизм по п. 1,отличающийся тем, что вращательная кинематическая пара выполнена в виде упругого элемента прямоугольного сечения и Х-образного продольного сечения, а дополнительные приводы установлены с натягом.

3.Механизм по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения

надежности за счет герметизации кинематических цепей, он снабжен стаканами и сильфонами, при этом каждый стакан жестко связан своим дном с основанием и через сильфон своими стенками - с выходным

звеном, а кинематические цепи расположены в стаканах.

4.Механизм по пп.1-3, о т л и ч а ю щ и й- ся тем, что он снабжен установленными на основании дополнительными рычагами,

размещенными по одному в каждой кинематической цепи, при этом один конец каждого из этих рычагов связан с одной кинематической парой этой цепи, а другой - с ее приводом.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к робототехнике, и может быть использовано в качестве микроманипулятора при позиционировании предметного столика электронного микроскопа. Сущность изобретения: при работе механизма каждый привод 5, воздействуя на промежуточное звено, выполненное в виде стержней 7 и 8 через неприводные пары 3 и 4 перемещает выходное звено 2 по одной независимой координате относительно основания 1. При этом происходит основное перемещение, а дополнительные приводы 6 заторможены. Программное перемещение выходного звена осуществляется совместным действием всех приводов 5. При осуществлении коррекции каждый дополнительный привод 6, воздействуя на рычаг 10, изменяет угол между стержнями 7 и 8, при этом происходит перемещение в парах 3,4 и 9, и выходное звено 2 перемещается по одной независимой координате относительно основания 1. Требуемая коррекция достигается совместным действием всех дополнительных приводов 6. 3 з.п. ф-лы, 11 ил. сл С

фиг2

фиг.З

А- А Фиг. 4

1 X/////////// фиг. 11