RU2266810C1

RU2266810C1 - Autonomous vacuum gripping device of robot

Info

Publication number: RU2266810C1
Application number: RU2004116757/02A
Authority: RU
Inventors: О.В. Даринцев (RU); О.В. Даринцев; А.Б. Мигранов (RU); А.Б. Мигранов
Original assignee: Институт механики Уфимского научного центра Российской академии наук
Priority date: 2004-06-01
Filing date: 2004-06-01
Publication date: 2005-12-27
Also published as: RU2004116757A

Abstract

FIELD: micro-robotics.

SUBSTANCE: gripping device includes system of vacuum suction, vacuum source in the form of pneumatic piezo-pump, high-pressure chamber, two valve piezoelectric mechanisms. One of valve mechanism provides communication of main cavity of piezo-pump with atmosphere, other valve mechanisms provides communication of high-pressure chamber with main cavity of piezo-pump. Main cavity of piezo-pump is in the form of hollow piezoelectric transducer. Vacuum suction system is formed by several rows of pneumatic suction units. Each suction unit has along edges of its contact with basing surface elastic collars with high adhesion and high friction properties. Cavities of suction units are communicated with high-pressure chamber through airtight elastic membranes.

EFFECT: enlarged functional possibilities due to gripping dusty, rough, porous and complex-relief surfaces, for example having cracks and so on.

5 dwg

Description

Изобретение относится к области микроробототехники и предназначено для захвата запыленных, шероховатых, пористых и имеющих сложный рельеф поверхностей (с трещинами, щелями, отверстиями и т.д.). Может быть использовано либо для автоматизированной подачи с помощью микроманипулятора деталей в рабочую зону технологических микромашин без использования дополнительных пневматических блоков, либо в конструкциях мобильных микросистем, автономных от внешних источников вакуума и способных передвигаться по свободно-ориентированным в пространстве поверхностям.The invention relates to the field of microrobotics and is intended to capture dusty, rough, porous and having a complex relief surfaces (with cracks, crevices, holes, etc.). It can be used either for automated feeding of parts into the working area of technological micromachines with the help of a micromanipulator without using additional pneumatic units, or in the designs of mobile microsystems that are autonomous from external vacuum sources and are able to move along surfaces that are freely oriented in space.

Известен вакуумный захват для удержания, транспортирования и последующей укладки деталей, имеющих плоские или плоские с отверстиями поверхности. Устройство содержит корпус с рабочей полостью, связанной с вакуумным насосом. В рабочей полости расположены пружины, размещенные между направляющими корпуса и направляющими плоского диска, расположенного параллельно плоскости губок и на расстоянии от нее. Упругий элемент может быть выполнен также в виде сильфона, расположенного между корпусом и диском с образованием дополнительной камеры [патент РФ №2043193, кл. B 25 J 15/06, B 25 J 15/00, 1995].Vacuum gripping is known for holding, transporting and subsequent laying of parts having surfaces that are flat or flat with holes. The device comprises a housing with a working cavity associated with a vacuum pump. In the working cavity there are springs located between the guides of the housing and the guides of a flat disk located parallel to the plane of the jaws and at a distance from it. The elastic element can also be made in the form of a bellows located between the housing and the disk with the formation of an additional camera [RF patent No. 2043193, class. B 25 J 15/06, B 25 J 15/00, 1995].

Недостатком данного устройства является функциональное ограничение на захват поверхностей со сложным рельефом, в частности с трещинами, превышающими по длине размеры основания корпуса или плоского диска. Кроме того, следует отметить, что работа рассматриваемого устройства возможна только при наличии внешнего источника вакуума, а это приводит либо к увеличению таких эксплутационных характеристик, как габариты и масса, либо к необходимости использовать дополнительные пневматические линии связи. И то другое, к тому же ограничивает возможность работы вакуумного захвата в составе мобильных микросистем, например в микророботах, передвигающихся по свободно-ориентированным в пространстве поверхностям.The disadvantage of this device is the functional limitation on the capture of surfaces with complex terrain, in particular with cracks exceeding the length of the dimensions of the base of the casing or flat disk. In addition, it should be noted that the operation of the device in question is possible only if there is an external vacuum source, and this either leads to an increase in such operational characteristics as dimensions and weight, or to the need to use additional pneumatic communication lines. And then another, moreover, limits the possibility of vacuum capture in the composition of mobile microsystems, for example, in microrobots moving along freely oriented surfaces in space.

Также известен вакуумный захват для удержания, манипулирования и транспортирования штучных грузов, преимущественно с грубой и шероховатой поверхностью. Вакуумный захват содержит корпус с уплотнительной манжетой, центральную вакуумную камеру и периферийную кольцевую полость, в которой установлены концентрично друг к другу эластичные пленки с фрикционными свойствами, уровень расположения контактных кромок которых находится ниже контактной поверхности уплотнительной манжеты [патент РФ №2035376, кл. В 66 С 1/02, 1995].Vacuum gripping is also known for holding, handling and transporting piece goods, mainly with a rough and rough surface. The vacuum grip comprises a housing with a sealing collar, a central vacuum chamber and a peripheral annular cavity in which elastic films with frictional properties are installed concentrically to each other, the level of location of the contact edges of which is below the contact surface of the sealing collar [RF patent No. 2035376, cl. B 66 C 1/02, 1995].

Основным недостатком данного устройства является функциональное ограничение на захват деталей, поверхности которых имеют сложный рельеф, в частности с отверстиями, трещинами и т.д. Кроме того, для работы вакуумного захвата также необходим дополнительный пневматический блок в виде источника вакуума, а это связано также с уже описанными выше ограничениями.The main disadvantage of this device is the functional limitation on the capture of parts whose surfaces have a complex relief, in particular with holes, cracks, etc. In addition, an additional pneumatic unit in the form of a vacuum source is also necessary for the operation of the vacuum capture, and this is also associated with the limitations already described above.

К наиболее близкому по технической сущности к заявляемому изобретению можно отнести предназначенное для захвата плоских деталей и поверхностей автономное вакуумное захватное устройство для микроробота, содержащее источник вакуума и систему вакуумного присоса в виде пневмоприсоски. В качестве источника вакуума использован собственный источник вакуума, выполненный в виде пневматического пьезонасоса, состоящего из деформируемого элемента в виде силового пьезокристалла и эластичного элемента конструкции, который выполнен в виде цилиндра из эластичного материала. При этом в основной полости пневматического пьезонасоса установлены клапанные пьезоэлектрические механизмы в виде первого и второго клапанов, которые представляют собой первый и второй распределительные пьезокристаллы, расположенные между основной полостью пневматического пьезонасоса и соответственно внешней полостью пневматического пьезонасоса, то есть атмосферой и полостью пневмоприсоски [патент РФ №2210493, кл. B 25 J 15/06, B 25 J 7/00, 2003].Closest to the technical essence of the claimed invention can be attributed intended to capture flat parts and surfaces, an autonomous vacuum gripping device for microrob, containing a vacuum source and a vacuum suction system in the form of a suction cup. As a vacuum source, we used our own vacuum source, made in the form of a pneumatic piezo pump, consisting of a deformable element in the form of a power piezocrystal and an elastic structural element, which is made in the form of a cylinder of elastic material. At the same time, valve piezoelectric mechanisms are installed in the main cavity of the pneumatic piezo pump in the form of the first and second valves, which are the first and second distribution piezo crystals located between the main cavity of the pneumatic piezo pump and, accordingly, the external cavity of the pneumatic piezo pump, that is, the atmosphere and the cavity of the pneumatic suction cup [RF patent No. 2210493, cl. B 25 J 15/06, B 25 J 7/00, 2003].

Главным недостатком прототипа является то, что он не может быть использован для захвата пористых и шероховатых поверхностей, а также поверхностей с трещинами, щелями, отверстиями, выбоинами и т.д. Кроме того, в захватном устройстве система каналов и клапанов источника вакуума непосредственно взаимодействует с окружающей средой. Поэтому если поверхность базирования является агрессивной или с неблагоприятными условиями, например запыленной, влажной, загрязненной и т.д., то это может негативно сказаться на стабильности работы источника вакуума, в частности, вызывая сбои в работе клапанных механизмов, пневматических каналов, пьезоэлектрических преобразователей и др. К тому же, при использовании прототипа в составе мобильной микросистемы недостаточная площадь соприкосновения между кромками системы вакуумного присоса и поверхностью базирования приводит к относительно малым по величине фрикционным усилиям и, как следствие - низкой надежности удержания микроробота на наклонных и вертикальных поверхностях.The main disadvantage of the prototype is that it cannot be used to capture porous and rough surfaces, as well as surfaces with cracks, crevices, holes, potholes, etc. In addition, in the gripper, the system of channels and valves of the vacuum source interacts directly with the environment. Therefore, if the base surface is aggressive or with adverse conditions, such as dusty, wet, contaminated, etc., this can adversely affect the stability of the vacuum source, in particular, causing malfunctioning of valve mechanisms, pneumatic channels, piezoelectric transducers and etc. In addition, when using the prototype as part of a mobile microsystem, insufficient contact area between the edges of the vacuum suction system and the base surface leads to tionary small largest frictional efforts and as a consequence - the low reliability microrobot retention on inclined and vertical surfaces.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей, связанное с захватом запыленных, пористых, шероховатых и имеющих сложный рельеф поверхностей, например с трещинами, щелями, отверстиями, выбоинами и т.д.The task to which the invention is directed is to expand the functionality associated with the capture of dusty, porous, rough and complex surfaces, such as cracks, crevices, holes, potholes, etc.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в автономном вакуумном захватном устройстве микроробота, содержащем систему вакуумного присоса, собственный источник вакуума, выполненный в виде пневматического пьезонасоса с двумя клапанными пьезоэлектрическими механизмами, первый из которых связывает основную полость пьезонасоса с атмосферой, в отличие от прототипа, дополнительно содержится камера высокого давления, связанная с основной полостью пьезонасоса вторым клапанным пьезоэлектрическим механизмом, причем основная полость пьезонасоса выполнена в виде полого пьезоэлектрического преобразователя, а система вакуумного присоса образована несколькими рядами пневматических присосок, у каждой из которых на кромках соприкосновения с поверхностью базирования выполнены эластичные манжеты с высокими фрикционными и адгезионными свойствами, причем полости присосок связаны с камерой высокого давления через воздухонепроницаемые упругие мембраны.The solution to this problem is achieved by the fact that in an autonomous vacuum gripper microrobot containing a vacuum suction system, its own vacuum source, made in the form of a pneumatic piezo pump with two valve piezoelectric mechanisms, the first of which connects the main cavity of the piezo pump with the atmosphere, unlike the prototype, additionally contains a high pressure chamber associated with the main cavity of the piezo pump by a second valve piezoelectric mechanism, the main cavity the piezo pump is made in the form of a hollow piezoelectric transducer, and the vacuum suction system is formed by several rows of pneumatic suction cups, each of which has elastic cuffs with high frictional and adhesive properties at the edges of contact with the base surface, and the suction cup cavities are connected to the high-pressure chamber through airtight elastic membranes .

На фиг.1 представлена конструкция автономного вакуумного захватного устройства микроробота (фиг.1a - вид спереди, поперечный разрез; фиг.1б - вид сбоку); на фиг.2а и фиг.2б - соответственно вид сверху и снизу автономного вакуумного захватного устройства микроробота; на фиг.3 - последовательность управляющих импульсов, подаваемых на клапанные пьезоэлектрические механизмы и пьезоэлектрический преобразователь полой цилиндрической формы; на фиг.4 - пьезоэлектрический преобразователь полой цилиндрической формы, работающий на растяжение-сжатие; на фиг.5 - автономное вакуумное захватное устройство в работе.Figure 1 presents the design of a stand-alone vacuum gripper microrobot (Fig.1a is a front view, a cross section; Fig.1b is a side view); on figa and figb - respectively, a top and bottom view of an autonomous vacuum gripper microrobot; figure 3 is a sequence of control pulses supplied to valve piezoelectric mechanisms and a piezoelectric transducer of a hollow cylindrical shape; figure 4 - piezoelectric transducer of a hollow cylindrical shape, working in tension-compression; figure 5 - autonomous vacuum gripping device in operation.

Автономное вакуумное захватное устройство микроробота (фиг.1 и фиг.2) содержит собственный источник вакуума, выполненный в виде пневматического пьезонасоса 1, камеру высокого давления 2, систему вакуумного присоса 3, первый 4 и второй 5 клапанные пьезоэлектрические механизмы, связывающие основную полость 6 пьезонасоса 1 соответственно с атмосферой через канал 7 и с камерой высокого давления 2 через канал 8. Основная полость 6 пневматического пьезонасоса 1 выполнена в виде пьезоэлектрического преобразователя 9 полой цилиндрической формы, а система вакуумного присоса 3 образована несколькими рядами пневматических присосок 10, у каждой из которых на кромках 11 соприкосновения с поверхностью базирования выполнены эластичные манжеты с высокими фрикционными и адгезионными свойствами, причем полости присосок 10 связаны с камерой высокого давления 2 через воздухонепроницаемые упругие мембраны 12.Autonomous vacuum gripping device of the microrobot (Fig. 1 and Fig. 2) contains its own vacuum source, made in the form of a pneumatic piezo pump 1, a high pressure chamber 2, a vacuum suction system 3, the first 4 and second 5 valve piezoelectric mechanisms connecting the main cavity 6 of the piezo pump 1, respectively, with the atmosphere through the channel 7 and with the high-pressure chamber 2 through the channel 8. The main cavity 6 of the pneumatic piezo pump 1 is made in the form of a hollow cylindrical piezoelectric transducer 9, and the system EMA vacuum suction cup 3 is formed by several rows of pneumatic suction cups 10, each of which edges 11 contact with the surface-based elastic cuff made of high friction and adhesion properties, wherein the cavities of suction cups 10 connected with the high-pressure chamber 2 through an airtight elastic membrane 12.

Автономное вакуумное захватное устройство микроробота работает следующим образом.Autonomous vacuum gripping device microrobot works as follows.

Основой реализации захвата, удержания и отцепления от поверхности базирования служит собственный источник вакуума на основе пьезоэлектрических исполнительных устройств, на которые подаются управляющие импульсы, вызывающие такую последовательность деформаций первого 4 и второго 5 клапанных пьезоэлектрических механизмов, а также пьезоэлектрического преобразователя 9 полой цилиндрической формы, что в полостях присосок 10 через систему пневматической связи, образованной камерой 2 высокого давления и воздухонепроницаемыми упругими мембранами 12, создается либо разрежение, при котором происходит захват и удержание, либо избыточное давление, при котором происходит отцепление от поверхности базирования.The basis for the implementation of capture, retention and detachment from the base surface is its own vacuum source based on piezoelectric actuators, which are supplied with control pulses that cause such a sequence of deformations of the first 4 and second 5 valve piezoelectric mechanisms, as well as a hollow cylindrical piezoelectric transducer 9, which cavities of the suction cups 10 through a pneumatic communication system formed by a high pressure chamber 2 and airtight elastic membranes wounds 12, either a vacuum is created at which gripping and holding occurs, or an excess pressure at which there is disengagement from the base surface.

Для начала рассмотрим принцип работы собственного источника вакуума захватного устройства.To begin, consider the principle of operation of the own vacuum source of the gripping device.

Прямоугольные управляющие импульсы U₁, U₂, U₃ (фиг.3) подаются соответственно на первый 4 и второй 5 клапанные пьезоэлектрические механизмы, а также на пьезоэлектрический преобразователь 9 полой цилиндрической формы. Под действием высокого и низкого уровней сигналов клапанные пьезоэлектрические механизмы соответственно либо связывают, либо перекрывают первым 4 механизмом канал 7, связывающий основную полость 6 пьезонасоса 1 с атмосферой, и вторым 5 механизмом канал 8, связывающий основную полость 6 пьезонасоса с камерой высокого давления 2. А пьезоэлектрический преобразователь 9 полой цилиндрической формы деформируется, изменяя свою высоту (фиг.4): при подаче напряжений удлиняется (растягивается), при снятии укорачивается (сжимается) со значительными тяговыми усилиями.Rectangular control pulses U ₁ , U ₂ , U ₃ (Fig. 3) are supplied respectively to the first 4 and second 5 valve piezoelectric mechanisms, as well as to the piezoelectric transducer 9 of a hollow cylindrical shape. Under the action of high and low signal levels, the valve piezoelectric mechanisms respectively either connect or block the first channel 4 channel 7, connecting the main cavity 6 of the piezo pump 1 with the atmosphere, and the second 5 mechanism channel 8, connecting the main cavity 6 of the piezo pump with the high pressure chamber 2. A the piezoelectric transducer 9 of a hollow cylindrical shape is deformed, changing its height (Fig. 4): when voltage is applied, it lengthens (stretches), when removed, it shortens (contracts) with significant govym efforts.

Рассмотрим основные этапы нагнетания пьезонасосом 1 сжатого воздуха в камеру 2 высокого давления. В начальный момент времени в основной полости 6 пьезонасоса 1 и камере 2 установлено атмосферное давление, клапанные пьезоэлектрические механизмы 4 и 5 перекрывают каналы 7 и 8, а пьезоэлектрический преобразователь 9 полой цилиндрической формы находится в состоянии деформации растяжения (фиг.5а). В момент времени t₁ снимается высокий уровень сигнала U₂, что приводит к открытию второго 5 пьезоэлектрического клапанного механизма (фиг.5б). В момент времени t₂ снимается импульс U₃ с пьезоэлектрического преобразователя 9 полой цилиндрической формы, что вызывает его деформацию сжатия, а это, в свою очередь, создает в основной полости 6 пьезонасоса 1 и камере 2 избыточное давление (фиг.5в). В момент времени t₃ подается напряжение U₂ на второй 5 пьезоэлектрический клапанный механизм, что приводит к перекрытию канала 8 (фиг.5г). В момент времени t₄ снятием импульса U₁ давление в основной полости 6 пьезонасоса 1 выравнивается с атмосферным, а давление в камере 2 остается повышенным, поскольку канал 8 перекрыт (фиг.5д). В момент времени t₅ сигналом U₃ пьезоэлектрический преобразователь 9 полой цилиндрической формы вновь переводится в состояние деформации растяжения (фиг.5е). В момент t₆ напряжением U₁ перекрывается канал 7. Далее последовательность этапов t₁...t₆ работы пьезонасоса 1 циклически повторяется. С завершением каждого полного цикла давление в камере 2 повышается, поскольку каждый раз в него дополнительно нагнетается сжатый воздух. Таким образом, регулированием общего числа полных циклов можно устанавливать необходимый уровень давления в камере 2. По похожему принципу в камере 2 создается разрежение, которое в зависимости от общего числа полных циклов может быть вплоть до вакуума, а отличия будут связаны только с другой последовательностью открытий-перекрытий каналов 7 и 8.Consider the main stages of injection of a compressed air piezo pump 1 into the high pressure chamber 2. At the initial moment of time, atmospheric pressure is established in the main cavity 6 of the piezo pump 1 and the chamber 2, the valve piezoelectric mechanisms 4 and 5 block the channels 7 and 8, and the piezoelectric transducer 9 is of a hollow cylindrical shape in a state of tensile deformation (Fig. 5a). At time t _1, a high signal level U ₂ is removed, which leads to the opening of the second 5 piezoelectric valve mechanism (Fig.5b). At time t _{2, the} pulse U ₃ is removed from the piezoelectric transducer 9 of a hollow cylindrical shape, which causes its compression deformation, and this, in turn, creates excessive pressure in the main cavity 6 of the piezo pump 1 and chamber 2 (Fig. 5c). At time t _{3 the} voltage U ₂ is applied to the second 5 piezoelectric valve mechanism, which leads to the overlap of channel 8 (Fig.5g). At time t _{4, by} removing the pulse U _{1, the} pressure in the main cavity 6 of the piezo pump 1 is equalized with atmospheric pressure, and the pressure in the chamber 2 remains elevated, since the channel 8 is closed (Fig. 5d). At time t _{5, the} signal U _{3 the} piezoelectric transducer 9 of a hollow cylindrical shape is again transferred to the state of tensile strain (Fig.5e). At time t _6, voltage U ₁ blocks channel 7. Next, the sequence of steps t ₁ ... t _{6 of the} operation of the piezo pump 1 is cyclically repeated. With the completion of each complete cycle, the pressure in the chamber 2 rises, since each time additional compressed air is pumped into it. Thus, by adjusting the total number of complete cycles, it is possible to set the required pressure level in chamber 2. A vacuum is created in a similar manner in chamber 2, which, depending on the total number of complete cycles, can be up to a vacuum, and the differences will be associated only with another sequence of discoveries. overlapping channels 7 and 8.

Далее рассмотрим непосредственно реализацию операций захвата и отцепления от поверхности базирования.Next, we directly consider the implementation of the operations of capture and disengagement from the base surface.

При нагнетании пьезонасосом 1 сжатого воздуха в камеру 2 высокого давления воздухонепроницаемые упругие мембраны 12 подвергаются одновременно деформациям изгиба и растяжения (фиг.5ж), величина которых зависит от уровня давления в камере 2 и модуля упругости материала, из которого выполнены мембраны 12. В таком положении вакуумное захватное устройство ориентируется и прижимается к поверхности базирования. Затем одновременным открытием каналов 7 и 8 в камере 2 высокого давления устанавливается атмосферное давление (фиг.5з), что вызывает, во-первых, мгновенное распрямление мембран 12 под действием сил упругости и, во-вторых, создание разрежения в полостях пневматических присосок 10 и захват поверхности базирования. При этом пыль, имеющаяся на участках соприкосновения поверхности базирования и кромок 11 пневматических присосок 10, со струей воздуха всасывается в полости присосок 10, что в последующем обеспечит лучшую герметизацию на участках соприкосновения. Кроме того, эластичные манжеты на кромках 11 присосок 10 с высокими фрикционными и адгезионными свойствами, выполненные из таких синтетических полимеров, как полиуретан, эластан, пербунан или силикон, обеспечивают герметизацию при контактах с шероховатыми и пористыми поверхностями.When the piezo-pump 1 presses compressed air into the high-pressure chamber 2, the air-tight elastic membranes 12 are subjected to bending and tensile deformations simultaneously (Fig. 5g), the magnitude of which depends on the pressure level in the chamber 2 and the elastic modulus of the material from which the membranes 12 are made. In this position the vacuum gripper is oriented and pressed against the base surface. Then, by simultaneously opening the channels 7 and 8, atmospheric pressure is established in the high-pressure chamber 2 (Fig. 5h), which causes, firstly, the membranes 12 to straighten out instantly under the action of elastic forces and, secondly, to create a vacuum in the cavities of the pneumatic suction cups 10 and capture of the surface of the base. In this case, the dust present in the areas of contact of the base surface and the edges 11 of the pneumatic suction cups 10, is sucked into the cavity of the suction cups 10 with a stream of air, which subsequently will provide better sealing in the areas of contact. In addition, elastic cuffs at the edges 11 of the suction cups 10 with high frictional and adhesive properties made of synthetic polymers such as polyurethane, elastane, perbunan or silicone provide sealing when in contact with rough and porous surfaces.

В дальнейшем пьезонасосом 1 для более надежного удержания поверхности базирования в камере 2 создается вакуум, что приводит, во-первых, вновь к деформациям изгиба и растяжения воздухонепроницаемых упругих мембран 12, но уже в противоположенном направлении (фиг.5и) и, во-вторых, как следствие из этого, к еще большему разрежению в полостях пневматических присосок 10, а значит и к большей надежности захвата поверхности базирования. Следует отметить, что в полостях тех присосок, которые окажутся над трещинами, щелями, отверстиями и т.д., установится атмосферное давление, а поскольку пневматическая связь с камерой 2 осуществляется через воздухонепроницаемые мембраны 12, то на работе других присосок, надежно удерживающих поверхность базирования, это никак не скажется.Subsequently, the piezo pump 1 for a more reliable retention of the base surface in the chamber 2, a vacuum is created, which leads, firstly, again to bending and stretching deformations of the airtight elastic membranes 12, but in the opposite direction (Fig.5i) and, secondly, as a consequence of this, to even greater rarefaction in the cavities of the pneumatic suction cups 10, and hence to greater reliability of capture of the surface of the base. It should be noted that in the cavities of those suction cups that are above cracks, crevices, openings, etc., atmospheric pressure will be established, and since pneumatic communication with the chamber 2 is carried out through airtight membranes 12, other suction cups reliably holding the base surface work , it will not affect.

Наличие воздухонепроницаемых мембран 12 изолирует систему каналов и клапанов пьезонасоса 1 от взаимодействия с окружающей средой. Поэтому если поверхность базирования является агрессивной или с неблагоприятными условиями, например запыленной, влажной, загрязненной и т.д., то это никак не скажется на стабильности работы источника вакуума, в частности надежно будут работать клапанные механизмы, пневматические каналы, пьезоэлектрические преобразователи и т.д.The presence of airtight membranes 12 isolates the system of channels and valves of the piezo pump 1 from interaction with the environment. Therefore, if the base surface is aggressive or with adverse conditions, such as dusty, wet, dirty, etc., this will not affect the stability of the vacuum source, in particular, valve mechanisms, pneumatic channels, piezoelectric transducers, etc. will work reliably. d.

В отличие от прототипа в заявляемом изобретении значительно больше площадь контакта между системой вакуумного присоса захватного устройства и поверхностью базирования, следовательно, больше фрикционные силы и больше надежность удержания микроробота на наклонных и вертикальных поверхностях. Малая масса и габариты автономного вакуумного захватного устройства микроробота, также как и в прототипе, обеспечиваются использованием миниатюрных, но в то же время обладающих значительной мощностью пьезоэлектрических исполнительных устройств, выполненных, например, на основе барий-титановых или цирконат-титановых пьезокристаллов.In contrast to the prototype, the claimed invention has a significantly larger contact area between the vacuum suction system of the gripper and the base surface, therefore, more frictional forces and greater reliability of microrobot retention on inclined and vertical surfaces. The small mass and dimensions of the autonomous vacuum gripping device of the microrobot, as well as in the prototype, are ensured by the use of miniature, but at the same time, significant power piezoelectric actuators made, for example, based on barium-titanium or zirconate-titanium piezocrystals.

Для отцепления от поверхности базирования достаточным является установление в камере 2 атмосферного давления, либо для более надежного отцепления - избыточного давления.For uncoupling from the base surface, it is sufficient to establish atmospheric pressure in chamber 2, or for more reliable uncoupling, overpressure.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает расширение функциональных возможностей, связанное с захватом запыленных, пористых, шероховатых и имеющих сложный рельеф поверхностей, например с трещинами, щелями, отверстиями, выбоинами и т.д., и в то же время, во-первых, с сохранением миниатюрности массогабаритных характеристик и, во-вторых, с использованием собственного источника вакуума, что в итоге позволит использовать заявляемое устройство в составе мобильных микросистем, например в микророботах, способных передвигаться по свободно-ориентированным в пространстве поверхностям.Thus, the claimed invention provides an extension of functionality associated with the capture of dusty, porous, rough and complex surfaces, for example, cracks, crevices, holes, potholes, etc., and at the same time, firstly, with maintaining the miniature mass and size characteristics and, secondly, using its own vacuum source, which ultimately will allow the use of the inventive device as part of mobile microsystems, for example in microrobots that can move freely Bottom-oriented surfaces.

Claims

Автономное вакуумное захватное устройство микроробота, содержащее систему вакуумного присоса, собственный источник вакуума, выполненный в виде пневматического пьезонасоса с двумя клапанными пьезоэлектрическими механизмами, первый из которых связывает основную полость пьезонасоса с атмосферой, отличающееся тем, что дополнительно содержит камеру высокого давления, связанную с основной полостью пьезонасоса вторым клапанным пьезоэлектрическим механизмом, причем основная полость пьезонасоса выполнена в виде полого пьезоэлектрического преобразователя, а система вакуумного присоса образована несколькими рядами пневматических присосок, у каждой из которых на кромках соприкосновения с поверхностью базирования выполнены эластичные манжеты с высокими фрикционными и адгезионными свойствами, причем полости присосок связаны с камерой высокого давления через воздухонепроницаемые упругие мембраны.A self-contained microrobot vacuum gripping device containing a vacuum suction system, its own vacuum source, made in the form of a pneumatic piezo pump with two valve piezoelectric mechanisms, the first of which connects the main cavity of the piezo pump with the atmosphere, characterized in that it additionally contains a high-pressure chamber associated with the main cavity the piezo pump by the second valve piezoelectric mechanism, and the main cavity of the piezo pump is made in the form of a hollow piezoelectric of the transducer, and the vacuum suction system is formed by several rows of pneumatic suction cups, each of which has elastic cuffs with high frictional and adhesive properties at the edges of contact with the base surface, and the suction cup cavities are connected to the high-pressure chamber through airtight elastic membranes.