SK6388Y1 - Actuator with artificial muscles - V. - Google Patents

Abstract

Actuator with artificial muscles - V. consists of a base plate (1), firmly attached two studs (2), to which are firmly attached to the bearing housings (11). Through them is inserted shaft (3) fixedly connected to the oval cam (4), followed by passing through the elastic belt (5) whose ends are linked to artificial muscles (6) and these are opposing ends attached to the rear support (7) . At the same time the shaft (3) slide on fixed hub arm (12) which is connected to the arm (8) and it is connected to the load (9).

Description

Technické riešenie sa týka aktuátora s umelými svalmi — V. 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 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 pri tomto zariadení 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.

Podstata technického riešenia

Uvedené nedostatky odstraňuje navrhované technické riešenie, ktorého podstata spočíva v tom, že vychádza z koncepcie generovania až konštantného krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora pomocou aplikácie stredovo symetrickej vačky, namiesto doteraz najčastejšie 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 odvaľovanie 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 na to, 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. Odstránenie, resp. potlačenie tohto javu je možné vtedy, keď sa namiesto kladky s konštantným polomerom aplikuje kladka s polomerom narastajúcim v závislosti od pootočenia hriadeľa, t. j. kladky v tvare stredovo symetrickej oválnej vačky (šošovkový tvar). V tomto prípade každé pootočenie hriadeľa (spôsobené úbytkom určitého objemu vzduchu z príslušného umelého svalu) je taktiež určené rovnosťou točivých momentov medzi umelými svalmi. Vzhľadom na to, že s rastúcim pootočením narastá dĺžka ramien, na ktoré pôsobia sily umelých svalov, ich krútiace momenty klesajú len veľmi málo, alebo môžu byť konštantné (pri vhodnom tvarovaní vačky), čím možno dosiahnuť malý (resp. nulový) pokles krútiaceho momentu na hriadeli aktuátora proti počiatočnému a tým aj náležitú a symetrickú tuhosť aktuátora. Navrhované technické riešenie predpokladá použitie oválnej vačky s ľubovoľným povrchom, t. j. ozubenej pre reťazové alebo ozubené pásové prevody, prípadne hladkým 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 6388 VI

Príklady uskutočnenia

Na obr. 1 a obr. 2 je znázornený príklad uskutočnenia technického riešenia. Znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia. Aktuátor s umelými svalmi — V. je tvorený základovou doskou 1 s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi 2, ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá Π.. Cez ne je vsunutý hriadeľ 3 pevne spojený s oválnou vačkou 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.

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).

NÁROKY NA OCHRANU

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 oválnou vačkou (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).