RU7156U1

RU7156U1 - MECHANICAL MUSCLE

Info

Publication number: RU7156U1
Application number: RU97115341/20U
Authority: RU
Inventors: Григорий Михайлович Водяник; Ru]; Аркадий Григорьевич Водяник; Александр Николаевич Цибизов; Ua]
Original assignee: Григорий Михайлович Водяник; Аркадий Григорьевич Водяник; Александр Николаевич Цибизов
Priority date: 1997-09-15
Filing date: 1997-09-15
Publication date: 1998-07-16

Abstract

1. Механическая мышца, содержащая заполненную энергоносителем цилиндрическую оболочку и установленные на торцах оболочки присоединительные элементы, отличающаяся тем, что оболочка выполнена из эластичного материала и армирована в продольном и поперечном направлениях параллельно ориентированными гибкими нерастяжимыми нитями.2. Мышца по п.1, отличающаяся тем, что армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, выбранным из условии обеспечения поперечного деформирования оболочки без потери герметичности.3. Мышца по п.1, отличающаяся тем, что армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранном из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера и расхода энергоносителя, а также повышении быстродействия.1. A mechanical muscle containing a cylindrical shell filled with energy carrier and connecting elements mounted on the ends of the shell, characterized in that the shell is made of elastic material and reinforced in longitudinal and transverse directions with parallel oriented flexible inextensible threads. 2. The muscle according to claim 1, characterized in that the reinforcement of the shell in the longitudinal direction is performed with a step selected from the condition of ensuring transverse deformation of the shell without loss of tightness. The muscle according to claim 1, characterized in that the sheath reinforcement in the transverse direction is performed with a step selected from the condition of ensuring maximum sheath shortening while reducing the transverse size and energy consumption, as well as improving performance.

Description

, .,.

МПК б F 15 в 11/10 Механическая мышца Полезная модель относится к управляемым приводам и предназначено для использования при необходимости сообщения движения механическим объектам с изменяющимися массогабаритными параметрами, в частности, в промышленньгх роботах, манипуляторах, станках и других объектах, к которым предъявляются высокие требования к динамике работы. Известен резиновый рукав с металлическим армированием, применяемый в качестве гибкого трубопровода для подачи жидкостей под высоким давлением в гидросистемы различных механизмом (см. патент RU №2066415, F 16 L 11/08, 1996). Конструкция рукава с металлическими оплетками исключает его продольное и поперечное деформирование. Однако известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве привода механизмов. Известен приводной сильфон, предназначенный для подъема и опускания токосъемников электрифицированных транспортных средств (см. патент RU #2057034, В 60 L 5/ , 1996). Конусное исполнение сильфона обеспечивает устойчивое положение вертикально перемещаемого объекта, но- характеризуется низкой эффективностью в других случаях реализации привода. , ч Кроме того, известное устройство не имеет защиты от деформирования. Наиболее близким к предложенному является позиционный пневмогидравлический привод к авторскому свидетельству SU #1455063, F 15 В 11/12, 1989). Известный привод состоит из пневмо- и гидроцилиндров, электроуправляемого дросселя и органа управления. Штоки пневмои гидроцилиндров жестко связаны между собой, а их полости сообщены через электроуправляемый дроссель. Последний снабжен двумя дисками с эксцентричными отверстиями. Диски установлены в корпусе с возможностью торцевого контакта и совмещения отверстий. С дисками жестко связаны кольцевые постоянные магниты, расположенные с возможностью взаимодействия с управляющими электромагнитными обмотками. Орган управления имеет обратную связь по положению и скорости перемещения приводимого объекта. В обычных условиях устройство позволяет плавно перемещать инерционную нагрузку. Недостаток указанного устройства заключается в низком качестве управления при многократном изменении инерционной нагрузки. Заранее неизвестное изменение нагрузки вызывает изменение динамических характеристик привода. Нарушается плавность перемещения, появляются рывки и удары в зоне позиционирования. Задачей полезной модели является создание управляемого, пространственно гибкого двигателя поступательного движения. Поставленная задача решается тем, что в механической мышце, содержащей заполненную энергоносителем цилиндрическую оболочку, и установленные на торцах оболочки присоединительные 2 элементы, - оболочка выполнена из эластичного материала и армирована в продольном и поперечном направлениях параллельно ориентированными гибкими нерастяжимыми нитями. Решению поставленной задачи способствует также частные существенные признаки данного технического решения. Армирование оболочки в продольном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения поперечного деформирования оболочки без потери герметичности. Армирование оболочки в поперечном направлении выполнено с шагом, выбранным из условия обеспечения максимального укорочения оболочки при одновременном снижении поперечного размера и расхода энергоносителя, а также повышении быстродействия. На фиг.1 представлен общий вид предложенной механической мышцы, а на фиг.2 показано ее рабочее положение. Основу механической мышцы составляет цилиндрическая эластичная оболочка 1, заполненная энергоносителем (сжатыми ЖИДКОСТЬЮ или газом) 2. В оболочке 1 имеются нити продольного 3 и поперечного 4 армирования. На торцах оболочки 1 установлены присоединительные элементы 5 .один из которых выполнен с возможностью подвода энергоносителя 2 во внутреннюю полость оболочки 1. Механическая мышца работает следующим образом. При увеличении внутренней энергии энергоносителя 2 любым известным способом (за счет нагрева, химической реакции, увеличения количества и т.д.) эластичная оболочка начинает деформироваться. Возникающие усилия воспринимаются нитями продольного 3 и поперечного 4 армирования, что предопределяет 3 управляемое деформирование оболочки 1 с образованием гофрIPC b F 15 at 11/10 Mechanical muscle The utility model relates to controllable drives and is intended for use when necessary to communicate movement to mechanical objects with changing weight and size parameters, in particular, in industrial robots, manipulators, machine tools and other objects to which high demands are made to the dynamics of work. Known rubber sleeve with metal reinforcement, used as a flexible pipe for supplying high-pressure liquids to hydraulic systems of various mechanisms (see patent RU No. 2066415, F 16 L 11/08, 1996). The design of the sleeve with metal braids eliminates its longitudinal and transverse deformation. However, the known device has limited functionality that does not allow its use as a drive mechanisms. Known drive bellows designed to raise and lower the current collectors of electrified vehicles (see patent RU # 2057034, 60 L 5 /, 1996). The conical design of the bellows ensures a stable position of the vertically moving object, but is characterized by low efficiency in other cases of implementation of the drive. , In addition, the known device has no protection against deformation. Closest to the proposed is a positional pneumatic-hydraulic drive to the copyright certificate SU # 1455063, F 15 V 11/12, 1989). The known drive consists of pneumatic and hydraulic cylinders, an electrically controlled throttle and a control element. The rods of the pneumatic hydraulic cylinders are rigidly interconnected, and their cavities are communicated through an electrically controlled throttle. The latter is equipped with two disks with eccentric holes. The disks are installed in the housing with the possibility of end contact and alignment of the holes. Annular permanent magnets are rigidly connected to the disks and are arranged to interact with control electromagnetic windings. The control has feedback on the position and speed of movement of the driven object. Under normal conditions, the device allows you to smoothly move the inertial load. The disadvantage of this device is the low quality control with multiple changes in the inertial load. A previously unknown load change causes a change in the dynamic characteristics of the drive. The smoothness of movement is broken, jerks and bumps appear in the positioning zone. The objective of the utility model is to create a controlled, spatially flexible translational motion engine. The problem is solved in that in a mechanical muscle containing a cylindrical shell filled with energy, and connecting 2 elements installed on the ends of the shell, the shell is made of elastic material and reinforced in longitudinal and transverse directions with parallel oriented flexible inextensible threads. Partial essential features of this technical solution also contribute to the solution of the problem. The reinforcement of the shell in the longitudinal direction is performed with a step selected from the condition of ensuring transverse deformation of the shell without loss of tightness. The reinforcement of the shell in the transverse direction is performed with a step selected from the condition of ensuring maximum shortening of the shell while reducing the transverse size and energy consumption, as well as improving performance. Figure 1 presents a General view of the proposed mechanical muscle, and figure 2 shows its working position. The basis of the mechanical muscle is a cylindrical elastic shell 1 filled with energy (compressed LIQUID or gas) 2. In the shell 1 there are threads of longitudinal 3 and transverse 4 reinforcement. At the ends of the shell 1, connecting elements 5 are installed. One of which is made with the possibility of supplying energy 2 to the internal cavity of the shell 1. The mechanical muscle works as follows. With an increase in the internal energy of the energy carrier 2 by any known method (due to heating, a chemical reaction, an increase in the amount, etc.), the elastic shell begins to deform. The arising forces are perceived by the threads of longitudinal 3 and transverse 4 reinforcement, which predetermines 3 controlled deformation of the shell 1 with the formation of corrugations

(фиг.2). Образование гофр по длине механической мышцы обуславливает ее линейное укорочение (сокращение).(figure 2). The formation of corrugations along the length of the mechanical muscle causes its linear shortening (contraction).

Таким образом, настоящее предложение позволяет реализовать пространственно гибкий линейный двигатель без трущихся подвижных элементов. Его рабочий процесс описывается выражением:Thus, this proposal allows you to implement a spatially flexible linear motor without rubbing moving elements. His workflow is described by the expression:

F (2RoL + ) (cosW sina - sina) - RO J F (2RoL +) (cosW sina - sina) - RO J

где F - сила натяжения механической мьппцы (Н) , Р - давление энергоносителя (Па), RO - радиус поперечной армировки (м), Ne - число элементов в мыщце, L - длина мышцы в свободном состоянии,where F is the tension force of the mechanical muscle (N), P is the energy pressure (Pa), RO is the radius of the transverse reinforcement (m), Ne is the number of elements in the muscle, L is the length of the muscle in the free state,

а - угол гофра (рад).a - corrugation angle (rad).

Например: для ,5 Па, , ,02 м, ,6 м, ,523599 рад, сила натяжения F составляет около 4200 Н при сокращении мышцы на 0,08 м.For example: for, 5 Pa,,, 02 m,, 6 m,, 523599 rad, the tension force F is about 4200 N with a muscle contraction of 0.08 m.

4 4

Claims

1. A mechanical muscle containing a cylindrical shell filled with an energy carrier and connecting elements installed at the ends of the shell, characterized in that the shell is made of elastic material and reinforced in longitudinal and transverse directions with parallel oriented flexible inextensible threads.

2. The muscle according to claim 1, characterized in that the reinforcement of the shell in the longitudinal direction is performed with a step selected from the condition of ensuring transverse deformation of the shell without loss of tightness.

3. The muscle according to claim 1, characterized in that the sheath reinforcement in the transverse direction is performed with a step selected from the condition of ensuring the maximum shortening of the sheath while reducing the transverse size and energy consumption, as well as increasing speed.