SK288197B6 - Actuator with artificial muscles - III. - Google Patents

Actuator with artificial muscles - III. Download PDF

Info

Publication number
SK288197B6
SK288197B6 SK54-2011A SK542011A SK288197B6 SK 288197 B6 SK288197 B6 SK 288197B6 SK 542011 A SK542011 A SK 542011A SK 288197 B6 SK288197 B6 SK 288197B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
actuator
artificial muscles
shaft
artificial
muscles
Prior art date
Application number
SK54-2011A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK542011A3 (en
Inventor
Milan Balara
Ján Piteľ
Jana Boržíková
Alexander Hošovský
Original Assignee
Technická Univerzita V Košiciach, 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 Technická Univerzita V Košiciach, Fvt, Kmik filed Critical Technická Univerzita V Košiciach, Fvt, Kmik
Priority to SK54-2011A priority Critical patent/SK288197B6/en
Publication of SK542011A3 publication Critical patent/SK542011A3/en
Publication of SK288197B6 publication Critical patent/SK288197B6/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J13/00Controls for manipulators
    • B25J13/06Control stands, e.g. consoles, switchboards

Abstract

Actuator with artificial muscles III. is formed by a base plate (1) firmly attached to the two uprights (2), to which are firmly attached to the bearing housings (11). Is not inserted through the shaft (3) rigidly fixed to the cam (4), after which the flexible strip passing through (5), whose ends are connected to the artificial muscle (6), and these muscles are attached to opposite ends of the rear support (7) . At the same time the shaft (3) securely engaged with the hub arms (12), which is connected with the arm (8), and it is connected to a load (9).

Description

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

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 ten je uložený v ložiskách. Tie 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 na tomto zariadení výrazne prejavuje nelineárna závislosť medzi meniacim sa tlakom vzduchu vstupujúcom 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 support pillars of the actuator. 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 mounted on the actuator output shaft. 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 vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické riešenie, ktorého podstata spočíva v tom, že vychádza z koncepcie generovania konštantného (alebo meniaceho sa v malom rozsahu) krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora pomocou aplikácie osovo symetrickej vačky namiesto doteraz uplatňovanej kladky kruhového tvaru. Aktuátor 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 odvafovanie kladky sprevádzané otáčaním hriadeľa. Každé pootočenie hriadeľa (spôsobené úbytkom určitého objemu vzduchu z príslušného umelého svalu) je určené rovnosťou točivých momentov medzi umelými svalmi. Vzhľadom k tomu, že s rastúcim pootočením klesajú krútiace momenty od obidvoch umelých svaloch, 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. Odstránenie, resp. potlačenie tohto javu je možné vtedy, keď namiesto kladky s konštantným polomerom aplikujeme kladku s polomerom narastajúcim v závislosti na pootočení hriadeľa, t. j. kladky v tvare osovo symetrickej vačky. Pri jej vhodnom tvarovaní možno dosiahnuť malý (resp. nulový) pokles krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora oproti počiatočnému, a tým aj náležitú a symetrickú tuhosť aktuátora. Navrhované technické riešenie predpokladá použitie vačky s ľubovoľným povrchom, t. j. ozubenej pre reťazové alebo ozubené pasové prevody, prípadne s hladkým povrchom pre ploché, klinové remene, pre lankovody a pod.These drawbacks are overcome by the proposed technical solution, which is based on the concept of generating a constant (or varying to a small extent) torque on the actuator shaft by applying an axially symmetrical cam instead of a circular roller. The actuator operates in such a 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 decoupling 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 determined by the torque equality between the artificial muscles. As the torque from both artificial muscles decreases 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. Remove, respectively. suppression of this phenomenon is possible when, instead of a constant-radius pulley, we apply a pulley with a radius increasing depending on the rotation of the shaft, i. j. axially symmetrical cam rollers. If it is suitably shaped, it is possible to achieve a small (or zero) drop in the torque on the actuator shaft in comparison with the initial and thus a proper and symmetrical stiffness of the actuator. The proposed technical solution envisages the use of a cam with any surface, i.e. j. toothed for chain or toothed belt drives, possibly with a smooth surface 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.The technical solution is explained in more detail by means of the drawings. 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.

SK 288197 Β6SK 288197 Β6

Príklady uskutočnenia vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Na obr. 1 a obr. 2 je znázornený príklad uskutočnenia vynálezu. Znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia. Aktuátor s umelými svalmi III. je tvorený základovou doskou I s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi 2, ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá LL Cez neje vsunutý hriadeľ 3 pevne spojený s vačkou 4, po ktorej je prevlečený ohybný pás 5, ktorého konce sú spojené s umelými svalmi 6 a tieto sú opačným koncom pripevnené k 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. Artificial muscle actuator III. It consists of a base plate I with two columns 2 fixedly connected to which the bearing bushes LL are fixedly connected. A shaft 3 fixedly connected to the cam 4 is inserted through the shaft 4, after which a flexible strip 5 is connected. At the same time, the hub 12 of the arm 12, which is connected to the arm 8, is fixedly attached to the shaft 3, and this is connected to the load 9.

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 mechanický 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 they can be mechanically interconnected into more complex units (eg in robotics).

Claims (1)

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 vsunutý hriadeľ (3) pevne spojený s vačkou (4), po ktorej je prevlečený ohybný pás (5), ktorého konce súArtificial 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 cam ( 4), after which the flexible strip (5), whose ends are 25 spojené s umelými svalmi (6), a tie sú opačnými koncami pripevnené k 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).25 are connected to the artificial muscles (6), and these are attached to the rear brackets (7) with opposite ends, and at the same time the hub (3) of the arm (12), which is connected to the arm (8), is fixed with load (9).
SK54-2011A 2011-06-16 2011-06-16 Actuator with artificial muscles - III. SK288197B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK54-2011A SK288197B6 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Actuator with artificial muscles - III.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK54-2011A SK288197B6 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Actuator with artificial muscles - III.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK542011A3 SK542011A3 (en) 2013-01-02
SK288197B6 true SK288197B6 (en) 2014-06-03

Family

ID=47424535

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK54-2011A SK288197B6 (en) 2011-06-16 2011-06-16 Actuator with artificial muscles - III.

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK288197B6 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104842345B (en) * 2015-06-10 2017-01-25 东北大学 Human-simulated mechanical arm based on hybrid driving of various artificial muscles

Also Published As

Publication number Publication date
SK542011A3 (en) 2013-01-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013153400A3 (en) Sma actuation apparatus
ITTO20100360A1 (en) ELASTIC ROTARY ACTUATOR, PARTICULARLY FOR ROBOTIC APPLICATIONS, WITH SEMI-ACTIVE DAMPING DEVICE
SK288197B6 (en) Actuator with artificial muscles - III.
WO2010036412A3 (en) Robotic manipulator
SK1872011U1 (en) Actuator with artificial muscles - III
SK832012U1 (en) Actuator with artificial muscles - V.
SK288296B6 (en) Actuator with artificial muscles
SK501262014U1 (en) Actuator with artificial muscles
SK501252014U1 (en) Actuator with artificial muscles
SK6209Y1 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
SK288196B6 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
SK288298B6 (en) Actuator connected in parallel with artificial muscles
SK500072016A3 (en) Actuators with artificial muscles
SK500862015A3 (en) Actuators with artificial muscles
SK6442Y1 (en) Actuator with artificial muscles - VI.
SK6541Y1 (en) ctuator with parallel artificial muscles involved - I.
SK5992Y1 (en) Actuator with artificial muscles-I.
SK288297B6 (en) Actuator with artificial muscles
SK501052012U1 (en) Actuator with serially connected artificial muscles - I.
SK1822011U1 (en) Actuator with artificial muscles - II
SK1402011A3 (en) Actuator with artificial muscles - I.
SK422011A3 (en) Actuator with artificial muscles - II.
SK288299B6 (en) Actuator with serially attached muscles
GB0809231D0 (en) Force applying mechanism
GB202316928D0 (en) Ur redirection based on energy

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of maintenance fees

Effective date: 20150616