Термоэлектрический механический манипулятор

Изобретение относится к системам теплообмена. Термоэлектрический механический манипулятор выполнен из термомодулей. Термомодули расположены внутри трубчатой или каркасной конструкции с возможностью создания градиентов температур в ее отдельных узлах, приводящих к изменению ее геометрических размеров или ориентации в пространстве. Технический результат изобретения - повышение точности и мощности манипулятора. 1 ил.

 

Изобретение относится к системам теплообмена.

Известно большое количество манипуляторов на основе электрических двигателей, электромагнитов, пневматических и гидравлических устройств [1].

Недостатком подобного типа устройств является то, что для формирования сложной траектории движения манипулятора требуются кинематически сложные механические структуры. Кроме того, высокой сложностью обладают компьютерные алгоритмы по управлению такими манипуляторами. Для упрощения конструкции при одновременном повышении точности и мощности манипулятора целесообразно использовать трубчатые и цилиндрические конструкции, выполненные из материалов, изменяющих свои геометрические размеры при температурном воздействии.

Цель изобретения - повышение точности и мощности манипулятора.

Цель достигается за счет использования полупроводниковых термоэлектрических устройств, которые позволяют создать градиенты температур в отдельных узлах механической конструкции, приводящие к изменению ее геометрических размеров или ориентации в пространстве, что вызывает целенаправленное воздействие в выбранном направлении.

На чертеже представлена конструкция термоэлектрического механического манипулятора.

Конструкция термоэлектрического устройства представляет собой трубчатую 1 или каркасную 2 структуру, находящуюся в кондуктивном контакте с горячими и холодными спаями термомодулей 3.

Устройство работает следующим образом.

Полупроводниковые термомодули 3 в зависимости от направления и силы тока питания формируют на своих спаях перепады температур фиксированной величины. Размещение термомодуля 3 внутри металлического цилиндра 1 или стержневого каркаса 2 вызовет изменение геометрических размеров при нагреве и охлаждении отдельных участков конструкции, что приведет к регулируемому изгибу конструкции в целом. Путем реверса тока питания можно изменить градиент температуры на противоположный и вызвать обратный прогиб конструкции. Величина прогиба пропорциональна температурному перепаду, который в свою очередь пропорционален току питания полупроводникового термомодуля 3. Быстродействие манипулятора ограничивается инерционностью тепловых процессов. Устройство может работать в агрессивных средах при отсутствии гравитации, в вакууме, в широком диапазоне механических, биологических и тепловых воздействий. Температура окружающей среды не оказывает существенного влияния на работу манипулятора, так как полупроводниковый термомодуль 3 формирует относительный перепад температур между спаями вне зависимости от абсолютного значения температуры среды. Инерционность тепловых процессов позволяет осуществить плавный режим работы манипулятора без рывков.

Помимо конструкции манипулятора с прогибом, полупроводниковые термоэлектрические модули позволяют реализовать конструкции с изменением объема манипулятора (твердой, жидкой или газообразной фазы), а также имеется возможность создания манипулятора с поступательным перемещением исполнительного механизма вдоль выбранной оси. Причем можно получить с высокой точностью микроскопические перемещения при создании мощного усилия в области контакта.

Для усиления эффекта пространственного прогиба манипулятора можно использовать биметаллические материалы или сплавы с термической «памятью формы». Размещение нескольких термомодулей вдоль оси манипулятора позволяет увеличить диапазон прогиба. Для пространственного управления манипулятором необходимо размещать термомодули с взаимно перпендикулярной ориентацией горячих и холодных спаев. Имеется возможность для создания конструкции искусственного щупальца с возможностью плавного изгиба и захвата по любым направлениям. Пространственное изменение под действием температуры в металлах сопровождается возникновением больших усилий, позволяющих создать мощный манипулятор произвольной длины с широким диапазоном пространственных перемещений. За счет изменения геометрии конструкции можно создавать манипулятор с малыми перемещениями при больших усилиях, а при увеличении рычага, наоборот, с малыми усилиями при больших перемещениях.

Использование представленного устройства позволит реализовывать микроминиатюрные конструкции для компонентов функциональной микроэлектроники. Кроме того, базовая конструкция манипулятора может быть трансформирована в клапанные механизмы, дозирующие устройства, параметрические регуляторы, датчики перемещения, давления, температуры.

Литература

1. Исмаилов Т.А. Термоэлектрические полупроводниковые устройства и интенсификаторы теплопередачи. - СПб.: Политехника, 2005.

Термоэлектрический механический манипулятор, выполненный из термомодулей, отличающийся тем, что термомодули расположены внутри трубчатой или каркасной конструкции с возможностью создания градиентов температур в ее отдельных узлах, приводящих к изменению ее геометрических размеров или ориентации в пространстве.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам и устройствам для преобразования энергии и может быть использовано в энергетике. .

Двигатель // 2355912
Изобретение относится к энергосберегающим технологиям и может быть использовано в машиностроении, в частности в двигателестроении для преобразования тепловой энергии в механическую энергию, и осуществляется за счет линейной тепловой деформации твердых тел.

Изобретение относится к установкам, производящим электроэнергию, и может быть использовано в области использования возобновляемых источников энергии преимущественно для выработки электроэнергии и для привода различных механизмов, например водоподающих устройств, насосов, нефтеперекачивающих устройств, там где затраты на электроэнергию полученную централизованно велики или отсутствует централизованное снабжение.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве привода для перемещения рабочих органов исполнительных механизмов, применяемых в точном машиностроении, приборостроении, робототехнике, в частности может быть использовано для создания сервомеханизмов различного назначения.

Изобретение относится к энергетике и машиностроению и может быть использовано в качестве поршневого двигателя в различных отраслях народного хозяйства. .

Изобретение относится к энергетике, а точнее к гелиотехнике, и может быть использовано для энергоснабжения потребителей. .

Изобретение относится к конструкциям двигателей нанометрового размера, основанных на одной из транспортных систем живой клетки, и может быть использовано в наномашинах.

Изобретение относится к энергетике. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к исполнительным компонентам из сплава с эффектом памяти формы СПФ. .

Изобретение относится к области преобразования различных видов энергии в механическую работу при фазовых превращениях конденсированного вещества и может быть использовано для изготовления чувствительных элементов и исполнительных механизмов в приборах автоматики и телемеханики.

Робот-шар // 2315686
Изобретение относится к области робототехники. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к робототехнике. .

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в конструкциях роботов (шагающих аппаратов). .

Изобретение относится к медицинской технике, но может быть использовано и в других областях. .

Изобретение относится к области роботостроения и может применяться для перемещения заготовок или деталей между технологическим оборудованием. .

Изобретение относится к области машиностроения и может быть применено в конструкциях цикловых промышленных роботов с преимущественно прямолинейным движением подвижного рабочего органа.

Изобретение относится к робототехнике, в частности к манипуляторам промышленных роботов, использующихся в медицине в качестве автоматических артикуляторов - иммитаторов движений нижней челюсти, и может быть использовано в ортопедической промышленности.

Изобретение относится к области робототехники, а более конкретно к электромеханическим манипуляторам промышленных роботов, преимущественно с внешними магнитными системами.

Изобретение относится к робототехнике, точнее к механическим передачам электромеханических промышленных роботов, преимущественно с внешними магнитными системами.

Изобретение относится к области радиоэлектроники, а именно к технологии ручного монтажа и пайки печатных плат и может быть использовано в технологическом процессе ручной установки поверхностно-монтируемых компонентов на печатные платы с помощью вакуумного пинцета, соединенного с вакуумным насосом, в условиях экспериментального, опытного и мелкосерийного многономенклатурного производства
Наверх