Схват микроманипулятора

 

СХВАТ МИКРОМАНИПУЛЯТОРА, , содержащий схватывающий узел с приводом, выполненным в виде пъезоэлемента .с расположенньми на нем двумя электродё1ми, подключенными к блокам управления и питания, о т л и ч а;ющ .и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен источником высокого напряжения, подключенным к первому выходу блока управления, и фазомером, один из входов которого. сое дииен с выходом блока питанияf причем схватывающий узел выполнен .в виде электрода и двухступенчатого стакаиа, наполненного элект рореологической жидкостью, в.которую помещен электрод, подключенный к источнику высокого напряжения , при этом в торце ступени мень-. шего диаметра стакана выполнено отверстие , а в ступени большего диаметра установлена дополнительно введенная .герметичная крьоака с отверстием под , причем пьезоэл04ент привода выполнеи в вцде шайбы, расположенной на торце ступени большего диаметра стакана, а электроды привода - в виде двух концентрических колец, при этом второй выход блока.управления соединен-с наружньм кольцом электрода привр ор а внутреннее его кольцо фазомер подключено к одному из входов блока управления, к другому входу которого подключен .выхо блока питания , причем третий блока /управления соединен с вхсщом блока питания. О сд О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изо(5Ретений v Отн тий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ

Н ABTOPCHOMV СНИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3349638/25-08 (22) 02.11.81 (46) 07.04.83„Бюл1 Р 13 (72) P.D.Áàíñÿçè÷þñ, К.M. Рагульские .и В.В.К.Улозас (71) Каунасский политехнический ин-. ститут им. Антанаса Снечкуса (53) 621.229.72(088.8) (56) 1 . Александрова A.Т. Новые спОсобы передачи и формирования движения в .вакууме. И;, Высшая школа™, 1979, с. 79, 207 °

2. Авторское свидетельство СССР по заявке я 2865960/25-08, кл, В 25 Ю. 15/02 . 1980 (прототип). (54) (57) CXBAT МИКРОИАНИПУЛЯ10РА содержащий схватывающий узел с при-. водом,.выполненным в виде пъезоэлемента .с расположенными на нем двумя электродами, подключенными к блокам управления и питания, о т л и ч а;ю .щ .и и с я тем, что, с целью.повышения чувствительности, он снабжен источником высокого напряжения, подключенным к первому выходу блока управления, и фазомером, один.из входов которого. соединен с выходом блока питанка,.причем схватывающий узел выполйен.в виде электрода и» двухступенчатого стакана, наполнен.ного электрореологической жидкостъю, в .которую помещен электрод, подключенный к источнику высокого напряжения, при этом в торце ступени мень-. шего диаметра стакана выполнено.отверстие, а в.ступени.большего диаметра установлена дополнительно введенная .герметичная. крышка с отверстием под электрод, причем пьезоэлемент привода выполнен в виде шайбы, расположенной на торце ступени большего диаметра стакана, а электроды приводе -. в виде-двух кон- Я центрических колец, при этом второй выход блока. управления соединен-с наружньм .кольцом электрода приводаj а внутреннее его кольцо чеРез фазомер подключено к одному из входов блока. управления, к другому входу которого подключен выход блока питания, причт третий выход блока, управления соединен с входом блока питания.

1009756

Изобретение относится к области приборостроения может быть использовано при разработке конструкции микророботов и микроманипуляторов и применймо для захватывания миниатюрных деталей, например, элементов микроэлектроники, при проведении биоисследований.

Известен схват манипулятора (1 j содержащий губки, укрепленные на подвижных рычагах, привод рычагов,,сенсорные датчики, выходы которых соединены с входами блока управле,ния, подключенного-к входам блока питания.

Недостатками схвата являются слож. ность конструкции и сравнительно малая чувствительность, из-за чего он не пригоден для захвата весьма миниатюрных деталей (от 1 мм до 50 мкм) .

Известен также схват микроманипулятора (2 g, содержащий корпус, схватывающий элемент в виде губок, закрепленных на концах рычагов, привод губок, выполненный, например, в виде пьезопластины с электродами, сенсорные датчики, коммутатор, а также блоки. управления и питания. В нем не менее ем.один из электродов разделен на асти, соединенные электрически в шахматном порядке между собой, а через коммутатор — с блоками питания и управления, при этом вторые концы рычагов контактируют с пьезокерамической пластиной, а сенсорные датчики выполнены в виде частотного детектора и масштабного блока, подключенных последовательно череЪ комм -.. татор к электродам пьезокерамической пластины, причем масштабный блок, соединен с . входом блока управления, а выходы блока управления соединены соответственно с входом. управления коммутатора и с входом управления блока питания.

Данное техническое решение является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае- мому результату.

Однако при сравнительно больших габаритах он обладает сравнительно низкой чувствительностью, что не позволяет использовать его для .захвата весьма миниатюрных деталей от .1 мм до 50 мкм.

Целью настоящего изобретения является повышение чувствительности.

Поставленная. цель достигается тем, что охват микроманипулятора, содержащий схватывающий узел с приво;. дом, выполненным в виде пьезоэлемента с расположенными на нем двумя электродами, подключенными к блокам управления и питания, снабжен источником .высокого напряжения, подключенным к первому выходу блока управления, и фазомером, один из входов которого соединен с выходом блока питания, причем схватывающий узел выполнен в виде электрода и двухступенчатого стакана, наполненного электрореологической жидкостью, в которую помещен электрод, подключенный к источнику высокого напряжения, при этом в торце ступени меньшего диаметра стакана выполне-но отверстие, а в ступени большего диаметра установлена дополнительно введенная в схват герметичная крышка с отверстием под электрод, причем пьезоэлемент привода выполнен .в виде шайбы, расположенной на тор15 це ступени большего диаметра стакана, а электроды привода-в виде двух концентрических колец, при этом вто,рой выход блока управления соединен с наружным кольцом электрода привода, а внутреннее его кольцо через фазомер подключено к одному из входов блока управления, к другому входу которого подключен выход блока питания, причем третий выход 5 блока управления соединен с входом блока питания.

На фиг.1 изображен схват в продольном разрезе; на фиг.2 показана блок-схема управления схватом; на

З0 фиг.З изображены эпюры распределения колебаний в упругой системе схвата.

Схват микроманипулятора содержит схватывающий узел, выполненный в виде двуступенчатого стакана 1 со ступенью 2 большего диаметра и сту пенью 3 меньшего диаметра, внутрь которого залита электрореологическая жидкость 4 и помещен электрод 5 привода. Пьезоэлемент выполнен в виде

40 шайбы 6, расположенной на торце ступени- большего. диаметра стакана. Электроды 7 и 8 выполнены в виде двух концентрических колец. Основньж электродом является электрод 7, а

45 измерительным — электрод 8. Корпус снабжен эластичной герметичной крышкой 9, установленной в ступени большего диаметра стакана. Электрод 5 проходит через крышку 9 и служит для

50 подведения к электрореологической жидкостй высокого напряжения.

Для этого электрод 5 подключен к источнику 10 высокого напряжения, вход которого соединен с первым выходом блока 11 управления (фиг.2).

Второй выход блока 11 управления под ключен к основному электроду 7 шайбы

6. Измерительный электрод 8 шайбы

6 подключен к входу фазомера 12, выход которого подключен к входу блока 11 управления. Третий выход блока 11 управления соединен с входом блока 13 питания, выход которого соединен с входами блока 11 управления и фазомера 12.

1009756

На фиг.l и 3 показана плоскость крепления схвата, в которой амплитуды колебаний схватывающего узла 1 имеют наименьшее значение, близкое к нулевому — узловая плоскость.

Значения бх и ок означают продольные смещения ступеней 2 и 3. На фиг.l захватываемая деталь обозначена позицией 14. В торце ступени 3 выполнено отверстие. Кривыми cl в, Ъ .обозначены режимы работы схвата. 10

Схват микроманипулятора работает следующим образом.

При подаче сигнала о начале операции в блок 11 управления, сигнал от него подается в блок 13 питания, 15 от которого через блок ll управления подается высокочастотное электрическое напряжение на основной, электрод 7.шайбы б. Величина амплитуды питающего электрод 7 электрического напряжения подбирается малой.

Колебания пьезоэлемента передаются от ступени большего диаметра на ступень меньшего диаметра стакана и усиливаются, так как схват в сущности является ступенчатым концентратором колебаний. Несмотря на это, амплитуда продольных колебаний ступени 3 очень мала. Происходит режим поиска — сенсорный режим, соответствукщий кривой O (см.фиг, 3) . Возникающее из-за прямого пьезоэффекта напряжение на электроде 8 поступает на фазомер 12, т.е. измерительный электрод 8 работает как часть сенсорного датчика. Сигналы от блока 13 питания и измерительного электрода 8 поступают в.фазомер 12, а от него в блок 11 управления. При прикосновении конца ступени 3 к детали 14 из-за возникаю-40 щих сил взаимодействия в зоне контакта (сил трения-или микроударов) добротность колебательной системы изменяется (уменьшается), что приводит к изменению Фазы между сигналом бло- 45 ка 13 питания и сигналом, поступающим иэ измерительного электрода 8 (т.е. изменяется фазо-частотная характеристика системы).

После скачка. фазы фазомер 12 по- 50 дает сигнал блоку 11 управления, который на короткий срок электрически действует на блок 13 питания, чтобы1 тот подавал высокочастотное электрическое напРяжение с большой амплитудой на основной электрод 7 пьезоэлемента, колебания которого передаются к ступеням 2 и 3 схвата и выдавливают каплю электрореологической жидкости.4, которая соприкасается с цеталью 14, Произошел режим выдавлива,ния охватывающего элемента. На фиг.3 этот режим соответствует кривой о . .Следующий режим работы -схвата— режим фиксации з ахв атываемой детали 14

Как только электрореологическая жидкость 4 соприкоснулась с деталью

14, подается сигнал от блока ll управления на источник 10 высокого напряжения, а от него высокое напряжение подается на электрод 5. Так как электрореологическая жидкость обладает тем свойством, что обратимо меняет свою вязкость при наложении электрического поля, то при подаче к электроду 5 высокого напряжения, электрореологическая жидкость

4 мгновенно затвердевает, надежно фиксируя деталь 14.

При получении блоком 11 управления сигнала о прекращении операции, сигнал от него поступает к источнику .10 высокого напряжения, электрическое высокое напряжение от электрода 5 снимается.и электрореологическая жид-. кость -4 мгновенно приобретает жидкую

Фазу.,Однако деталь 14 миниатюрная, очень легка и не снимается, так к к ее держат поверхностные силы связи электрореологической жидкости 4. При этом капля жидкости 4 еще не вернулась в исходное положение в ступень

Для того, чтобы каплю электрореологической жидкости 4 вернуть в ступень

3 и снять деталь 14 основному электроду 8 сообщается высокочастотное электрическое напряжение с более высокой амплитудой и фазой, повернутой на 180 . Вызывается переход к более высокой форме колебаний, в частности к 2-ой, с двумя узлами колебаний по длине преобразователя

При появлении в ступени 3 колебаний данного рода электрореологическая жидкость 4 возвращается в ступень 3 в исходное положение, а деталь 14 упирается в конец ступени 3 и освобождается — снимается. Произошел последний режим работы схвлта— режим всасывания капли электрореологической жидкости 4 в ступень 3.

Этот режим соответствует кривой В (фиг.3) .

Такое конструктивное выполнение схвата позволит значительно повысить чувствительность схвата микроманипулятора, применить его для захватывания весьма миниатюрных деталей, (от 1 мм до 50 мкм), что было невозможно известными схватами.

1009756

У= ъчl

4Ъа 8

Составитель Ф.Майоров

Редакторй Дристова Техреду О.Неце Корректор Л.Ференц

Заказ 2590/10 Тираж 1079 Подписное

ВНИИПИ Государственйого комитета СССР по делам изобретений и .открытий

113035, Москва, И-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãoðîä, ул.Проектная,4