SK6547Y1 - Actuator with serially connected artificial muscles - I. - Google Patents

Actuator with serially connected artificial muscles - I. Download PDF

Info

Publication number
SK6547Y1
SK6547Y1 SK50105-2012U SK501052012U SK6547Y1 SK 6547 Y1 SK6547 Y1 SK 6547Y1 SK 501052012 U SK501052012 U SK 501052012U SK 6547 Y1 SK6547 Y1 SK 6547Y1
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
artificial muscles
actuator
muscles
artificial
shaft
Prior art date
Application number
SK50105-2012U
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK501052012U1 (en
Inventor
Jan Pitel
Milan Balara
Jana Mizakova
Alena Vagaska
Original Assignee
Univ Tech Kosiciach
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 Univ Tech Kosiciach filed Critical Univ Tech Kosiciach
Priority to SK50105-2012U priority Critical patent/SK6547Y1/en
Publication of SK501052012U1 publication Critical patent/SK501052012U1/en
Publication of SK6547Y1 publication Critical patent/SK6547Y1/en

Links

Abstract

Actuator with serially connected muscles - I. consists of a base plate (1) with firmly attached two pillars (2), which are firmly attached bearing housings (3). Through them is inserted the drive shaft (21) fixedly connected to the driving roller (15). Artificial muscles (6), and (36) are attached by one end to the front support (4) by means of clips (14), while the opposite ends artificial muscles (6), and (36) are connected to artificial muscles (16) and (36) flexible strips (10) and (11). They are strung on the rollers (5), and (25), which are slid on the shaft (7) pulleys, installed in the rear holders (18) linked to the pillars (2). Other end of the artificial muscles (16) and (26) are connected with a flexible drive belt (13) strung to the drive roller (15) attached to the main drive shaft (21), which is fixed to the plug-in type hub arm (12) actuator, connected to the arm (8) and this is associated with a load (9).

Description

Oblasť technikyTechnical field

Technické riešenie sa týka aktuátora s umelými svalmi v sériovom zapojení. 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 concerns an actuator with artificial muscles in series connection. 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 pneumatických umelých svalov sú riešené ako mechanické sústavy s dvoma pevne ukotvenými umelými svalmi, ktoré sú spojené opačnými koncami 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 krútiacich momentov medzi umelými svalmi. Rozsah takto nadobudnutých pootočení je daný polomerom kladky a rozsahom kontrakcie umelých svalov. Kontrakcia umelého svalu je priamo úmerná jeho dĺžke. Pri potrebách väčších rozsahov pootočenia hriadeľa aktuátora je nutné používať pomerne dlhé umelé svaly. To predlžuje celkovú dĺžku aktuátora na neúmerný a niekedy až nevhodný rozmer, čo môže obmedziť použiteľnosť takého aktuátora v daných pracovných podmienkach.Current rotary motion generating devices using pneumatic artificial muscles are designed as mechanical systems with two rigidly anchored artificial muscles that are connected by opposite ends of the flexural belt. This belt is threaded onto the circumference of the rotary roller which is slid onto the actuator shaft and is supported by bearings 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. The actuator function is such that the initial position of the arm is adjusted by filling both pneumatic 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 a reference (starting) 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 displacement of the flexible belt and at the same time the rolling of the circular pulley accompanied by the rotation of the shaft. Thus, by varying the pressure in one artificial muscle at a constant pressure in the other artificial muscle, any position within a given range and direction can be achieved. When changing the controlled artificial muscle, the deflections are achieved in the opposite direction with an unchanged range. Each rotation of the shaft (caused by the loss of a certain volume of air from the respective artificial muscle) is given by the equality of torques between the artificial muscles. The extent of rotation thus obtained is determined by the radius of the pulley and the extent of contraction of the artificial muscles. The contraction of artificial muscle is directly proportional to its length. Relatively long artificial muscles must be used for larger actuator shaft rotation ranges. This extends the overall length of the actuator to a disproportionate and sometimes inappropriate dimension, which may limit the applicability of the actuator to the working conditions.

Podstata technického riešeniaThe essence of the technical solution

Uvedený nedostatok odstraňuje navrhované technické riešenie, ktorého podstata spočíva v tom, že vychádza z koncepcie vytvárania uhlovej výchylky polohy (pootočenia) hnacieho hriadeľa aktuátora pomocou aplikácie dvoch dvojíc následne (sériovo) spojených umelých svalov. Každá dvojica nahradzuje pôvodný dlhý umelý sval požadovaného výkonu a kontrakcie. Geometrické usporiadanie týchto dvoch dvojíc umožňuje vytvoriť aktuátor, ktorý je takmer o polovicu kratší ako aktuátor iba s dvoma dlhými umelými svalmi. Jeden z umelých svalov v každej dvojici je jedným koncom prichytený k predným držiakom, opačné konce sú v každej dvojici prepojené ohybným pásom s druhým umelým svalom dvojice. Tento pás je v každej dvojici navlečený na príslušnú kladku, ktorá je nasunutá do zadného držiaka a do obidvoch kladiek je nasunutý príslušný hriadeľ kladky. Druhý umelý sval v dvojici je opačným koncom spojený s k nemu zodpovedajúcim svalom ďalšej dvojice umelých svalov hnacím ohybným pásom. Hnací ohybný pás súčasne dolieha na kladku hriadeľa aktuátora. Tento hriadeľ je nasunutý do ložiskových puzdier aktuátora. Na hriadeľ je súčasne pripojený náboj ramena aktuátora spojený s ramenom, na ktorom je pripojená záťaž.This drawback removes the proposed technical solution, which is based on the concept of creating angular displacement of the actuator drive shaft by applying two pairs of consecutive (serially) connected artificial muscles. Each pair replaces the original long artificial muscle of the required performance and contraction. The geometrical arrangement of the two pairs makes it possible to create an actuator that is almost half shorter than an actuator with only two long artificial muscles. One of the artificial muscles in each pair is attached with one end to the front brackets, the opposite ends are connected in each pair by a flexible belt with the other artificial muscle of the pair. This belt is in each pair threaded onto a respective pulley which is slid into the rear holder and the respective pulley shaft is slid into both pulleys. The second artificial muscle in the pair is connected to the corresponding muscle of another pair of artificial muscles in the opposite end by a driving flexural band. At the same time, the driving flexible belt abuts the actuator shaft pulley. This shaft is slid into the actuator bearing bushes. At the same time, the actuator arm hub is connected to the shaft to which the load is attached.

Každá dvojica umelých svalov nahradzujúca dlhý umelý sval požadovaného výkonu a kontrakcie má umelé svaly usporiadané následne spojené ohybným pásom cez príslušnú kladku, pričom pri nezmenenej sile dochádza ku sčítaniu veľkostí ich kontrakcií. Obidve dvojice umelých svalov sú v aktuátore proti sebe antagonistický usporiadané. Takýto aktuátor má dvojnásobne väčšie rozpätie dosahovaných uhlových výchyliek ako aktuátor iba s dvoma tými istými umelými svalmi toho istého typu. Kladky obidvoch dvojíc umelých svalov slúžia okrem sčítania kontrakcií jednotlivých umelých svalov aj ku vyrovnávaniu krátkodobých nerovnomemostí 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. Uvedená podmienka platí pri riadení pohybu hriadeľa aktuátora v príslušnom smere pomocou jedného riadiaceho signálu pre dvojicu. V prípade napájania každého umelého svalu v každej dvojici umelých svalov z osobitného elektropneumatického ventila, t. j. dvoma nezávislými signálmi, bude výsledná poloha hriadeľa aktuátora proporcionálna súčtu týchto signálov.Each pair of artificial muscles replacing the long artificial muscle of the desired power and contraction has the artificial muscles arranged sequentially connected by a flexural belt through the respective pulley, with the unchanged force adding up the magnitude of their contractions. The two pairs of artificial muscles are arranged antagonistically in the actuator. Such an actuator has twice the range of angular deflection achieved than an actuator with only two of the same artificial muscles of the same type. The pulleys of both pairs of artificial muscles serve, in addition to summing the contractions of individual artificial muscles, also to compensate for short-term inequalities of movements and strokes between individual artificial muscles. This may be due to individual material and dimensional differences between individual muscles. It is also necessary that each pair of artificial muscles be fed by a pressure medium from a common electro-pneumatic valve and that the inlets between the artificial muscles and the electro-pneumatic valve have the same length. The same applies to the discharge electropneumatic valve and its inlets. The above condition applies when controlling the movement of the actuator shaft in the respective direction by means of one control signal per pair. In the case of feeding each artificial muscle in each pair of artificial muscles from a separate electro-pneumatic valve, i. j. two independent signals, the resulting position of the actuator shaft will be proportional to the sum of these signals.

SK 6547 Υ1SK 6547 Υ1

Obidve dvojice sériovo spojených umelých svalov môžu byť nainštalované tak, že roviny ich kladiek sú proti rovine hnacej kladky rovnobežné (umelé svaly v dvojici sú nad sebou) alebo tak, že tieto roviny sú na seba kolmé (umelé svaly v dvojici sú vedľa seba).The two pairs of serially connected artificial muscles may be installed so that the planes of their pulleys are parallel to the plane of the driving pulley (the artificial muscles in the pair are above each other) or so that these planes are perpendicular to each other (the artificial muscles in the pair are side by side).

Navrhované technické riešenie predpokladá použitie kladiek a hnacej kladky s ľubovoľným povrchom, t. j. ozubeným pre reťazové alebo ozubené pásové prevody, prípadne hladkým pre ploché, klinové remene, pre lanko vody a pod. Hlavnou výhodou navrhovaného riešenia je možnosť vytvárať aktuátory s dvojnásobným rozsahom maximálnej uhlovej výchylky pootočenia hnacieho hriadeľa aktuátora pri polovičnej dĺžke aktuátora.The proposed technical solution envisages the use of pulleys and a drive pulley with any surface, i. j. toothed for chain or toothed belt gears, eventually smooth for flat, V-belts, water cable and the like. The main advantage of the proposed solution is the possibility to create actuators with twice the range of maximum angular displacement of the actuator drive shaft at half the length of the actuator.

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.

Príklady uskutočneniaEXAMPLES

Na obr. 1 a obr. 2 je znázornený príklad uskutočnenia technického riešenia. Znázorňuje celkové usporiadanie funkčných častí zariadenia. Aktuátor so sériovo spojenými umelými svalmi -I. je tvorený základovou doskou 1 s pevne pripojenými dvomi stĺpikmi 2, ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá 3. Cez ne je vsunutý hnací hriadeľ 21 pevne spojený s hnacou kladkou 15, na ktorej je navlečený ohybný pás 13, ktorého konce sú spojené s umelými svalmi 16 a 26. Umelé svaly 6 a 36 sú jedným koncom prichytené k predným držiakom 4 prostredníctvom príchytiek 14. Opačné konce umelých svalov 6 a 36 sú pripojené k umelým svalom 16 a 26 ohybnými pásmi 10 a 11, ktoré sú navlečené na príslušné kladky 5 a 25. Kladky 5 a 25 sú nasunuté na hriadele 7 kladiek, ktoré sú umiestnené v zadných držiakoch 18 spojených so stĺpikmi 2. Opačné konce umelých svalov 16 a 26 sú spojené hnacím ohybným pásom 13 navlečeným na hnaciu kladku 15, ktorá je pevne spojená s hriadeľom 21 aktuátora. Tento hriadeľ 21 je nasunutý do ložiskových puzdier aktuátora 3. Na hriadeľ 21 je súčasne pripojený náboj ramena 12 aktuátora 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 serially connected artificial muscles -I. it consists of a base plate 1 with two columns 2 fixedly connected to which the bearing bushes 3 are fixedly connected. A drive shaft 21 is fixedly connected thereto with a drive pulley 15, on which a flexible belt 13, the ends of which are connected to artificial muscles 16 and 26. The artificial muscles 6 and 36 are attached to the front brackets 4 by one end via clips 14. Opposite ends of the artificial muscles 6 and 36 are connected to the artificial muscles 16 and 26 by flexible bands 10 and 11 which are threaded onto respective pulleys 5 and 16. 25. The pulleys 5 and 25 are slid onto the pulley shafts 7, which are located in the rear brackets 18 connected to the posts 2. Opposite ends of the artificial muscles 16 and 26 are connected by a drive bending band 13 fitted to a drive pulley 15 which is fixedly connected to the shaft. 21 actuator. This shaft 21 is slid into the bearing bushes of the actuator 3. A shaft of the actuator arm 12 connected to the arm 8 is connected to the shaft 21 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 aj 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 also be mechanically interconnected into more complex units (eg in robotics).

Claims (1)

NÁROKY NA OCHRANUPROTECTION REQUIREMENTS Aktuátor so sériovo spojenými umelými svalmi, vyznačujúci sa tým, že je tvorený základovou doskou (1) s pevne pripojenými dvoma stĺpikmi (2), ku ktorým sú pevne pripojené ložiskové puzdrá (3), cez neje vsunutý hnací hriadeľ (21) pevne spojený s hnacou kladkou (15), pričom umelé svaly (6) a (36) sú jedným koncom prichytené k predným držiakom (4) prostredníctvom príchytiek (14) a súčasne opačné konce umelých svalov (6) a (36) sú pripojené k umelým svalom (16) a (26) ohybnými pásmi (10) a (11), ktoré sú navlečené na príslušné kladky (5) a (25) nasunuté na hriadele (7) kladiek umiestnené v zadných držiakoch (18) spojených so stĺpikmi (2) a zároveň opačné konce umelých svalov (16) a (26) sú spojené hnacím ohybným pásom (13) navlečeným na hnaciu kladku (15) pevne spojenú s hnacím hriadeľom (21), na ktorý je pevne nasunutý náboj ramena (12) aktuátora spojený s ramenom (8) a to je spojené so záťažou (9).Actuator with serially connected artificial muscles, characterized in that it consists of a base plate (1) with fixedly connected two columns (2), to which bearing bushes (3) are fixedly connected, through which drive shaft (21) firmly connected with a drive pulley (15), wherein the artificial muscles (6) and (36) are attached to the front brackets (4) by one end via clips (14) and at the same time the opposite ends of the artificial muscles (6) and (36) are connected to the artificial muscles ( 16) and (26) flexible belts (10) and (11) which are slid onto respective pulleys (5) and (25) slid onto the pulley shafts (7) located in the rear brackets (18) connected to the posts (2) and at the same time, the opposite ends of the artificial muscles (16) and (26) are connected by a drive bending band (13) threaded onto a drive pulley (15) firmly connected to a drive shaft (21) to which the actuator arm hub (12) is rigidly connected to the arm (8) and this is associated with the burden (9).
SK50105-2012U 2012-11-15 2012-11-15 Actuator with serially connected artificial muscles - I. SK6547Y1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50105-2012U SK6547Y1 (en) 2012-11-15 2012-11-15 Actuator with serially connected artificial muscles - I.

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK50105-2012U SK6547Y1 (en) 2012-11-15 2012-11-15 Actuator with serially connected artificial muscles - I.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK501052012U1 SK501052012U1 (en) 2013-04-03
SK6547Y1 true SK6547Y1 (en) 2013-10-02

Family

ID=47988409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50105-2012U SK6547Y1 (en) 2012-11-15 2012-11-15 Actuator with serially connected artificial muscles - I.

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK6547Y1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11731269B1 (en) 2022-02-01 2023-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial muscles comprising an electrode pair and a clamping device for compressing the electrode pair

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11731269B1 (en) 2022-02-01 2023-08-22 Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. Artificial muscles comprising an electrode pair and a clamping device for compressing the electrode pair

Also Published As

Publication number Publication date
SK501052012U1 (en) 2013-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE419421B (en) RESIDENTIAL ARM IN SPECIAL ROBOT ARM
CN102485442B (en) Flexible gripping device
EP2009711A3 (en) Drive device and image stabilizer
EP2014252A3 (en) Manipulator and manipulation device equipped with it
SK6547Y1 (en) Actuator with serially connected artificial muscles - I.
ES2480065T3 (en) Transmission with rotary to linear conversion
SK500372013A3 (en) Actuator connected in parallel with artificial muscles - I.
SK6541Y1 (en) ctuator with parallel artificial muscles involved - I.
SK288299B6 (en) Actuator with serially attached muscles
JP2012184850A (en) Actuator device and robot device using the same
SK542011A3 (en) Actuator with artificial muscles - III.
US3828615A (en) Roller band actuator
SK6209Y1 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
SK288196B6 (en) Actuator with artificial muscles - IV.
SK1872011U1 (en) Actuator with artificial muscles - III
SK7214Y1 (en) Actuator with artificial muscles
SK288296B6 (en) Actuator with artificial muscles
FR3065164B1 (en) MODULE FOR TRAINING OF LONG-LASTING MEDICAL ORGANS
SK501252014U1 (en) Actuator with artificial muscles
PL2014490T3 (en) Rotating control assembly with double cable
SK500072016A3 (en) Actuators with artificial muscles
SK1162012U1 (en) Actuator with artificial muscles - VI.
CN205111880U (en) Crooked robot arm device of flexible pole spiral drive qxcomm technology
SK6388Y1 (en) Actuator with artificial muscles - V.
SK288194B6 (en) Actuator with artificial muscles - II.