SK288197B6 - Aktuátor s umelými svalmi III. - Google Patents

Abstract

Aktuátor s umelými svalmi III. je tvorený základnou doskou (1) s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi (2), ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá (11). Cez ne je 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 svaly sú opačnými koncami 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).

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.

Doterajší stav techniky

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.

Podstata vynálezu

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.

Prehľad obrázkov na výkresoch

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.

SK 288197 Β6

Príklady uskutočnenia vynálezu

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.

Priemyselná využiteľnosť

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).

Claims (1)

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 sú

   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).