RU2469426C1

RU2469426C1 - Displacement mechanism

Info

Publication number: RU2469426C1
Application number: RU2011152493/28A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Беляков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ВЕСТТРЭЙД ЛТД"
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2012-12-10

Abstract

FIELD: instrument making.

SUBSTANCE: displacement mechanism includes two structural elements having the possibility of mutual simultaneous linear displacement, cylindrical roller having the possibility of being rotated about its longitudinal symmetry axis perpendicular to axis of mutual displacement of structural elements, and free linear displacement along axis of mutual displacement of structural elements, and two groups of flexible links, which envelope the cylindrical roller along some part of length of circle of its cross section in opposite directions so that ends of flexible links are located parallel to axis of mutual displacement of structural elements and rigidly fixed on them. Number of flexible links at least in one of the above groups is not less than two. Besides, one of the ends of each flexible link is fixed on one structural element, and the other end is fixed on the other structural element. Flexible links have the shape that provides the possibility of rotating the cylindrical roller through an angle of more than 360° without slipping relative to those.

EFFECT: achieving high-accuracy displacements; simplifying the design of displacement mechanism and increasing the range of displacements.

4 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области приборостроения и измерительной технике и может быть использовано для сверхточных перемещений, в частности в устройствах, используемых в области микробиологии, медицины и т.п.The present invention relates to the field of instrumentation and measuring technology and can be used for ultra-precise movements, in particular in devices used in the field of microbiology, medicine, etc.

Сверхточный механизм перемещений требует решения, которое позволяет привести в соответствие с необходимой точностью жесткость исполнительных механизмов и особенно выходного звена привода.An ultraprecise movement mechanism requires a solution that makes it possible to bring the rigidity of the actuators and especially the drive output link into line with the required accuracy.

Этим требованиям вполне могут удовлетворить механизмы перемещений с гибкими звеньями. В них полностью исключены высшие кинематические пары в последней исполнительной степени, а звенья, участвующие в передаче движений, могут быть напряжены до предельных характеристик.These requirements may well be satisfied by movement mechanisms with flexible links. In them, the highest kinematic pairs in the last executive degree are completely excluded, and the links involved in the transmission of movements can be strained to the limit of performance.

Известен роликовый механизм перемещения с гибкими звеньями, содержащий корпус, подвижное звено и ролик, охваченный тремя гибкими звеньями, при этом концы верхнего гибкого звена закреплены на подвижном звене, а концы нижнего гибкого звена - на корпусе (а.с. SU N 1430990 А2, G12B 1/00, 26.03.86).Known roller movement mechanism with flexible links, comprising a housing, a movable link and a roller covered by three flexible links, while the ends of the upper flexible link are mounted on the movable link, and the ends of the lower flexible link are on the housing (a.s. SU N 1430990 A2, G12B 1/00, 03/26/86).

Недостатками данного механизма являются относительная сложность, обусловленная наличием третьего гибкого звена, и ограниченный диапазон перемещений, обусловленный жестким креплением одних из концов гибких звеньев на ролике.The disadvantages of this mechanism are the relative complexity due to the presence of the third flexible link and the limited range of movements due to the rigid fastening of one of the ends of the flexible links on the roller.

Другим аналогом настоящего изобретения является механизм перемещения с гибкими звеньями, содержащий подвижный и неподвижный ползуны и два гибких звена, охватывающие валик и опорные ролики S-образной петлей, при этом концы гибких звеньев жесткого закреплены на соответствующем ползуне (а.с. SU N 1439686 A1, G12B 5/00, 9/10, 30.07.86).Another analogue of the present invention is a movement mechanism with flexible links, comprising movable and fixed sliders and two flexible links covering the roller and support rollers with an S-shaped loop, while the ends of the rigid flexible links are fixed to the corresponding slider (a.s. SU 1439686 A1 , G12B 5/00, 9/10, 07/30/08).

Недостатком данного устройства является относительная сложность механизма, обусловленная наличием опорных роликов, и увеличенные силы трения, определяемые наличием распорных внутренних сил между валиком, роликами и ползунами, что уменьшает точность позиционирования подвижного ползуна.The disadvantage of this device is the relative complexity of the mechanism due to the presence of support rollers, and increased friction forces, determined by the presence of spacer internal forces between the roller, rollers and sliders, which reduces the accuracy of the positioning of the movable slide.

Ближайшим аналогом заявленного изобретения является механизм перемещения с гибкими звеньями, описанный в патенте РФ №2160935 С1, кл. G12B 5/00, опубл. 20.12.2000. Известный механизм содержит подвижное звено, которое установлено в направляющих, расположенных на корпусе, валик, гибкие звенья, которые охватывают валик по всей длине окружности его сечения. Валик может быть выполнен ступенчатой формы в продольном сечении и расположен под подвижным звеном. Концы гибких звеньев, закрепленные на корпусе и на подвижном звене, могут быть расположены соответственно по одну или разные стороны относительно оси валика.The closest analogue of the claimed invention is a movement mechanism with flexible links described in the patent of the Russian Federation No. 2160935 C1, class. G12B 5/00, publ. 12/20/2000. The known mechanism comprises a movable link, which is installed in guides located on the housing, a roller, flexible links that cover the roller along the entire circumference of its section. The roller can be made stepwise in longitudinal section and is located under the movable link. The ends of the flexible links, mounted on the housing and on the movable link, can be located respectively on one or different sides relative to the axis of the roller.

Недостатками известного решения являются трудность выполнения, обусловленная сложной формой гибких звеньев, охватывающих валик, а также низкая надежность устройства, связанная с выполнением гибких связей различной ширины, что может привести к их деформации и обрыву.The disadvantages of the known solutions are the difficulty of execution due to the complex shape of the flexible links covering the roller, as well as the low reliability of the device associated with the implementation of flexible connections of various widths, which can lead to their deformation and breakage.

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.The objective of the present invention is to remedy the above disadvantages.

Технический результат настоящего изобретения заключается в достижении сверхточных перемещений, в упрощении конструкции механизма перемещения и увеличении диапазона перемещений.The technical result of the present invention is to achieve ultra-precise movements, in simplifying the design of the movement mechanism and increasing the range of movements.

Технический результат настоящего изобретения заключается в том, что механизм перемещения включает два конструкционных элемента, выполненных с возможностью взаимного одномерного линейного перемещения, цилиндрический валик, выполненный с возможностью поворота вокруг его продольной оси симметрии, перпендикулярной оси взаимного перемещения конструкционных элементов, и свободного линейного перемещения вдоль оси взаимного перемещения конструкционных элементов, и две группы гибких звеньев, охватывающих цилиндрический валик по части длины окружности его сечения в противоположных направлениях, таким образом, что концы гибких звеньев расположены параллельно оси взаимного перемещения конструкционных элементов и жестко закреплены на них. Причем число гибких звеньев, по крайней мере, в одной из групп составляет не менее двух. Кроме того, один из концов каждого гибкого звена закреплен на одном конструкционном элементе, а другой конец - на другом конструкционном элементе. Гибкие звенья имеют форму, которая обеспечивает возможность поворота цилиндрического валика на угол более 360° без проскальзывания относительно них.The technical result of the present invention is that the movement mechanism includes two structural elements made with the possibility of mutual one-dimensional linear movement, a cylindrical roller made with the possibility of rotation around its longitudinal axis of symmetry perpendicular to the axis of mutual movement of structural elements, and free linear movement along the axis mutual movement of structural elements, and two groups of flexible links covering a cylindrical roller in part for other circles of its cross section in opposite directions, so that the ends of the flexible links are parallel to the axis of mutual displacement of structural elements and are rigidly fixed to them. Moreover, the number of flexible links in at least one of the groups is at least two. In addition, one of the ends of each flexible link is fixed to one structural element, and the other end to another structural element. The flexible links have a shape that allows the cylindrical roller to rotate an angle of more than 360 ° without slipping relative to them.

В соответствии с частными случаями осуществления устройство имеет следующие конструктивные особенности.In accordance with special cases of implementation of the device has the following design features.

Гибкие звенья имеют покрытие, повышающее трение.Flexible links have a friction enhancing coating.

Гибкие звенья могут иметь прямоугольную форму.Flexible links may have a rectangular shape.

Гибкие звенья могут иметь трапециевидную форму.Flexible links may have a trapezoidal shape.

Сущность настоящего изобретения поясняется следующими иллюстрациями.The essence of the present invention is illustrated by the following illustrations.

Фиг.1 - изометрическое изображение устройства;Figure 1 - isometric image of the device;

Фиг.2 - изображение валика с тремя гибкими звеньями.Figure 2 - image of a roller with three flexible links.

Устройство включает часть 1 и часть 2, валик 3, гибкое звено 4. Части 1 и 2 выполнены идентичными, т.е. имеют одинаковую форму (предпочтительно с формообразованием на основе прямоугольного параллелепипеда), размер и массу. При фиксации одной из частей и вращении валика 3 другая часть будет перемещаться относительно нее, вдоль горизонтальной или вертикальной оси в зависимости от позиционирования устройства. Выполнение частей 1 и 2 идентичными обеспечит повышение надежности работы устройства, поскольку в этом случае достигается небольшой градиент силы натяжения по длине гибких звеньев 4.The device includes part 1 and part 2, roller 3, flexible link 4. Parts 1 and 2 are made identical, i.e. have the same shape (preferably with rectangular parallelepipedal shaping), size and mass. When fixing one of the parts and rotating the roller 3, the other part will move relative to it, along the horizontal or vertical axis, depending on the positioning of the device. The implementation of parts 1 and 2 identical will provide increased reliability of the device, since in this case a small gradient of the tensile force along the length of the flexible links 4 is achieved.

Механизм перемещения с гибкими звеньями работает следующим образом.The movement mechanism with flexible links operates as follows.

Гибкие звенья 4 при функционировании устройства натянуты на валик 3 до величины, определяемой пределом упругости материала звеньев 3, на них нанесено покрытие, повышающее трение. При этом в частном случае выполнения гибкие звенья 4 имеют прямоугольную или трапециевидную форму и охватывают валик 3 с образованием петель в виде хомута (петель С-образной формы). При повороте валика 3 на угол α он катится по гибким звеньям 4, при этом часть 2 перемещается относительно другой зафиксированной части 1. Величина перемещения части 2 зависит от угла поворота валика 3, что позволяет получить очень малые относительные перемещения.Flexible links 4 during the operation of the device are stretched on the roller 3 to a value determined by the elastic limit of the material of the links 3, they are coated with a coating that increases friction. Moreover, in the particular case of performing flexible links 4 have a rectangular or trapezoidal shape and cover the roller 3 with the formation of loops in the form of a clamp (C-shaped loops). When the roller 3 is rotated by an angle α, it rolls along the flexible links 4, while part 2 moves relative to another fixed part 1. The amount of movement of part 2 depends on the angle of rotation of the roller 3, which allows very small relative displacements.

На фиг.2 показана конструкция валика 3 с двумя группами гибких звеньев 4, при этом одна группа включает два краевых гибких звена 4, охватывающих валик 3 в одном направлении, а вторая группа содержит одно центральное гибкое звено 4, охватывающее валик 3 в направлении, противоположном направлению охвата краевыми гибкими звеньями 4. Охват цилиндрической поверхности валика 3 гибкими звеньями 4 является равномерным, то есть краевые гибкие звенья 4 расположены на равном расстоянии от оснований цилиндрической поверхности валика 3 и от центрального гибкого звена 4. При таком охвате силы, действующие на валик 3 со стороны разноориентированных гибких звеньев 4, компенсируют друг друга. При этом обеспечивается нулевой момент сил. Кроме того, валик 3 может иметь замкнутые радиальные канавки на цилиндрической поверхности для расположения и фиксации в них гибких звеньев 4. Такое выполнение во время эксплуатации исключает сдвиг гибких звеньев 4 относительно цилиндрической поверхности валика 3.Figure 2 shows the design of the roller 3 with two groups of flexible links 4, while one group includes two edge flexible links 4, covering the roller 3 in one direction, and the second group contains one central flexible link 4, covering the roller 3 in the opposite direction the direction of coverage by the edge flexible links 4. The coverage of the cylindrical surface of the roller 3 by the flexible links 4 is uniform, that is, the edge flexible links 4 are located at an equal distance from the bases of the cylindrical surface of the roller 3 and from the central side link 4. With this coverage, the forces acting on the roller 3 from the differently oriented flexible links 4 cancel each other out. This ensures zero moment of forces. In addition, the roller 3 may have closed radial grooves on the cylindrical surface for the location and fixation of the flexible links 4. In this embodiment, during operation, the flexible links 4 are not shifted relative to the cylindrical surface of the roller 3.

Выполнение гибких звеньев 4 параллельными направлению точных перемещений обеспечит при вращении валика 3 очень малые перемещения подвижной части 2 (не более 10 нм).The implementation of the flexible links 4 parallel to the direction of precise movements will provide when the roller 3 rotates, very small movements of the moving part 2 (not more than 10 nm).

Напротив, если концы гибких звеньев 4 образуют некоторый существенный угол β с осью, совпадающей с направлением точных перемещений, то влияние перемещения валика 3 будет препятствовать достижению технического результата, заключающегося в обеспечении сверхточных перемещений.On the contrary, if the ends of the flexible links 4 form a certain substantial angle β with the axis coinciding with the direction of the exact movements, then the effect of the movement of the roller 3 will impede the achievement of the technical result, which provides ultra-precise movements.

Это можно обосновать следующим. Смещение конца гибкого звена 4 вдоль направления точных перемещений Δу будет составлять следующую величину:This can be justified as follows. The displacement of the end of the flexible link 4 along the direction of exact movements Δy will be the following value:

Δу=tg(β)∗Δx,Δy = tg (β) ∗ Δx,

где Δх - смещение валика 3, β - угол, образованный между концом гибкого звена и осью, совпадающей с направлением точных перемещений.where Δх is the offset of the roller 3, β is the angle formed between the end of the flexible link and the axis coinciding with the direction of the exact movements.

Приведенная формула предполагает свободное перемещение концов гибких звеньев 4 вдоль направления точных перемещений. Действительно, концы гибких звеньев 4 жестко закреплены к обеим частям 1 и 2. Поэтому при несоблюдении параллельного расположения концов гибких звеньев 4 смещение валика 3 будет приводить к появлению некомпенсированных напряжений в гибких звеньях 4 и к их деформации. Следствием этого будет появление неконтролируемого взаимного перемещения частей 1 и 2.The above formula assumes the free movement of the ends of the flexible links 4 along the direction of precise movements. Indeed, the ends of the flexible links 4 are rigidly fixed to both parts 1 and 2. Therefore, if the ends of the flexible links 4 are not parallel, the displacement of the roller 3 will lead to the appearance of uncompensated stresses in the flexible links 4 and to their deformation. The consequence of this will be the appearance of uncontrolled mutual movement of parts 1 and 2.

Claims

1. Механизм перемещения, включающий два конструкционных элемента, выполненных с возможностью взаимного одномерного линейного перемещения, цилиндрический валик, выполненный с возможностью поворота вокруг его продольной оси симметрии, перпендикулярной оси взаимного перемещения конструкционных элементов, и свободного линейного перемещения вдоль оси взаимного перемещения конструкционных элементов, и две группы гибких звеньев, охватывающих цилиндрический валик по части длины окружности его сечения в противоположных направлениях, таким образом, что концы гибких звеньев расположены параллельно оси взаимного перемещения конструкционных элементов и жестко закреплены на них, причем число гибких звеньев, по крайней мере, в одной из групп составляет не менее двух, отличающийся тем, что один из концов каждого гибкого звена закреплен на одном конструкционном элементе, а другой конец - на другом конструкционном элементе, кроме того, гибкие звенья имеют форму, которая обеспечивает возможность поворота цилиндрического валика на угол более 360° без проскальзывания относительно них.1. The movement mechanism, comprising two structural elements made with the possibility of mutual one-dimensional linear movement, a cylindrical roller, made with the possibility of rotation around its longitudinal axis of symmetry perpendicular to the axis of mutual movement of structural elements, and free linear movement along the axis of mutual movement of structural elements, and two groups of flexible links covering a cylindrical roller in part of the circumference of its section in opposite directions, so that the ends of the flexible links are parallel to the axis of mutual movement of structural elements and are rigidly fixed to them, and the number of flexible links in at least one of the groups is at least two, characterized in that one of the ends of each flexible link is fixed to one the structural element, and the other end on the other structural element, in addition, the flexible links have a shape that allows rotation of the cylindrical roller at an angle of more than 360 ° without slipping relative to .

2. Механизм перемещения по п.1, отличающийся тем, что гибкие звенья имеют покрытие, повышающее трение.2. The movement mechanism according to claim 1, characterized in that the flexible links have a coating that increases friction.

3. Механизм перемещения по п.1 или 2, отличающийся тем, что гибкие звенья имеют прямоугольную форму.3. The movement mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible links have a rectangular shape.

4. Механизм перемещения по п.1 или 2, отличающийся тем, что гибкие звенья имеют трапециевидную форму. 4. The movement mechanism according to claim 1 or 2, characterized in that the flexible links are trapezoidal in shape.