PL245286B1

PL245286B1 - Construction node

Info

Publication number: PL245286B1
Application number: PL441401A
Authority: PL
Inventors: Anna Al Sabouni-Zawadzka; Sabouni-Zawadzka Anna Al; Adam Zawadzki
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-06-08
Publication date: 2024-06-17
Also published as: PL441401A1

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest węzeł konstrukcyjny, zawierający co najmniej jeden pręt i jedno ramię. Na pręcie głównym (1) zamocowane jest co najmniej jedno ramię (5a) o łukowatym kształcie, którego pierwsze zakończenie (5a') i drugie zakończenie (5a") jest zamocowane na pręcie głównym (1) obrotowo, zaś na ramieniu (5a) umieszczony jest suwliwie co najmniej jeden wózek (4).The subject of the application is a structural node containing at least one rod and one arm. At least one arm (5a) of an arcuate shape is mounted on the main rod (1), the first end (5a') and the second end (5a") of which are rotatably mounted on the main rod (1), and placed on the arm (5a) at least one carriage (4) is slidable.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest węzeł konstrukcyjny, zwłaszcza do składanych i rozkładanych konstrukcji struktur tensegrity.The subject of the invention is a construction node, especially for foldable and unfoldable tensegrity structures.

Dokument FR1469641A ujawnia sposób montażu pomiędzy podłużnymi częściami, które można wykorzystać zwłaszcza w budownictwie i robotach publicznych, który umożliwia koncentryczne połączenie dużej liczby elementów spotykających się pod różnymi kątami. Węzły montażowe umożliwiają wykonanie przestrzennych połączeń skośnych, niezależnie od kąta padania lub charakteru naprężeń, tworząc uniwersalny węzeł.Document FR1469641A discloses an assembly method between elongated parts, which can be used especially in construction and public works, which allows the concentric connection of a large number of elements meeting at different angles. Assembly nodes enable the creation of spatial oblique connections, regardless of the angle of incidence or the nature of stress, creating a universal node.

Dokument WO2017117043A1 ujawnia rozwiązanie, które w złączu do konstrukcji zawiera co najmniej jeden pręt i wiele kabli, każdy kabel ma średnicę zewnętrzną, koniec pręta jest mocowany do pręta tak, aby pręt miał linię środkową pręta przechodzącą przez koniec pręta. Koniec pręta zawiera mechanizm, który umożliwia obracanie się końca pręta wokół punktu środkowego, który znajduje się na linii środkowej pręta. Urządzenie do mocowania kabla utrzymuje każdy kabel połączony z nim w stosunku do końca pręta, tak że każdy kabel ma linię środkową kabla, która przecina punkt środkowy, aby zminimalizować wszelkie momenty z pręta lub kabli na złączu.Document WO2017117043A1 discloses a solution that includes at least one rod and a plurality of cables in a connector to the structure, each cable having an outside diameter, the end of the rod being attached to the rod such that the rod has a rod centerline passing through the end of the rod. The end of the rod contains a mechanism that allows the end of the rod to rotate about a center point that is located on the centerline of the rod. The cable attachment device holds each cable connected to it relative to the end of the rod so that each cable has a cable centerline that intersects the center point to minimize any moments from the rod or cables at the connector.

Dokument JP2004298520A ujawnia złącze do składania konstrukcji tensegrity. To złącze jest wyposażone w korpus złącza, łączący wiele prętów w takim stanie, że przechylają się ich końcówki. Korpus złącza łączy odpowiednie pręty tak, że środki wychylenia odpowiednich prętów są umieszczone w kołowym miejscu i łączy pręty w taki sposób, że powierzchnie przechyłu odpowiednich prętów przechylnych są odchylone od centralnego punktu.Document JP2004298520A discloses a connector for assembling a tensegrity structure. This connector is equipped with a connector body that connects multiple rods in such a way that their ends tilt. The connector body connects the respective rods such that the pivoting centers of the respective rods are arranged in a circular location and connects the rods such that the tilting surfaces of the respective tilting rods are tilted away from a central point.

Celem wynalazku jest zapewnienie konstrukcji zachowującej geometrię tensegrity umożliwiającej utrzymanie punktu przecięcia osi cięgien i prętów w jednym punkcie niezależnie od ich orientacji, co odpowiada połączeniu przegubowemu.The purpose of the invention is to provide a structure that maintains the tensegrity geometry, allowing the intersection point of the tendon and rod axes to be maintained at one point regardless of their orientation, which corresponds to a pinned connection.

Węzeł konstrukcyjny, zawierający co najmniej jeden pręt i jedno ramię, charakteryzuje się tym, że na pręcie głównym zamocowane jest co najmniej jedno ramię o łukowatym kształcie, którego pierwsze zakończenie i drugie zakończenie jest zamocowane na pręcie głównym obrotowo, zaś na ramieniu umieszczony jest suwliwie co najmniej jeden wózek.A structural node containing at least one rod and one arm is characterized by the fact that at least one arc-shaped arm is mounted on the main rod, the first end and second end of which are rotatably mounted on the main rod, and the arm is slidably placed at at least one trolley.

Korzystnie jest, gdy ramię ma kształt półkolisty.It is preferable if the arm has a semicircular shape.

Korzystnie jest, gdy ramię ma przekrój prostokątny.It is preferable if the arm has a rectangular cross-section.

Korzystnie jest, gdy ramię ma przekrój kołowy.It is preferable if the arm has a circular cross-section.

Korzystnie jest, gdy zawiera cztery ramiona, pierwsze ramię, drugie ramię, trzecie ramię oraz czwarte ramię.It preferably includes four arms, a first arm, a second arm, a third arm and a fourth arm.

Korzystnie jest, gdy promień drugiego ramienia jest mniejszy od promienia pierwszego ramienia, ale większy od promienia trzeciego ramienia, a promień czwartego ramienia jest mniejszy od promienia trzeciego ramienia.It is preferred that the radius of the second arm is smaller than the radius of the first arm but larger than the radius of the third arm, and the radius of the fourth arm is smaller than the radius of the third arm.

Korzystnie jest, gdy do wózka dołączone jest cięgno.It is advantageous when a cable is attached to the trolley.

Korzystnie jest, gdy do pręta głównego poprzez przegub zamocowany jest obrotowo pręt dochodzący.It is advantageous when the connecting rod is rotatably attached to the main rod via a joint.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny węzła konstrukcyjnego z jednym prętem, fig. 2 - widok perspektywiczny węzła konstrukcyjnego z dwoma prętami, fig. 3 - widok złożonego węzła konstrukcyjnego z fig. 2.The subject of the invention in an embodiment is shown in the drawing, in which Fig. 1 shows a perspective view of a structural node with one rod, Fig. 2 - a perspective view of a structural node with two rods, Fig. 3 - a view of the complex structural node from Fig. 2.

Na fig. 1 przedstawiony jest węzeł konstrukcyjny struktury tensegrity. Na pręcie głównym 1 o przekroju kołowym, stanowiącym podstawę konstrukcji, zamocowane są obrotowo cztery ramiona, pierwsze ramię 5a, drugie ramię 5b, trzecie ramię 5c i czwarte ramię 5d, o półkolistym kształcie i kwadratowym przekroju. Pierwsze zakończenie 5a' pierwszego ramienia 5a, które to ramię ma największy promień spośród pozostałych ramion 5b, 5c, 5d, zamocowane jest na pierwszym zakończeniu pręta głównego 1. Drugie zakończenie 5a pierwszego ramienia 5a zamocowane jest na pręcie głównym 1, w kierunku drugiego zakończenia pręta głównego 1. Obrotowe zamocowanie ramion 5a, 5b, 5c, 5d umożliwia im obrót w zakresie 360° wokół osi pręta głównego 1. Natomiast konstrukcja zakończeń 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d ramion 5a, 5b, 5c, 5d uniemożliwia im przemieszczanie się wzdłuż osi pręta głównego 1. Każde z zakończeń 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d ramion 5a, 5b, 5c, 5d ma postać tulei osadzonej na pręcie głównym 1. Wysokość zakończeń 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d ramion 5a, 5b, 5c, 5d wzdłuż osi pręta głównego 1 zapewnia zamocowanie ramion 5a, 5b, 5c, 5d tak, że sąsiadują one ze sobą, a jednocześnie umożliwiając im swobodne, niezależne i bezkolizyjne obracanie się wokół osi pręta głównego 1. Promień ramienia drugiego 5b jest mniejszy od promienia ramienia pierwszego 5a, ale jednocześnie większy od promienia ramienia trzeciego 5c, a promień ramienia czwartego 5d jest mniejszy od promienia ramienia trzeciego 5c. Ramiona 5a, 5b, 5c, 5d zamocowane na pręcie głównym 1 pełnią funkcję prowadnic. Na każdym ramieniu 5a, 5b, 5c, 5d umieszczony jest suwliwie wózek 4, do którego z kolei zamocowane są cięgna 3. Wózki 4 ślizgowo przemieszczają się wzdłuż ramion 5a, 5b, 5c, 5d.Fig. 1 shows the construction node of the tensegrity structure. Four arms 5a, the second arm 5b, the third arm 5c and the fourth arm 5d, with a semicircular shape and a square cross-section, are rotatably mounted on the main rod 1 with a circular cross-section, which is the basis of the structure. The first end 5a' of the first arm 5a, which arm has the largest radius among the remaining arms 5b, 5c, 5d, is attached to the first end of the main rod 1. The second end 5a of the first arm 5a is attached to the main rod 1, towards the second end of the rod main rod 1. The rotary mounting of the arms 5a, 5b, 5c, 5d allows them to rotate 360° around the axis of the main rod 1. The design of the ends 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d of the arms 5a , 5b, 5c, 5d prevents them from moving along the axis of the main bar 1. Each of the ends 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d of the arms 5a, 5b, 5c, 5d has the form of an embedded sleeve on the main bar 1. The height of the ends 5a', 5a, 5b', 5b, 5c', 5c, 5d', 5d of the arms 5a, 5b, 5c, 5d along the axis of the main bar 1 ensures the mounting of the arms 5a, 5b, 5c, 5d yes that they are adjacent to each other, while allowing them to rotate freely, independently and without collisions around the axis of the main bar 1. The radius of the second arm 5b is smaller than the radius of the first arm 5a, but at the same time larger than the radius of the third arm 5c, and the radius of the fourth arm 5d is smaller than the radius of the third arm 5c. The arms 5a, 5b, 5c, 5d mounted on the main rod 1 act as guides. On each arm 5a, 5b, 5c, 5d, there is a sliding trolley 4, to which tie rods 3 are attached. The trolleys 4 slide smoothly along the arms 5a, 5b, 5c, 5d.

Na fig. 2 pokazany jest węzeł konstrukcyjny z prętem dochodzącym 2. Pręt dochodzący 2 zamocowany jest do osi pręta głównego 1 w punkcie, w którym przecinają się promienie ramion 5a, 5b, 5c, 5d. Pręt dochodzący 2 zamocowany jest obrotowo poprzez przegub 8. Pręt dochodzący 2 obraca się względem osi pręta głównego 1 w zakresie 360°, zaś w płaszczyźnie prostopadłej do osi pręta głównego 1 w zakresie do 160°. Pręt dochodzący 2 jest elementem kolejnego węzła konstrukcyjnego tworzącego strukturę tensegrity.Fig. 2 shows a construction node with an connecting rod 2. The connecting rod 2 is attached to the axis of the main rod 1 at the point where the radii of the arms 5a, 5b, 5c, 5d intersect. The connecting rod 2 is mounted rotatably through the joint 8. The connecting rod 2 rotates relative to the axis of the main rod 1 within the range of 360°, and in the plane perpendicular to the axis of the main rod 1 within the range of up to 160°. The connecting rod 2 is an element of another structural node creating the tensegrity structure.

Na fig. 3 uwidoczniony jest złożony węzeł konstrukcyjny, którego ramiona 5a, 5b, 5c, 5d wraz z prętem głównym 1 oraz prętem dochodzącym 2 znajdują się w jednej płaszczyźnie.Fig. 3 shows a complex construction node whose arms 5a, 5b, 5c, 5d together with the main rod 1 and the connecting rod 2 are located in one plane.

Alternatywnie, wózek 4 może być wyposażony w rolkę 7, która zamocowana jest od wewnętrznej strony ramion 5a, 5b, 5c, 5d, bliżej pręta 1. Rolka 7 umożliwia przenoszenie większych obciążeń od połączenia wyłącznie ślizgowego. Natomiast cięgna 3 mogą stanowić liny stalowe lub kompozytowe.Alternatively, the trolley 4 can be equipped with a roller 7, which is mounted on the inside of the arms 5a, 5b, 5c, 5d, closer to the rod 1. The roller 7 allows the transfer of higher loads than a purely sliding connection. The tendons 3 may be steel or composite ropes.

Wynalazek ma zastosowanie w konstrukcjach nośnych na bazie struktur tensegrity, a także w rozwiązaniach, gdzie wymagany jest duży zakres geometrycznej zmienności oraz przecinanie się osi elementów dochodzących w jednym punkcie dla całego zakresu ruchu. Konstrukcja przeznaczona jest zwłaszcza dla produktów wykorzystujących mechanizmy składania, rozkładania, zmiany geometrii, zmiany właściwości mechanicznych, także pod wpływem obciążenia. Węzeł konstrukcyjny może być wykorzystany w produktach przedsiębiorstw związanych ze sztuką sceniczną, reklamą, robotyką, astronautyką i budownictwem.The invention is applicable to load-bearing structures based on tensegrity structures, as well as to solutions that require a large range of geometric variability and the intersection of the axes of connecting elements at one point for the entire range of movement. The design is intended especially for products using mechanisms of folding, unfolding, changing geometry, and changing mechanical properties, also under the influence of load. The construction node can be used in products of enterprises related to performing arts, advertising, robotics, astronautics and construction.

Claims

1. A structural joint containing at least one rod and one arm, characterized in that at least one arch-shaped arm (5a) is mounted on the main rod (1), the first end of which (5a') and the second end (5a) is mounted on the main rod (1) rotatably, and at least one carriage (4) is slidably placed on the arm (5a).

2. Knot according to claim 1, characterized in that the arm (5a) has a semicircular shape.

3. Knot according to claim 1 or 2, characterized in that the arm (5a) has a rectangular cross-section.

4. Knot according to claim 1 or 2, characterized in that the arm (5a) has a circular cross-section.

5. Knot according to claim The method of claim 1, characterized in that it comprises four arms, a first arm (5a), a second arm (5b), a third arm (5c) and a fourth arm (5d).

6. Knot according to claim 5, characterized in that the radius of the second arm (5b) is smaller than the radius of the first arm (5a), but larger than the radius of the third arm (5c), and the radius of the fourth arm (5d) is smaller than the radius of the third arm (5c).

7. Knot according to claim 1, characterized in that a cable (3) is connected to the trolley (4).

8. Knot according to claim 1, characterized in that the connecting rod (2) is rotatably attached to the main rod (1) via a joint (8).