PL213661B1 - Elastyczna głowica obrotowa - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest elastyczna głowica obrotowa, znajdująca zastosowanie do budowy mikrourządzeń o wysokiej precyzji działania i o niewielkich wymiarach, takich jak: mikromanipulatory, mikroplatformy pozycjonujące, mikroroboty mobilne, mikrochwytaki.

Znany z polskiego zgłoszenia wynalazku nr P-363 254 przegub obrotowy, przeznaczony do połączenia trzech łańcuchów kinematycznych w mechanizmach przestrzennych, utworzony jest z wału oraz uchwytu głównego i dwóch uchwytów pomocniczych. Każdy z uchwytów posiada przyłącze obrotowe o 1-nym stopniu swobody, przy czym uchwyt główny połączony jest sztywno z wałem w jego części środkowej, natomiast uchwyty pomocnicze łożyskowane są na wale po obu stronach uchwytu głównego. W rozwiązaniu takim zmianie położenia ogniwa końcowego dowolnego z trzech łańcuchów kinematycznych towarzyszy odpowiednia korekta ich względnego położenia kątowego względem wspólnej osi wału, i równoległe przemieszczenie przestrzenne osi przegubu potrójnego.

Znane konstrukcje pracujące z mikrodokładnościami, manipulujące obiektami o mikrowymiarach lub posiadające mikrogabaryty zawierają mechaniczne elementy o litej budowie z wykonanymi przewężeniami, tworzącymi elastyczne przeguby złączowe zwane FLEXURES. Zapewniają one wysoką przewidywalność oraz precyzję ruchu rzędu ułamków nanometra, a ponadto charakteryzują się brakiem tarcia. Odpowiednio ukształtowane przewężenia w litym materiale elementu mechanicznego umożliwiają budowę układów napędowych o różnorodnej kinematyce, zapewniających ruch tylko w wybranych płaszczyznach lub zapewniających odpowiednią liczbę stopni swobody.

Celem wynalazku jest opracowanie konstrukcji mikrozespołu, stanowiącego elastyczną głowicę obrotową o zwartej budowie, małych wymiarach i niewielkiej wadze, mającej trzy elementy, mogące się niezależnie obracać wzdłuż wspólnej osi, do których można przyłączać zewnętrzne łańcuchy kinematyczne.

Istotą elastycznej głowicy obrotowej mającej elastyczne przeguby złączowe jest to, że składa się z co najmniej dwóch kształtowych ramion, stanowiących wycinki bryły, łączących się każde z nich poprzez elastyczny przegub złączowy z elementem bazowym, usytuowanym pomiędzy ramionami, przy czym elastyczne przeguby złączowe umieszczone są jedne pod drugim. Pomiędzy ramionami usytuowane są wzdłuż całej ich wysokości szczeliny, umożliwiające niezależne obracanie się ramion wzdłuż osi elastycznych przegubów złączowych.

Każde z ramion ma wycięcie kształtowe, usytuowane na bocznej zewnętrznej ściance wzdłuż całej wysokości głowicy, służące do zamontowania łańcuchów kinematycznych.

Zaletą elastycznej głowicy obrotowej według wynalazku jest to, że ramiona, usytuowane jedno obok drugiego, niezależnie od siebie obracają się wzdłuż wspólnej osi, przy czym charakterystyki siłowe dla każdego z ramion mają charakter symetryczny, czyli ruch dowolnego z ramion wpływa na pozostałe ramiona w analogiczny sposób. Ponadto głowica charakteryzuje się małymi wymiarami i niewielką wagą oraz zwartą budową.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest schematycznie na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia głowicę w widoku z góry, fig. 2 - widok całej głowicy w izometrii, a fig. 3 - schemat kinematyczny głowicy.

Głowica składa się z trzech kształtowych ramion 1, 2 i 3, które poprzez trzy elastyczne przeguby złączowe 4a, 4b i 4c połączone są z elementem bazowym 5 mającym kształt wycinka walca. Element bazowy 5 usytuowany jest centralnie pomiędzy ramionami 1 i 2, będącymi elementami, wyciętymi z walca. Ramię 1 łączy się z elementem bazowym 5 poprzez górny elastyczny przegub 4a, ramię 2 poprzez środkowy przegub 4b, a ramię 3 - poprzez dolny przegub 4c, przy czym elastyczne przeguby 4a, 4b i 4c umieszczone są jedne pod drugim wzdłuż osi symetrii O. Każde z ramion 1, 2 i 3 ma wycięcie kształtowe 6, usytuowane na bocznej zewnętrznej ściance wzdłuż wysokości głowicy i rozmieszczone po obwodzie głowicy ze stałą podziałką wynoszącą 120°. W głowicy wykonane są dwa przelotowe otwory 7 o przekroju prostokątnym, które umożliwiają podział całego przewężenia pomiędzy ramionami 1, 2 i 3, a elementem bazowym 5 na trzy niezależne elastyczne przeguby 4a, 4b i 4c. Pomiędzy ramionami 1, 2 i 3 usytuowane są wzdłuż całej ich wysokości szczeliny 8, stanowiące dystans pomiędzy nimi, które umożliwiają swobodne obracanie się ramion 1, 2 i 3 względem osi O, tworząc parę kinematyczną pomiędzy elementem bazowym 5, a każdym z ramion 1, 2 i 3 o 1 stopniu swobody. Wycięcia kształtowe 6 służą do zamocowania np. ramion mikromanipulatora.

PL 213 661 B1

Ramiona 1, 2 i 3 wykonują ruch obrotowy wzdłuż wspólnej osi symetrii O, przy czym każde z nich może się obracać w sposób niezależny od pozostałych i tylko w jednej płaszczyźnie, która jest prostopadła do osi O.

Głowica została wykonana metodą obróbki elektroerozyjnej z jednego kawałka materiału o kształcie walca, mającego wysokość i średnicę wynoszącą 14 mm.

Wykaz oznaczeń na rysunku

1, 2 i 3 - ramiona

4a, 4b i 4c - elastyczny przegub

- element bazowy

- wycięcie kształtowe

- przelotowy otwór

- szczelina

Claims (2)

1. Elastyczna głowica obrotowa mająca elastyczne przeguby złączowe, znamienna tym, że składa się z co najmniej dwóch kształtowych ramion (1, 2 i 3), stanowiących wycinki bryły, łączących się każde z nich poprzez elastyczny przegub złączowy (4a, 4b i 4c) z elementem bazowym (5), usytuowanym pomiędzy ramionami (1 i 2), przy czym elastyczne przeguby złączowe (4a, 4b i 4c) umieszczone są jedne pod drugim, a ponadto pomiędzy ramionami (1, 2 i 3) usytuowane są wzdłuż całej ich wysokości szczeliny (8), umożliwiające niezależne obracanie się ramion (1, 2 i 3) wzdłuż osi elastycznych przegubów (4a, 4b i 4c).

2. Elastyczna głowica obrotowa według zastrz. 1, znamienna tym, że każde z ramion (1, 2 i 3) ma wycięcie kształtowe (6), usytuowane na bocznej zewnętrznej ściance wzdłuż całej wysokości głowicy, służące do zamontowania łańcuchów kinematycznych.