RU2175601C2 - Actuator for micromanipulator - Google Patents
Actuator for micromanipulator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2175601C2 RU2175601C2 RU2000101111A RU2000101111A RU2175601C2 RU 2175601 C2 RU2175601 C2 RU 2175601C2 RU 2000101111 A RU2000101111 A RU 2000101111A RU 2000101111 A RU2000101111 A RU 2000101111A RU 2175601 C2 RU2175601 C2 RU 2175601C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- deformable
- piezocrystal
- piston
- cones
- cylinder
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к точному приборостроению, в частности к приводам микроманипуляторов, и может быть использовано в промышленных микророботах для прецизионной сборки изделий, в изготовление микрокомпонентов с объемной структурой, в биологии и медицине, где требуются значительные перемещения микроинструмента с высокоточным позиционированием. The invention relates to precision instrumentation, in particular to drives of micromanipulators, and can be used in industrial microrobots for precision assembly of products, in the manufacture of microcomponents with a three-dimensional structure, in biology and medicine, where significant movements of micro-tools with high-precision positioning are required.
Известен манипулятор, содержащий основание, схват, механизм перемещения схвата, установленный на основании, шток, на котором закреплен схват, и позиционирующее устройство [авт. св. СССР N 1060461, М. Кл. B 25 J 7/00, 1983]. Known manipulator containing a base, a tong, a gripper moving mechanism mounted on the base, a rod on which the tong is fixed, and a positioning device [ed. St. USSR N 1060461, M. Cl. B 25
Недостатком является малая величина перемещения. The disadvantage is the small amount of displacement.
Известен привод микроманипулятора, содержащий основание, входное звено, соединенное с вибратором и выполненное в виде цилиндра с зубчатым венцом на его боковой поверхности, выходное звено, связанное со столом, снабженным направляющими, и электромагниты [авт. св. СССР N 1366386, М. Кл. B 25 J 7/00, 1988]. A known micromanipulator drive containing a base, an input link connected to a vibrator and made in the form of a cylinder with a gear ring on its side surface, an output link connected to a table equipped with guides, and electromagnets [ed. St. USSR N 1366386, M. Cl. B 25
Недостатком является невысокая нагрузочная способность. The disadvantage is the low load capacity.
Известно также устройство для перемещения микроманипулятора, содержащее входное звено, соединенное с вибратором крутильных колебаний, выходное звено, имеющее вал и электромагниты. A device for moving a micromanipulator is also known, comprising an input link connected to a torsional vibration vibrator, an output link having a shaft and electromagnets.
Недостатком устройства также является невысокая нагрузочная способность [Авторское свидетельство СССР N 1073088, М. Кл B 25 J 7/00, 1984]. The disadvantage of this device is also low load capacity [USSR Author's Certificate N 1073088, M. Cl B 25
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является привод микроманипулятора, содержащий установленный в корпусе пьезопреобразователь, включающий, по крайней мере, две прямоугольные призмы, выполненные из пьезоматериала и расположенные вдоль штока с закрепленной на нем зубчатой рейкой. Шток установлен в корпусе на шариковых направляющих. Призмы соединены обращенными друг к другу основаниями с корпусом, а на одной из граней каждой из призм, обращенной к зубчатой рейке штока, установлена накладка с выступом по форме впадины между зубьями рейки. На каждой из двух других расположенных противоположно гранях закреплены параллельно ребрам призмы два электрода, при этом призмы подпружинены к корпусу пружинами в направлении к штоку [авт. св. СССР N 1271738, М. Кл B 25 J 7/00, 1986]. The closest in technical essence and the achieved result to the declared one is a micromanipulator drive containing a piezoelectric transducer installed in the housing, including at least two rectangular prisms made of piezomaterial and located along the rod with a gear rack fixed to it. The rod is installed in the housing on ball guides. The prisms are connected to each other by bases with the housing, and on one of the faces of each of the prisms facing the toothed rack of the rod, an overlay is installed with a protrusion in the form of a depression between the teeth of the rack. Two electrodes are mounted parallel to the edges of the prism on each of the other two opposite faces, while the prisms are spring-loaded to the housing by springs in the direction of the rod [ed. St. USSR N 1271738, M. Cl B 25
Недостатком прототипа являются малые величины усилий, создаваемые приводом. The disadvantage of the prototype is the small amount of effort created by the drive.
Задача изобретения - повышение нагрузочной способности, диапазона перемещений, долговечности и точности позиционирования за счет использования в конструкции привода микроманипулятора гидравлической системы. The objective of the invention is to increase the load capacity, range of movement, durability and accuracy of positioning due to the use in the design of the drive micromanipulator hydraulic system.
Поставленная задача достигается тем, что привод микроманипулятора, содержащий пьезоэлемент и схват, в отличие от прототипа выполнен в виде пьезонасоса, состоящего из пьезоэлемента, выполненного деформируемым и подвижным и регулируемым с помощью винта, двух эластичных элементов конструкции, двух каналов пьезонасоса, снабженных двумя стаканами, расположенных в них двумя клапанами, каждый из которых представляет собой пьезокристалл, цилиндра с поршнем и рабочей жидкости, причем каналы соединены с полостью цилиндра, а к поршню прикреплен схват. This object is achieved in that the micromanipulator drive containing a piezoelectric element and a gripper, in contrast to the prototype, is made in the form of a piezoelectric pump, consisting of a piezoelectric element made of a deformable and movable and adjustable using a screw, two elastic structural elements, two channels of the piezoelectric pump, equipped with two glasses, located in them by two valves, each of which is a piezocrystal, a cylinder with a piston and a working fluid, and the channels are connected to the cylinder cavity, and attached to the piston grip.
Кроме того, в приводе микроманипулятора в отличие от прототипа эластичные элементы конструкции выполнены в виде деформируемых конусов. In addition, in the drive of the micromanipulator, unlike the prototype, the elastic structural elements are made in the form of deformable cones.
Кроме того, в приводе микроманипулятора в отличие от прототипа эластичные элементы конструкции выполнены в виде деформируемых внутренних поверхностей конусов. In addition, in the drive of the micromanipulator, unlike the prototype, the elastic structural elements are made in the form of deformable inner surfaces of the cones.
Кроме того, в приводе микроманипулятора в отличие от прототипа эластичные элементы конструкции выполнены в виде накладок на деформируемом и подвижном элементе пьезонасоса. In addition, in the drive of the micromanipulator, unlike the prototype, the elastic structural elements are made in the form of overlays on the deformable and movable element of the piezo pump.
Кроме того, в приводе микроманипулятора в отличие от прототипа деформируемый и подвижный пьезоэлемент конструкции выполнен в виде пьезокристалла. In addition, in the drive of the micromanipulator, unlike the prototype, the deformable and movable piezoelectric structure is made in the form of a piezocrystal.
Кроме того, в приводе микроманипулятора в отличие от прототипа деформируемый и подвижный пьезоэлемент конструкции выполнен в виде рычага, соединенным с пьезокристаллом. In addition, in the drive of the micromanipulator, unlike the prototype, the deformable and movable piezoelectric structure is made in the form of a lever connected to the piezocrystal.
Существо устройства пояснено чертежами. На фиг. 1 представлена конструкция привода микроманипулятора; на фиг. 2 - электрическая схема; на фиг. 3 - временная диаграмма сигналов управления пьезокристаллами; на фиг. 4 - вариант конструкции эластичного элемента; на фиг. 5 - варианты конструкций эластичного элемента и деформируемого и подвижного элемента. The essence of the device is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows the design of the drive of the micromanipulator; in FIG. 2 - electric circuit; in FIG. 3 is a timing chart of piezocrystal control signals; in FIG. 4 - design variant of the elastic element; in FIG. 5 - design options for the elastic element and the deformable and movable element.
Привод микроманипулятора (первый вариант) содержит пьезонасос, состоящий из деформируемого и подвижного элемента 1, который выполнен в виде пьезокристалла, регулируемого с помощью винта 2, и первого и второго эластичных элементов конструкции, которые выполнены в виде первого 3 и второго 4 конусов из эластичного материала, при этом в первом 5 и во втором 6 каналах пьезонасоса расположены первый и второй клапаны, которые представляют собой первый 7 и второй 8 пьезокристаллы, установленные каждый соответственно в первом 9 и во втором 10 стаканах, и рабочей жидкостью. При этом первый 5 и второй 6 каналы соединены с полостью цилиндра 11, к поршню 12 которого прикреплен схват 13. The micromanipulator drive (the first option) contains a piezo pump, consisting of a deformable and
Привод микроманипулятора (второй вариант) содержит пьезонасос, состоящий из деформируемого и подвижного элемента 1, регулируемого с помощью винта 2, и первого и второго эластичных элементов конструкции, которые выполнены в виде первой 3 и второй 4 внутренних поверхностей конусов из эластичного материала, при этом в первом 5 и во втором 6 каналах пьезонасоса расположены первый и второй клапаны, которые представляют собой первый 7 и второй 8 пьезокристаллы, установленные каждый соответственно в первом 9 и во втором 10 стаканах, и рабочей жидкостью, при этом первый 5 и второй 6 каналы соединены с полостью цилиндра 11, к поршню 12 которого прикреплен схват 13. The micromanipulator drive (second option) contains a piezo pump, consisting of a deformable and
Привод микроманипулятора (третий вариант) содержит пьезонасос, состоящий из деформируемого и подвижного элемента 1, выполненного в виде рычага, соединенным с пьезокристаллом, регулируемого с помощью винта 2, и первого и второго эластичных элементов конструкции, которые выполнены в виде первой 3 и второй 4 накладок на подвижном элементе насоса, при этом в первом 5 и во втором 6 каналах пьезонасоса расположены первый и второй клапаны, которые представляют собой первый 7 и второй 8 пьезокристаллы, установленные каждый соответственно в первом 9 и во втором 10 стаканах, и рабочей жидкостью, при этом первый 5 и второй 6 каналы соединены с полостью цилиндра 11, к поршню 12 которого прикреплен схват 13. The micromanipulator drive (third option) contains a piezo pump, consisting of a deformable and
Устройство работает следующим образом (первый вариант). Система управления генерирует сигналы, представленные на фиг. 3, где U1 - сигнал, подаваемый на первый 7 и второй 8 пьезокристаллы и вызывающий сокращение их размера, тем самым открывая и закрывая первый 5 и второй 6 каналы. Одновременно генерируется сигнал U2, вызывающий отклонение деформируемого и подвижного элемента 1, выполненного в виде пьезокристалла в сторону, определяемую полярностью сигнала, вызывая смятие первого или второго эластичных элементов, которые выполнены в виде первого 3 и второго 4 конусов из эластичного материала, для создания избыточного давления в соответствующей полости цилиндра 11, что приводит к перемещению поршня 12 с закрепленным на нем схватом 13 в сторону полости с более низким давлением. The device operates as follows (first option). The control system generates the signals shown in FIG. 3, where U1 is the signal supplied to the first 7 and second 8 piezoelectric crystals and causing a reduction in their size, thereby opening and closing the first 5 and second 6 channels. At the same time, a signal U2 is generated, causing the deformed and
Устройство работает следующим образом (второй вариант). Система управления генерирует сигналы, представленные на фиг. 3. где U1 - сигнал, подаваемый на первый 7 и второй 8 пьезокристаллы и вызывающий сокращение их размера, тем самым открывая и закрывая первый 5 и второй 6 каналы. Одновременно генерируется сигнал U2, вызывающий отклонение деформируемого и подвижного элемента 1 в сторону, определяемую полярностью сигнала, вызывая вхождение элемента 1 внутрь конуса и смятие первого или второго эластичных элементов, которые выполнены в виде первой 3 и второй 4 внутренних поверхностей конусов из эластичного материала, для создания избыточного давления в соответствующей полости цилиндра 11, что приводит к перемещению поршня 12 с закрепленным на нем схватом 13 в сторону полости с более низким давлением. The device operates as follows (second option). The control system generates the signals shown in FIG. 3. where U1 is the signal supplied to the first 7 and second 8 piezocrystals and causing a reduction in their size, thereby opening and closing the first 5 and second 6 channels. At the same time, a signal U2 is generated, causing the deformed and
Устройство работает следующим образом (третий вариант). Система управления генерирует сигналы, представленные на фиг. 3, где U1 - сигнал, подаваемый на первый 7 и второй 8 пьезокристаллы и вызывающий сокращение их размера, тем самым открывая и закрывая первый 5 и второй 6 каналы. Одновременно генерируется сигнал U2, вызывающий отклонение деформируемого и подвижного элемента 1, выполненного в виде рычага, соединенным с пьезокристаллом в сторону, определяемую полярностью сигнала, вызывая смятие первого или второго эластичных элементов, которые выполнены в виде первой 3 и второй 4 накладок на подвижном элементе насоса, для создания избыточного давления в соответствующей полостью цилиндра 11, что приводит к перемещению поршня 12 с закрепленным на нем схватом 13 в сторону полости с более низким давлением. The device operates as follows (third option). The control system generates the signals shown in FIG. 3, where U1 is the signal supplied to the first 7 and second 8 piezoelectric crystals and causing a reduction in their size, thereby opening and closing the first 5 and second 6 channels. At the same time, a signal U2 is generated, causing the deformed and
Итак, преимущество достигается тем, что используются пьезокристаллы в качестве запирающих клапанов, которые перекрывают каналы в отсутствие напряжения. Достигается большая нагрузочная способность за счет того, что механические усилия создаются не напрямую пьезокристаллом, а передаются через рабочую жидкость, несжимаемость которой обеспечивает жесткость конструкции и соответственно точность позиционирования. Повышение долговечности достигается за счет одновременной смазки деталей конструкции рабочей жидкостью и малого числа механических контактов, а следовательно, и трения. So, the advantage is achieved in that piezocrystals are used as shut-off valves that block the channels in the absence of voltage. A large load capacity is achieved due to the fact that mechanical forces are not created directly by the piezocrystal, but transmitted through the working fluid, whose incompressibility ensures rigidity of the structure and, accordingly, positioning accuracy. Increased durability is achieved due to the simultaneous lubrication of structural parts with a working fluid and a small number of mechanical contacts, and hence friction.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000101111A RU2175601C2 (en) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | Actuator for micromanipulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2000101111A RU2175601C2 (en) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | Actuator for micromanipulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2000101111A RU2000101111A (en) | 2001-10-27 |
RU2175601C2 true RU2175601C2 (en) | 2001-11-10 |
Family
ID=20229446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2000101111A RU2175601C2 (en) | 2000-01-12 | 2000-01-12 | Actuator for micromanipulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2175601C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475354C2 (en) * | 2011-01-27 | 2013-02-20 | Вадим Израилович Раховский | High-precision positioner |
RU2576389C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ways to synchronize movement of the piston in antiphase |
-
2000
- 2000-01-12 RU RU2000101111A patent/RU2175601C2/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2475354C2 (en) * | 2011-01-27 | 2013-02-20 | Вадим Израилович Раховский | High-precision positioner |
RU2576389C1 (en) * | 2015-03-16 | 2016-03-10 | Анатолий Александрович Рыбаков | Ways to synchronize movement of the piston in antiphase |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7205704B2 (en) | Valve control device | |
US5229679A (en) | Microdrive apparatus | |
JPH0440951B2 (en) | ||
US6291928B1 (en) | High bandwidth, large stroke actuator | |
US11799397B2 (en) | Inertia drive motor and method for controlling such motor | |
RU2175601C2 (en) | Actuator for micromanipulator | |
JP6810328B2 (en) | Piezoelectric actuators and piezo valves | |
US5074654A (en) | Hydraulic actuators for optical systems | |
EP3332475B1 (en) | Actuator for operating an adjusting element | |
CN109514594A (en) | A kind of piezo mechanical hand and its control method based on spherical joint | |
US11396928B2 (en) | Actuator with a parallel eccentric gear train driven by a mechanically amplified piezoelectric assembly | |
JPH11103583A (en) | Drive unit using electro-mechanical converter and drive pulse generator adapted to its drive | |
JP2009050142A (en) | Drive unit | |
JPWO2016006333A1 (en) | Actuator | |
CN1526483A (en) | Completely flexible three-freedom miniature vibration exciter | |
RU2475354C2 (en) | High-precision positioner | |
Kanda et al. | A small three-way hydraulic valve using particle excitation controlled by one piezoelectric transducer | |
CN110661445B (en) | Parallel three-degree-of-freedom piezoelectric resonance self-actuating mechanism and excitation method thereof | |
CN1845443B (en) | High-precision linear driver with arbitrary distance of run | |
CN108063564B (en) | Novel friction type linear piezoelectric driver | |
RU2266811C1 (en) | Rotation drive of micro-manipulator | |
JP4578799B2 (en) | Piezoelectric actuator and electronic device using the same | |
JP4198853B2 (en) | Hybrid actuator | |
RU2259913C1 (en) | Two-way piezoelectro-mechanic micro-drive unit | |
CN204577109U (en) | Two dimension series connection small size worktable |