SK2122011U1 - Actuator with artificial muscles - IV. - Google Patents

Actuator with artificial muscles - IV. Download PDF

Info

Publication number
SK2122011U1
SK2122011U1 SK212-2011U SK2122011U SK2122011U1 SK 2122011 U1 SK2122011 U1 SK 2122011U1 SK 2122011 U SK2122011 U SK 2122011U SK 2122011 U1 SK2122011 U1 SK 2122011U1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
actuator
artificial muscles
arm
shaft
attached
Prior art date
Application number
SK212-2011U
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK6209Y1 (en
Inventor
Jan Pitel
Milan Balara
Michal Havran
Maria Tothova
Original Assignee
Technicka Univerzita V Kosiciach, Fvt, Kmik
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 Technicka Univerzita V Kosiciach, Fvt, Kmik filed Critical Technicka Univerzita V Kosiciach, Fvt, Kmik
Priority to SK212-2011U priority Critical patent/SK6209Y1/en
Publication of SK2122011U1 publication Critical patent/SK2122011U1/en
Publication of SK6209Y1 publication Critical patent/SK6209Y1/en

Links

Abstract

Actuator with artificial muscles - IV. It consists of a base plate (1) firmly attached to the two pillars (2), which are firmly attached bearing housings (11). Through them is inserted shaft (3) firmly attached to the cam roller (4), after which it is passing through the flexible belt (5), whose ends are connected with artificial muscles (6) and these are attached to opposite ends of the rear bracket (7). At the same time the shaft (3) attached firmly round the arm (12), which is connected to the arm (8) and is associated with loading (9).

Description

Technické riešenie sa týka aktuátora s umelými svalmi - IV. Aktuátor (výkonový člen) s umelými svalmi je zariadenie z oblasti automatizácie a robotiky, kde je obvykle použitie ľahkých, výkonných a pohyblivých pohonov.The technical solution concerns the actuator with artificial muscles - IV. Artificial muscle actuator is an automation and robotics device where light, powerful and movable drives are usually used.

Doterajší stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Súčasné zariadenia na generovanie točivého pohybu pomocou umelých svalov sú riešené ako mechanické sústavy s dvoma pevne ukotvenými umelými svalmi, ktoré sú spojené opačnými koncami pružným ohybným pásom. Tento pás je navlečený na obvod otočnej kladky, ktorá je nasunutá na hriadeľ aktuátora a tento je uložený v ložiskách. Tieto sú umiestnené na koncoch nosných stĺpikov aktuátora. Aktuátor takto tvorí zostavu, kde sú na nosnej doske upevnené stĺpiky a na ich konci sa nachádzajú ložiská, hriadeľ a rameno so záťažou, pričom umelé svaly sú umiestnené pozdĺž stĺpikov. Takýto aktuátor tvorí pomerne dlhý a štíhly celok s vyhovujúcimi hmotnostnými a rozmerovými charakteristikami. V prípade aplikácie pneumatických umelých svalov sa u tohto zariadenia výrazne prejavuje nelineárna závislosť medzi meniacim sa tlakom vzduchu vstupujúcim do umelých svalov a uhlom pootočenia ramena upevneného na (výstupnom) hriadeli aktuátora. Táto charakteristika má tvar podobný logaritmickej krivke, charakter takejto nelinearity (typu nasýtenia) spôsobuje pokles krútiaceho momentu aktuátora pri väčších hodnotách polohy (pootočenia). Tento jav spôsobujú vlastnosti použitých umelých svalov hlavne z toho dôvodu, že konštruktéri aktuátorov sa snažia využiť rozsah kontrakcie (stiahnutia) umelých svalov naplno. Tým sa aj naplno prejavujú nelineárne vlastnosti umelých svalov, ktoré sú za týchto okolností veľmi výrazné. Pohon s takýmto aktuátorom má pri väčších pootočeniach nedostatočnú a asymetrickú tuhosť. Presnejšia regulácia polohy takejto sústavy je komplikovaná a jej možnosti sú obmedzené.Current rotary motion generating devices using artificial muscles are designed as mechanical systems with two rigidly anchored artificial muscles that are connected by opposite ends with a flexible bending band. This belt is threaded onto the circumference of the rotary roller which is slid onto the actuator shaft and is mounted in bearings. These are located at the ends of the actuator support posts. The actuator thus constitutes an assembly where the columns are mounted on the support plate and at their ends there are bearings, a shaft and a load arm, with the artificial muscles positioned along the columns. Such an actuator forms a relatively long and slender unit with satisfactory weight and size characteristics. In the case of the application of pneumatic artificial muscles, this device significantly exhibits a non-linear relationship between the varying air pressure entering the artificial muscles and the angle of rotation of the arm attached to the (output) shaft of the actuator. This characteristic has a shape similar to a logarithmic curve, the nature of such a non-linearity (type of saturation) causes a decrease in the actuator torque at larger position values (rotation). This phenomenon is caused by the properties of the artificial muscles used, mainly because the constructors of the actuators are trying to utilize the extent of contraction (contraction) of the artificial muscles to the full. This also fully manifests the non-linear properties of artificial muscles, which are very pronounced in these circumstances. The drive with such an actuator has insufficient and asymmetric stiffness at larger turns. Accurate position control of such a system is complicated and its capabilities are limited.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické riešenie, ktorého podstata spočíva v tom, že vychádza z koncepcie generovania konštantného (alebo v malom rozsahu meniaceho sa) krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora pomocou aplikácie osovo symetrického excentra (kladky kruhového tvaru s posunutým stredom otáčania mimo stred kladky) namiesto doteraz používanej kladky kruhového tvaru so stredom otáčania totožným s geometrickým stredom.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the proposed technical solution, which is based on the concept of generating a constant (or to a small extent varying) torque on the actuator shaft by applying an axially symmetrical eccentric (pulley with a shifted center of rotation outside the pulley center) hitherto used circular-shaped pulleys with a center of rotation identical to the geometric center.

Aktuátor v doterajšom riešení funguje tak. že počiatočná poloha ramena je nastavená naplnením obidvoch umelých svalov na určitý (maximálny) tlak plynného média (vzduchu). Svaly v dôsledku rovnakej kontrakcie vymedzia polohu ramena aktuátora do referenčnej (počiatočnej) polohy (rovnobežne s pozdĺžnou osou aktuátora). Vypúšťaním plynu z jedného umelého svalu dochádza k jeho predlžovaniu a súčasne ku kontrakcii druhého umelého svalu, ktorý je naďalej pod počiatočným tlakom. Uvedený dej spôsobí posun ohybného pásu a súčasne odvaľovanie kladky sprevádzané otáčaním hriadeľa. Každé pootočenie hriadeľa (spôsobené úbytkom určitého objemu vzduchu z príslušného umelého svalu) je dané rovnosťou točivých momentov medzi umelými svalmi. Vzhľadom k tomu, že s rastúcim pootočením klesajú krútiace momenty od obidvoch umelých svalov, klesá aj tuhosť aktuátora v obidvoch smeroch. Je to dôsledok nelineárneho poklesu sily umelých svalov v závislosti od ich kontrakcie. V dôsledku konštantného polomeru kladky je aj momentová charakteristika aktuátora nelineárna (v závislosti na uhle pootočenia hriadeľa). Odstránenie, resp. potlačenie tohto javu je možné vtedy, keď namiesto kladky s konštantným polomerom rotujúcej okolo jej geometrického stredu aplikujeme kladku s konštantným polomerom rotujúcou okolo bodu ležiaceho mimo jej geometrického stredu (na pozdĺžnej osi aktuátora) s polomerom otáčania narastajúcim v závislosti na pootočení hriadeľa, t. j. kruhovej excentrickej kladky. Týmto možno dosiahnuť menší pokles krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora voči doterajšiemu riešeniu, a tým aj väčšiu a symetrickú tuhosť aktuátora. Navrhované technické riešenie predpokladá použitie excentrickej kladky s ľubovoľným povrchom, t. j. ozubenej pre reťazové alebo ozubené pasové prevody, prípadne hladkým pre ploché, klinové remene, pre lankovody a pod.The actuator in the previous solution works that way. that the initial position of the arm is adjusted by filling both artificial muscles to a certain (maximum) pressure of the gaseous medium (air). Muscles, due to the same contraction, define the position of the actuator arm to the reference (initial) position (parallel to the longitudinal axis of the actuator). By discharging the gas from one artificial muscle, it is prolonged and at the same time the other artificial muscle contractions, which is still under initial pressure. This action causes the bending of the flexible belt and at the same time the roll of the pulley accompanied by the rotation of the shaft. Each rotation of the shaft (caused by the loss of a certain volume of air from the respective artificial muscle) is given by the torque equality between the artificial muscles. As the torque decreases from both artificial muscles with increasing rotation, the stiffness of the actuator in both directions decreases as well. This is a consequence of a non-linear decrease in the strength of artificial muscles depending on their contraction. Due to the constant radius of the pulley, the torque characteristic of the actuator is also non-linear (depending on the angle of rotation of the shaft). Remove, respectively. suppression of this phenomenon is possible when, instead of a constant-radius roller rotating around its geometric center, we apply a constant-radius roller rotating around a point lying outside its geometric center (on the longitudinal axis of the actuator) with a radius of rotation increasing as the shaft rotates, t. j. an eccentric roller. In this way, it is possible to achieve a smaller decrease in the torque on the actuator shaft relative to the prior art solution and thus a greater and symmetrical stiffness of the actuator. The proposed technical solution envisages the use of an eccentric roller with any surface, i. j. toothed for chain or toothed belt drives, eventually smooth for flat, V-belts, for cable ducts and the like.

Prehľad obrázkov na výkresochBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Technické riešenie je bližšie vysvetlené pomocou výkresov, pričom Obr. 1 znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia pri čelnom pohľade a Obr. 2 znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia pri bočnom pohľade.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 shows the overall arrangement of the functional parts of the device in front view, and FIG. 2 shows the overall arrangement of the functional parts of the device in a side view.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Na Obr. 1 a Obr. 2 je znázornený príklad uskutočnenia technického riešenia. Znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia. Aktuátor s umelými svalmi - IV. je tvorený základovou doskou 1 s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi 2, ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá 11. Cez ne je vsunutá hriadeľ 3 pevne spojená s excentrickou kladkou 4, po ktorej je prevlečený ohybný pás 5, ktorého konce sú spojené s umelými svalmi 6 a tieto sú opačným koncom pripevnené ku zadným držiakom 7. Súčasne je na hriadeľ 3 pevne nasunutý náboj ramena 12. ktorý je spojený s ramenom 8 a to je spojené so záťažou 9.In FIG. 1 and FIG. 2 shows an embodiment of the invention. It shows the overall arrangement of the functional parts of the device. Actuator with artificial muscles - IV. it consists of a base plate 1 with two columns 2 fixedly connected to which the bearing bushes 11 are fixedly connected. A shaft 3 is fixedly connected to the eccentric pulley 4 by means of which the flexible belt 5, whose ends are connected to artificial muscles 6 and these are secured to the rear brackets 7 at the opposite end.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial usability

Zariadenie podľa navrhovaného riešenia je možno použiť pri krátkodobom i dlhodobom uplatnení funkčných celkov, v ktorých sú použité pneumatické, alebo iné umelé svaly v individuálnom, antagonistickom, alebo inom zapojení. Systém zariadenia je možno použiť aj na iných aktuátoroch (elektrických, hydraulických), ich rozmery a výkony sú závislé od veľkosti použitého vybavenia. Zariadenie možno použiť individuálne, ale možno ich navzájom mechanicky spájať do zložitejších celkov (napr. v robotike).The device according to the proposed solution can be used in short and long term application of functional units in which pneumatic or other artificial muscles are used in individual, antagonistic or other connection. The system of the device can also be used on other actuators (electric, hydraulic), their dimensions and performance depend on the size of the equipment used. The device can be used individually, but can be mechanically interconnected into more complex units (eg in robotics).

Claims (1)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS Aktuátor s umelými svalmi, vyznačujúci sa tým, že je tvorený základovou doskou (1) s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi (2), ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá (11), cez ktoré je vsunutá hriadeľ (3) pevne spojená s excentrickou kladkou (4), po ktorej je prevlečený ohybný pás (5), ktorého konce sú spojené s umelými svalmi (6) a tieto sú opačnými koncami pripevnené ku zadným držiakom (7) a súčasne je na hriadeľ (3) pevne nasunutý náboj ramena (12), ktorý je spojený s ramenom (8) a to je spojené so záťažou (9).Artificial muscle actuator, characterized in that it consists of a base plate (1) with two columns (2) fixedly connected to which the bearing bushes (11) are fixedly connected, through which the inserted shaft (3) is fixedly connected to the eccentric roller (4), after which the flexible band (5) is threaded, the ends of which are connected to the artificial muscles (6) and these are attached to the rear supports (7) by opposite ends and at the same time the arm hub (12) is fixed ) which is connected to the arm (8) and this is associated with the load (9).
SK212-2011U 2011-11-16 2011-11-16 Actuator with artificial muscles - IV. SK6209Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK212-2011U SK6209Y1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Actuator with artificial muscles - IV.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK212-2011U SK6209Y1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Actuator with artificial muscles - IV.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK2122011U1 true SK2122011U1 (en) 2012-03-02
SK6209Y1 SK6209Y1 (en) 2012-08-06

Family

ID=45768658

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK212-2011U SK6209Y1 (en) 2011-11-16 2011-11-16 Actuator with artificial muscles - IV.

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK6209Y1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK6209Y1 (en) 2012-08-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8881471B1 (en) Guy wire control apparatus and method
SK542011A3 (en) Actuator with artificial muscles - III.
SK2122011U1 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
SK1412011A3 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
WO2010036412A3 (en) Robotic manipulator
SK1872011U1 (en) Actuator with artificial muscles - III
SK832012U1 (en) Actuator with artificial muscles - V.
SK500102013A3 (en) Actuator with artificial muscles - V.
SK1162012U1 (en) Actuator with artificial muscles - VI.
SK501262014U1 (en) Actuator with artificial muscles
SK501252014U1 (en) Actuator with artificial muscles
SK500372013A3 (en) Actuator connected in parallel with artificial muscles - I.
SK288297B6 (en) Actuator with artificial muscles
JP2012184850A (en) Actuator device and robot device using the same
US9358420B2 (en) Portable exercise device providing constant force output
SK500862015A3 (en) Actuators with artificial muscles
SK500072016A3 (en) Actuators with artificial muscles
JP2018159353A5 (en)
SK6541Y1 (en) ctuator with parallel artificial muscles involved - I.
SK501052012U1 (en) Actuator with serially connected artificial muscles - I.
SK1822011U1 (en) Actuator with artificial muscles - II
SK5992Y1 (en) Actuator with artificial muscles-I.
SK422011A3 (en) Actuator with artificial muscles - II.
SK288299B6 (en) Actuator with serially attached muscles
US9724552B2 (en) Exercise device with continuous, flexible pulling member