RU2736902C1 - Curvilinear movement drive - Google Patents

Curvilinear movement drive Download PDF

Info

Publication number
RU2736902C1
RU2736902C1 RU2020116927A RU2020116927A RU2736902C1 RU 2736902 C1 RU2736902 C1 RU 2736902C1 RU 2020116927 A RU2020116927 A RU 2020116927A RU 2020116927 A RU2020116927 A RU 2020116927A RU 2736902 C1 RU2736902 C1 RU 2736902C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plugs
bellows
drive
fixed
movement
Prior art date
Application number
RU2020116927A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Николаевич Сысоев
Илья Евгеньевич Никифоров
Александр Александрович Мосалев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Владимирский Государственный Университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых" (ВлГУ)
Priority to RU2020116927A priority Critical patent/RU2736902C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2736902C1 publication Critical patent/RU2736902C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B15/00—Fluid-actuated devices for displacing a member from one position to another; Gearing associated therewith
    • F15B15/08—Characterised by the construction of the motor unit
    • F15B15/10—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type
    • F15B15/103—Characterised by the construction of the motor unit the motor being of diaphragm type using inflatable bodies that contract when fluid pressure is applied, e.g. pneumatic artificial muscles or McKibben-type actuators

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: drive relates to machine building, robotics and can be used in pneumatic and hydraulic equipment. In the drive, including a rotary mechanism, consisting of an annular bellows, along the axis of which at the ends there are two plugs fixed, forming a sealed cavity, made with possibility of connection to the pressure device, flexible spring-loaded tie-rod is fixed on plugs on the bellows on the plugs, and on the plugs along the perimeter there is a limiter of their mutual axial movement, made in the form of flexible inextensible shell.
EFFECT: increased efficiency of drive of curvilinear movement by increase of power characteristics at preservation of its weight and size parameters and simplification of control.
1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к области машиностроения, роботостроения и может использоваться в пневматическом и гидравлическом оборудовании.The proposed device relates to the field of mechanical engineering, robotics and can be used in pneumatic and hydraulic equipment.

Наиболее эффективно применение устройства в качестве приводного механизма ноги шагающего аппарата.The most effective application of the device is as a driving mechanism of a walking apparatus leg.

Известны пневматические приводы криволинейного перемещения, в которых для перемещения рабочих органов применяются один сильфон (см. пат. РФ МПК F15B 15/10 №2206011 «Смещенный щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2206012 «Щелевой затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 10.06.2003 г., Бюл. №16; пат. РФ МПК F15B 15/10, №2215224 «Бескорпусной затвор с криволинейной траекторией перемещения», Васин В.А., опубл. 27.10.2003 г., Бюл. №30). В данных устройствах сильфон выполнен неосесимметричным. У части гофр сильфона центры внешней и внутренней окружностей гофра не совпадают. Конструктивное исполнение сильфона позволяет реализовывать криволинейное перемещение рабочего органа под воздействием давления рабочей среды.Known pneumatic drives of curvilinear movement, in which one bellows is used to move the working bodies (see US Pat. RF IPC F15B 15/10 No. 2206011 "Displaced slotted gate with a curved trajectory of movement", Vasin VA, publ. 10.06.2003 ., Bulletin No. 16; Patent RF IPC F15B 15/10, No. 2206012 "Slotted gate with a curved trajectory of movement", Vasin VA, publ. 10.06.2003, Bulletin No. 16; Patent RF IPC F15B 15/10, No. 2215224 "Open-body valve with a curved trajectory of movement", Vasin VA, publ. 27.10.2003, Bul. No. 30). In these devices, the bellows is non-axisymmetric. In a part of the bellows corrugations, the centers of the outer and inner corrugations do not coincide. The design of the bellows allows for the curvilinear movement of the working body under the influence of the pressure of the working medium.

Применение одного сильфона упрощает конструкцию и повышает надежность работы устройств, но необходимость использования специфической формы гофр усложняет их изготовление. Кроме этого, данные устройства также обладают ограниченными функциональными возможностями и областью применения, реализуя криволинейное перемещение только по одной траектории.The use of one bellows simplifies the design and increases the reliability of the devices, but the need to use a specific corrugation shape complicates their manufacture. In addition, these devices also have limited functionality and scope, realizing curvilinear movement along only one path.

Известны приводы криволинейного перемещения; которые имеют расширенную область применения за счет реализаций требуемых траекторий криволинейных перемещений. Данные устройства представляют собой механические рычажные приводы, передаточный механизм которых включает рычаги разной длины, шарнирно соединенные между собой (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №147155 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Юнцзе Цао, опубл. 27.10.2014 г., Бюл. №30; пат. РФ МПК F25J 15/06 №2622071 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Мольков А.А, опубл. 09.06.2017 г., Бюл. №16), или один рычаг (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №170165 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Овчинников В.А., опубл. 17.04.2017 г., Бюл. №11; пат. РФ МПК F25J 15/06 №128150 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Столяров А.В., опубл. 20.05.2013 г., Бюл. №14).Known drives for curved movement; which have an expanded area of application due to the implementation of the required paths of curved movements. These devices are mechanical lever drives, the transmission mechanism of which includes levers of different lengths, pivotally connected to each other (see RF Patent IPC F25J 15/06 No. 147155 "Capture correcting module", Sysoev SN, Litvinov I.S. , Yongjie Cao, publ. 27.10.2014, Bulletin No. 30; RF Patent IPC F25J 15/06 No. 2622071 "Capture Corrective Module", Sysoev S.N., Litvinov I.S., Molkov A.A., publ. 09.06.2017, bull. No. 16), or one lever (see RF Pat. IPC F25J 15/06 No. 170165 "Capture correcting module", Sysoev S.N., Litvinov I.S., Ovchinnikov V A., publ. 17.04.2017, bull. No. 11; patent of the Russian Federation IPC F25J 15/06 No. 128,150 "Capture correction module", Sysoev S.N., Stolyarov A.V., publ. 20.05.2013 G., Bul. No. 14).

В данных устройствах внешним силовым воздействием осуществляется перекос рычагов, взаимным расположением которых задается требуемое направление криволинейного перемещения. Перемещение осуществляется созданием на рычаг осевого силового воздействия. Устройства отличаются расширенными функциональными возможностями, однако область их применения ограничена необходимостью создания осевого силового воздействия на рычаги со стороны приводного механизма в процессе их функционирования.In these devices, the levers are skewed by an external force action, the relative position of which sets the required direction of curvilinear movement. The movement is carried out by creating an axial force on the lever. The devices are distinguished by extended functionality, however, their field of application is limited by the need to create an axial force action on the levers from the drive mechanism during their operation.

Известно устройство (см. пат. РФ МПК F25J 15/06 №2691155 «Захватный корректирующий модуль», Сысоев С.Н., Литвинов И.С., Гребняков П.М., опубл. 27.09.2018 г., Бюл. №27), где применен привод криволинейного перемещения, состоящий из сильфона и заглушек, образующих герметичную камеру, охватывающую место соединения рычагов, выполненную с возможностью соединения с пневматическими линиями питания. Устройство работает следующим образом. Внешнее силовое воздействие на рычаг в начале функционирования привода приводит к перекосу рычагов, взаимным расположением которых задается направление требуемого криволинейного перемещения. Создание давления разрежения в камере сильфона приводит к его сжатию, дальнейшему повороту рычагов и выполнению криволинейного перемещения.A known device (see US Pat. RF IPC F25J 15/06 No. 2691155 "Capture correcting module", Sysoev S.N., Litvinov I.S., Grebnyakov P.M., publ. 09/27/2018, bull. No. 27), where a curvilinear displacement drive is used, consisting of a bellows and plugs, forming a sealed chamber, covering the junction of the levers, made with the possibility of being connected to pneumatic supply lines. The device works as follows. An external force on the lever at the beginning of the drive operation leads to a skew of the levers, the relative position of which sets the direction of the required curvilinear movement. The creation of a vacuum pressure in the bellows chamber leads to its compression, further rotation of the levers and the implementation of a curvilinear movement.

Данное устройство расширяет функциональные возможности привода, однако оно обладает низкой силовой характеристикой, так как для реализации криволинейного перемещения используется ограниченное по величине давление разрежения воздуха. Применение рычагов разной длины, шарнирно связанных между собой, усложняет конструкцию, снижает надежность и долговечность его работы.This device expands the functionality of the drive, but it has a low power characteristic, since a limited in magnitude vacuum pressure is used to implement curvilinear movement. The use of levers of different lengths, hingedly interconnected, complicates the design, reduces the reliability and durability of its operation.

Наиболее близким из известных по технической сущности является привод криволинейного перемещения (см. пат. РФ №2709945 «Нога шагающего аппарата», Сысоев С.Н., Черкасов Ю.В., Маскин А.С., опубл. 23.12.2019 г., Бюл. №36), также состоящий из сильфона и заглушек, образующих герметичную камеру, охватывающую место соединения рычагов, выполненную с возможностью соединецйя с пневматическими линиями питания. Устройство работает следующим образом. Первоначально создается перекос рычагов, их взаимным расположением которых задается направление требуемого криволинейного перемещения. Создание давления разрежения в камере сильфона приводит к его сжатию, дальнейшему повороту рычагов и выполнению криволинейного перемещения. Соединение камеры с атмосферой приводит к выпрямлению рычагов.The closest of those known in terms of technical essence is a curvilinear displacement drive (see US Pat. RF No. 2709945 "Foot of a walking apparatus", Sysoev S.N., Cherkasov Yu.V., Maskin A.S., publ. 23.12.2019. , Bull. No. 36), also consisting of a bellows and plugs, forming a sealed chamber, covering the junction of the levers, made with the possibility of connecting to pneumatic supply lines. The device works as follows. Initially, a skew of the levers is created, their mutual arrangement of which sets the direction of the required curvilinear movement. The creation of vacuum pressure in the bellows chamber leads to its compression, further rotation of the levers and the implementation of a curvilinear movement. Connecting the chamber to the atmosphere will straighten the levers.

Устройство расширяет функциональные возможности привода, так как его работоспособность не зависит от соотношения Длин рычагов. Однако оно обладает низкой силовой характеристикой, так как для реализации криволинейного перемещения используется ограниченное по величине давление разрежения воздуха. Кроме этого, в данных устройствах существенной силовой характеристикой привода является не взаимный поворот рычагов, а выполнение функции их выпрямления, которая зависит от угловой упругости сильфона. Ее увеличение приводит к уменьшению сил искривления сильфона.The device expands the functionality of the drive, since its performance does not depend on the ratio of the lengths of the levers. However, it has a low power characteristic, since a limited in magnitude vacuum pressure of air is used to implement curvilinear movement. In addition, in these devices, the essential power characteristic of the drive is not the mutual rotation of the levers, but the performance of the function of their straightening, which depends on the angular elasticity of the bellows. Its increase leads to a decrease in the bending forces of the bellows.

Задачей изобретения является повышение эффективности работы привода криволинейного перемещения путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров и упрощения управления.The objective of the invention is to improve the efficiency of the curvilinear displacement drive by increasing the power characteristics while maintaining its weight and size parameters and simplifying control.

Поставленная задача достигается тем, что в приводе криволинейного перемещения, включающем поворотный механизм, состоящий из кольцевого сильфона, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления, по оси сильфона на заглушках закреплена гибкая подпружиненная тяга, а на заглушках по периметру закреплен ограничитель их взаимного осевого перемещения, выполненный в виде гибкой нерастяжимой оболочки.The task is achieved by the fact that in the curvilinear displacement drive, which includes a rotary mechanism consisting of an annular bellows, along the axis of which two plugs are fixed at the ends, forming a sealed cavity made with the possibility of connecting to the pressure means, a flexible spring-loaded rod is fixed on the plugs along the axis of the bellows , and on the plugs along the perimeter, a limiter of their mutual axial movement is fixed, made in the form of a flexible inextensible shell.

Пример предлагаемого устройства представлен на чертежах, где показаны схема привода, этапы его работы (фиг. 1) и вид общий устройства (фиг. 2) соответственно изогнутого (фиг. 2, а) и выпрямленного (фиг. 2, б) сильфона.An example of the proposed device is presented in the drawings, which show a diagram of the drive, the stages of its operation (Fig. 1) and a general view of the device (Fig. 2), respectively, curved (Fig. 2, a) and straightened (Fig. 2, b) bellows.

В приводе криволинейного перемещения о: (фиг. 1) торцевые поверхности сильфона 1 закрыты заглушками 2 и 3 образуя герметичную полость А. На заглушке 3 закреплен стержень 5. На заглушках по оси сильфона закреплена гибкая подпружиненная тяга 4, а по периметру - гибкая нерастяжимая оболочка 6, выполненная с возможностью ограничения их взаимного осевого перемещения. Полость А выполнена с возможностью соединения с линиями пневмопитания через редуктор 7, распределители 8 и 9.In the drive of curvilinear displacement o: (Fig. 1) the end surfaces of the bellows 1 are closed with plugs 2 and 3, forming a sealed cavity A. A rod is fixed on the plug 3. A flexible spring-loaded rod 4 is fixed on the plugs along the axis of the bellows, and a flexible inextensible shell is fixed along the perimeter 6, made with the possibility of limiting their mutual axial movement. The cavity A is made with the possibility of connecting to the pneumatic supply lines through the reducer 7, distributors 8 and 9.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

В исходном положении (фиг. 1, а) полость А соединена через распределитель 9 с линией разрежения воздуха. Сильфон за счет давления разрежения воздуха в полости А сжат. Заглушки располагаются параллельно друг другу, а стержень 5 располагается по оси сильфона.In the initial position (Fig. 1, a), the cavity A is connected through the distributor 9 to the air vacuum line. The bellows is compressed due to the vacuum pressure in the cavity A. The plugs are located parallel to each other, and the rod 5 is located along the axis of the bellows.

Перед началом работы поворачивают стержень 5 и заглушку 3 в требуемом направлении криволинейного перемещения на угол αзад (фиг. 1, б).Before starting work, turn the rod 5 and the plug 3 in the required direction of curvilinear movement at an angle α back (Fig. 1, b).

Затем, включая распределитель 8 и 9 через редуктор 7, соединяют полость А с пневмолинией питания избыточного давления р1.Then, turning on the distributor 8 and 9 through the reducer 7, the cavity A is connected to the pneumatic supply line for the overpressure p1.

Увеличение давления воздуха в полости А до давления р1 приводит к повороту рычага на угол αпов (фиг. 1, в).An increase in air pressure in cavity A to pressure p 1 leads to a rotation of the lever by an angle α pv (Fig. 1, c).

Для поворота стержня 5 в направлении оси сильфона переключают распределитель 8, подключая полость А с пневмолинией питания, имеющей давление рпит, большее р1. Это приводит к растяжению тяги 4, натяжению оболочки 6, созданию силового воздействия на сильфон, направленного к его оси. При давлении р2 в камере сильфон занимает симметричное относительно оси положение (фиг. 1, г).To rotate the spindle 5 in the direction of the axis of the bellows valve 8 is switched, connecting the cavity with pneumatic line A supply having a pressure p pit greater than 1 p. This leads to the stretching of the thrust 4, the tension of the shell 6, the creation of a force effect on the bellows, directed towards its axis. At a pressure p 2 in the chamber, the bellows occupies a position symmetrical about the axis (Fig. 1, d).

Последовательным переключением распределителя 8, изменяя давление воздуха в камере А в пределах от р2 до р1, реализуют возвратно поступательные криволинейные перемещения стержня в заданном направлении.By sequentially switching the distributor 8, changing the air pressure in chamber A in the range from p 2 to p 1 , reciprocating curvilinear displacements of the rod are realized in a given direction.

Использование для криволинейного перемещения более энергоемкий источник питания для выпрямления сильфона повышает эффективность работы привода путем увеличения силовых характеристик при сохранении его массогабаритных параметров и упрощения управления.The use of a more energy-consuming power source for straightening the bellows for curved movement increases the efficiency of the drive by increasing the power characteristics while maintaining its weight and size parameters and simplifying control.

Моделирование, макетирование, проведенные натурные исследования предлагаемого устройства подтвердили его работоспособность, эффективность и промышленную применимость.Modeling, prototyping, field studies of the proposed device have confirmed its performance, efficiency and industrial applicability.

Claims (1)

Привод криволинейного перемещения, включающий поворотный механизм, состоящий из кольцевого сильфона, по оси которого на торцах закреплены две заглушки, образующие герметичную полость, выполненную с возможностью соединения со средством давления, отличающийся тем, что по оси сильфона на заглушках закреплена гибкая подпружиненная тяга, а на заглушках по периметру закреплен ограничитель их взаимного осевого перемещения, выполненный в виде гибкой нерастяжимой оболочки.A curvilinear movement drive, including a rotary mechanism, consisting of an annular bellows, along the axis of which two plugs are fixed at the ends, forming a sealed cavity made with the possibility of connection with a pressure means, characterized in that a flexible spring-loaded rod is fixed on the plugs along the axis of the bellows, and on around the perimeter of the plugs, a limiter for their mutual axial movement is fixed, made in the form of a flexible inextensible shell.
RU2020116927A 2020-05-07 2020-05-07 Curvilinear movement drive RU2736902C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116927A RU2736902C1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Curvilinear movement drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020116927A RU2736902C1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Curvilinear movement drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2736902C1 true RU2736902C1 (en) 2020-11-23

Family

ID=73543537

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020116927A RU2736902C1 (en) 2020-05-07 2020-05-07 Curvilinear movement drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2736902C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU23929U1 (en) * 2002-03-18 2002-07-20 Васин Владимир Анатольевич CIRCULAR MOVEMENT ACTUATOR WITH RING SILPHONE
DE10149395A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-24 Festo Ag & Co Turning and/or pivot drive for e.g. door drive, ventilator flap, ball valve, etc. has expansion bellows with guide elements between drive parts, to cause bellows to expand along curved track
RU2206012C1 (en) * 2001-12-27 2003-06-10 Васин Владимир Анатольевич Slot gate with curvilinear displacement
RU2215224C1 (en) * 2002-03-01 2003-10-27 Васин Владимир Анатольевич Bodyless gate valve with curvilinear trajectory of motion
US20050066810A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 Stefan Schulz Fluidic drive

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10149395A1 (en) * 2001-09-27 2003-04-24 Festo Ag & Co Turning and/or pivot drive for e.g. door drive, ventilator flap, ball valve, etc. has expansion bellows with guide elements between drive parts, to cause bellows to expand along curved track
RU2206012C1 (en) * 2001-12-27 2003-06-10 Васин Владимир Анатольевич Slot gate with curvilinear displacement
RU2215224C1 (en) * 2002-03-01 2003-10-27 Васин Владимир Анатольевич Bodyless gate valve with curvilinear trajectory of motion
RU23929U1 (en) * 2002-03-18 2002-07-20 Васин Владимир Анатольевич CIRCULAR MOVEMENT ACTUATOR WITH RING SILPHONE
US20050066810A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 Stefan Schulz Fluidic drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hawkes et al. Design and implementation of a 300% strain soft artificial muscle
JP6843355B2 (en) Pneumatic device for operating organs
Daerden et al. Pneumatic artificial muscles: actuators for robotics and automation
RU2722200C1 (en) Curvilinear movement drive
US4776852A (en) Artificial musculoskeletal mechanism
CN108748254A (en) A kind of drive lacking variation rigidity manipulator based on variation rigidity elastic joint
CN108582058B (en) Negative pressure rotary artificial muscle
US9656396B2 (en) Annular spring and robot joint mechanism using the same
RU2736902C1 (en) Curvilinear movement drive
CN105291132A (en) Humanoid robot knee joint capable of realizing active and semi-passive driving
RU2722916C1 (en) Curvilinear movement drive
CN106426268B (en) A kind of flexible joint of imitative octopus tentacle bending and torsion
CN109938968A (en) Bionic pneumatic Opposing muscle design based on stratiform gas chamber
Zhu et al. Pneumatic and tendon actuation coupled muti-mode actuators for soft robots with broad force and speed range
JPS60146695A (en) Robot hand
US8683883B2 (en) Ball and piston rotary actuator mechanism
CN206869879U (en) Bellows fluid drive lacking articulated robot finger apparatus
KR20170108209A (en) Flexible Manipulator
RU2749545C1 (en) Curvilinear movement drive
RU2586379C1 (en) Method of controlling movement of rod of chamber drive
RU2749544C1 (en) Curvilinear movement drive
CN109129548B (en) Variable-geometry linear parallel clamping self-adaptive robot finger device
RU2785181C1 (en) Bellows curvilinear movement drive
JP2017145879A (en) Actuator and rehabilitation equipment
JP2014050944A (en) Extremities of humanoid robot