SK501042012U1 - ctuator with parallel artificial muscles involved - I. - Google Patents

Description

Oblasť techniky

Technické riešenie sa týka aktuátora s umelými svalmi v paralelnom zapojení. Aktuátor (výkonový člen) s umelými svalmi je zariadenie z oblasti automatizácie a robotiky, kde je obvykle použitie ľahkých, výkonných a pohyblivých pohonov.

Dotera jší stav techniky

Súčasné zariadenia na generovanie točivého pohybu pomocou pneumatických 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, ktoré 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. Funkcia aktuátora je taká, že počiatočná poloha ramena je nastavená naplnením obidvoch pneumatických 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 kruhovej kladky sprevádzané otáčaním hriadeľa. Tak možno zmenou tlaku v jednom umelom svale pri konštantnom tlaku v druhom umelom svale dosiahnuť ľubovoľnú polohu v rámci daného rozsahu a smeru. Pri zmene ovládaného umelého svalu sú dosahované výchylky opačným smerom s nezmeneným rozsahom. Každé pootočenie hriadeľa (spôsobené úbytkom určitého objemu vzduchu z príslušného umelého svalu) je dané rovnosťou točivých momentov medzi umelými svalmi. Krútiaci moment hriadeľa aktuátora je daný silou umelých svalov (a priemerom kladky), pričom sila je proporcionálna priemeru (svetlosti) použitých umelých svalov. Maximálne hodnoty krútiacich momentov aktuátorov sú limitované maximálnym priemerom vyrábaných pneumatických umelých svalov. V prípade potreby generovania väčších síl a krútiacich momentov nad maximálne dané konštrukčnými obmedzeniami konkrétnych typov svalov je tento problém pri opísanom pôvodnom usporiadaní aktuátora neriešiteľný.

Podstata technického riešenia

Uvedený nedostatok odstraňuje navrhované technické riešenie, ktorého podstata spočíva v tom, že vychádza z koncepcie generovania krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora pomocou aplikácie dvoch dvojíc paralelne (súbežne) umiestnených umelých svalov. Každá dvojica nahradzuje umelý sval požadovaného (vyššieho) výkonu, ktorý nie je v ponuke príslušných výrobcov. Umelé svaly sú jedným koncom prichytené k zadným držiakom, opačné konce sú v každej dvojici navzájom prepojené ohybným pásom. Tento pás je v každej dvojici navlečený na kladku, ktorá je nasunutá do kovania kladky a do obidvoch je nasunutý hriadeľ kladky. Kovania kladiek od každej dvojice sú spojené ohybným pásom, ktorý je navlečený na hnaciu kladku, ktorá je pevne spojená s hriadeľom aktuátora. Ten je nasunutý do ložiskových puzdier aktuátora. Na hriadeľ je súčasne pripojený náboj ramena aktuátora spojený s ramenom, na ktorom je pripojená záťaž.

Každá dvojica nahradzujúca umelý sval požadovaného výkonu má umelé svaly usporiadané antagonistický cez príslušnú kladku, pričom dochádza ku sčítaniu ich síl. Výsledná sila pôsobí cez hriadeľ a kovanie kladky na ohybný pás navlečený na hnaciu kladku. Obidve dvojice umelých svalov sú v aktuátore voči sebe taktiež antagonistický usporiadané. Takýto aktuátor má dvojnásobne väčší krútiaci moment ako aktuátor s iba dvoma umelými svalmi toho istého typu. Kladky obidvoch dvojíc umelých svalov slúžia okrem sčítania síl od jednotlivých umelých svalov aj ku vyrovnávaniu nerovnomernosti pohybov a zdvihov medzi jednotlivými umelými svalmi. To môže byť spôsobené individuálnymi materiálnymi a rozmerovými rozdielmi medzi jednotlivými svalmi. Taktiež je nevyhnutné, aby každá dvojica umelých svalov bola napájaná tlakovým médiom zo spoločného elektropneumatického ventila a prívody medzi umelými svalmi a elektropneumatickým ventilom mali rovnakú dĺžku. To isté platí aj pre vypúšťací elektropneumatický ventil a jeho prívody.

Obidve dvojice súbežných umelých svalov môžu byť nainštalované tak, že roviny ich kladiek sú voči rovine hnacej kladky rovnobežné (umelé svaly v dvojici sú nad sebou), alebo sú tieto roviny na seba kolmé (umelé svaly v dvojici sú vedľa seba). Druhý prípad je priestorovo úspornejší. Navrhované technické riešenie predpokladá použitie kladiek a hnacej kladky s ľubovoľným povrchom, t.j. ozubeným pre reťazové alebo ozubené pasové prevody, prípadne hladkým pre ploché, klinové remene, pre lankovody apod. Hlavnou výhodou navrhovaného riešenia je možnosť vytvárať aktuátory s dvojnásobným hnacím krútiacim momentom pri málom zväčšení geometrických rozmerov aktuátora.

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.

Príklady uskutočnenia

Na Obr. 1 a Obr. 2 je znázornený príklad uskutočnenia technického riešenia. Znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia. Aktuátor s paralelne zapojenými umelými svalmi -1. je tvorený základovou doskou 1 s pevne pripojenými dvomi stĺpikmi 2, ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá 11. Cez ne je vsunutý hriadeľ 3 pevne spojený s hnacou kladkou 10, na ktorej je navlečený ohybný pás 4, ktorého konce sú spojené s kovaním 5 a 25 kladiek. Umelé svaly 6, 16 a 26, 36 sú jedným koncom prichytené k zadným držiakom 7, opačné konce sú v každej dvojici (jedna dvojica tvorená umelými svalmi 6,16, ďalšia dvojica tvorená umelými svalmi 26,36) navzájom prepojené ohybnými pásmi 18 a 28. Tieto pásy sú v každej dvojici navlečené na kladky 14 a 24, ktoré sú nasunuté do kovaní 5 a 25 kladiek a do obidvoch je nasunutý príslušný hriadeľ 17, 27 kladky. Kovania 5 a 25 kladiek od každej dvojice umelých svalov 6.16 a 26, 36 sú spojené ohybným pásom 4, ktorý je navlečený na hnaciu kladku 10, ktorá je pevne spojená s hriadeľom 3 aktuátora. Tento hriadeľ 3 je nasunutý do ložiskových puzdier aktuátora 11. Na hriadeľ 3 je súčasne pripojený náboj ramena LP aktuátora 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 mechanicky spájať do zložitejších celkov (napr. v robotike).

Claims (1)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   Aktuátor s paralelne zapojenými 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 ne je vsunutý hriadeľ (3) pevne spojený s hnacou kladkou (10), pričom umelé svaly (6), (16) a (26), (36) sú jedným koncom prichytené k zadným držiakom (7), opačné konce sú v dvojici umelých svalov (6), (16) navzájom prepojené ohybným pásom (18) navlečeným na kladku (14) a v dvojici umelých svalov (26), (36) navzájom prepojené ohybným pásom (28) navlečeným na kladku (24), pričom kladky (14) a (24) sú nasunuté do príslušných kovaní (5) a (25) kladiek a do nich je nasunutý príslušný hriadeľ (17), (27) kladky, pričom kovania (5) a (25) kladiek sú spojené ohybným pásom (4^λ navlečeným na hnaciu kladku (10) pripojenú na hriadeľ (3), na ktorý je pevne nasunutý náboj ramena (g) aktuátora spojený s ramenom (8) a to je spojené so záťažou (9).