ИСКУССТВЕННАЯ МЫШЦА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2009 года по МПК A61F2/50 A61F2/72 A61F2/08 B25J17/02 

Изобретение относится к управляемым приводам для преобразования электрической энергии в механическую и может быть использовано в машиностроении, робототехнике, медицине, например для создания протезов конечностей.

По описанию изобретения к авторскому свидетельству СССР №1602742 известна «Искусственная мышца», содержащая эластичную оболочку, образующую полость, заполненную рабочей средой, снабженная жесткими перегородками, закрепленными на оболочке, генераторами механических колебаний, установленными на перегородках, электродами, расположенными в полости оболочки, источником постоянного напряжения, двумя источниками переменного напряжения, работающими в противофазе, коммутирующим элементом.

Недостатками известного устройства являются:

- Сложность конструкции;

- Недостаточная надежность;

- Высокая энергоемкость.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является выбранный в качестве прототипа, известный по описанию изобретения к авторскому свидетельству СССР №901611 «Электрогидравлический привод Козлова А.А.», содержащий камеры с эластичными стенками, заполненными жидким ферромагнетиком, снабженные электрическими обмотками, состоящими из последовательно включенных катушек индуктивности.

Недостатками известного устройства являются:

- Невысокая надежность устройства, поскольку в нем необходимо применять камеры с большим сечением, при этом выход из строя одной камеры существенно отражается на работоспособности электрогидравлического привода;

- Высокая энергоемкость, поскольку для создания магнитного поля, необходимого для обеспечения растяжения и сжатия камер большого сечения, необходимы большие токи;

- Большие размеры и масса устройства;

- Известное устройство не может создавать усилия с высокой частотой сокращений.

Техническим результатом заявленного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности, снижение энергоемкости, расширение эксплуатационных возможностей устройства, уменьшение размеров и массы.

Технический результат изобретения достигается тем, что в искусственной мышце, содержащей камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки, согласно первого варианта изобретения камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы, заключены в полую эластичную оболочку, имеющую форму удлиненного эллипсоида, и расположены вдоль нее.

Электропроводные обмотки камер соединены между собой параллельно и запитаны от электрического кабеля, расположенного внутри эластичной оболочки.

Технический результат изобретения достигается тем, что в искусственной мышце, содержащей камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки, согласно второго варианта изобретения, камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы и заключены в по меньшей мере две эластичные оболочки, заключенные одна в другую с зазором между ними и имеющие форму удлиненных эллипсоидов, при этом в каждой из оболочек камеры расположены вдоль них.

Электропроводные обмотки камер соединены между собой параллельно и запитаны от электрических кабелей, расположенных внутри каждой из эластичных оболочек.

По своему устройству и функциональным возможностям изобретение приближено к живой мышце, что позволяет расширить область применения устройства и использовать его, например, при производстве протезов конечностей.

Внутри оболочки искусственной мышцы расположено множество камер с диаметром поперечного сечения от 0,5 до 5 мм. Малое сечение камер позволяет сделать устройство компактным.

Камеры под воздействием магнитного поля, возникающего при прохождении по обмоткам электрического тока, одновременно растягиваются до геометрически заданной тороидальной формы, при этом создается совокупное давление на эластичную оболочку. За счет диаметра поперечного сечения и размеров торообразных камер величина этого растяжения небольшая, что позволяет увеличить быстродействие устройства.

Расположение внутри оболочки множества камер с обмотками, параллельно соединенных с кабелем, проложенным внутри каждой оболочки, позволяет повысить надежность искусственной мышцы, поскольку при небольшом диаметре поперечного сечения камер создаваемое в каждой из них давление ферромагнитного вещества небольшое и исключает возможность прорыва оболочки камеры.

Поскольку «Искусственная мышца» создает усилие при одновременном растяжении всех камер, давящих на эластичную оболочку, выход из строя одной или нескольких камер существенно не повлияет на общую работоспособность устройства.

Небольшой диаметр поперечного сечения камер - от 0,5 до 5 мм позволяет использовать для работы устройства малые токи, что значительно снижает энергоемкость и делает устройство безопасным.

Наличие, согласно второго варианта изобретения, по меньшей мере, двух расположенных одна внутри другой полых эластичных оболочек, внутри каждой из которых расположено множество камер торообразной формы, повышает усилие, создаваемое устройством, и позволяет регулировать усилие за счет подачи тока либо на один слой камер, либо на оба слоя вместе.

Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами:

На фиг.1 изображен продольный разрез «Искусственной мышцы», выполненной по первому варианту;

На фиг.2 изображен продольный разрез «Искусственной мышцы», выполненной по второму варианту.

В искусственной мышце, содержащей камеры 1 с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки 2, выполненной по первому варианту, камеры 1 с эластичными стенками выполнены торообразной формы, заключены в полую эластичную оболочку 3, имеющую форму удлиненного эллипсоида, и расположены вдоль нее.

Электропроводные обмотки 2 камер 1 соединены между собой параллельно и запитаны от электрического кабеля 4, расположенного внутри эластичной оболочки 3.

В искусственной мышце, содержащей камеры 1 с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки 2, выполненной по второму варианту, камеры 1 с эластичными стенками выполнены торообразной формы и заключены в по меньшей мере две эластичные оболочки 3, заключенные одна в другую с зазором между ними и имеющие форму удлиненных эллипсоидов, при этом в каждой из оболочек 3 камеры 1 расположены вдоль них.

Электропроводные обмотки 2 камер 1 соединены между собой параллельно и запитаны от электрических кабелей 4, расположенных внутри каждой из эластичных оболочек 3. Электрический кабель 4, расположенный внутри наружной эластичной оболочки 3, на чертеже не показан.

Расположенные внутри оболочки искусственной мышцы, выполненной по первому и второму вариантам изобретения, камеры под воздействием магнитного поля, возникающего при прохождении по обмоткам электрического тока, одновременно растягиваются и принимают геометрически заданную тороидальную форму, при этом камеры передают давление на оболочку, которая в свою очередь растягивается в ширину и сжимается в продольном направлении, создавая усилие.

Расположенные внутри оболочки искусственной мышцы, выполненной по второму варианту, камеры торообразной формы первого слоя и второго слоя под воздействием магнитного поля, возникающего при прохождении по обмоткам электрического тока, одновременно растягиваются, создавая совокупное усилие, при подаче тока на один из слоев усилие создает только соответствующий слой.

Изобретение относится к управляемым приводам для преобразования электрической энергии в механическую и может быть использовано в машиностроении, робототехнике, медицине для создания протезов конечностей. Искусственная мышца содержит камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки. Согласно первого варианта, камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы, заключены в полую эластичную оболочку, имеющую форму удлиненного эллипсоида, и расположены вдоль нее. Согласно второго варианта, камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы и заключены в по меньшей мере две эластичные оболочки, заключенные одна в другую с зазором между ними и имеющие форму удлиненных эллипсоидов, при этом в каждой из оболочек камеры расположены вдоль них. Использование изобретения позволяет повысить надежность, снизить энергоемкость, расширить эксплуатационные возможности устройства, уменьшить его размеры и массу. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Искусственная мышца, содержащая камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки, отличающаяся тем, что камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы, заключены в полую эластичную оболочку, имеющую форму удлиненного эллипсоида, и расположены вдоль нее.

2. Искусственная мышца по п.1, отличающаяся тем, что электропроводные обмотки камер соединены между собой параллельно и запитаны от электрического кабеля, расположенного внутри эластичной оболочки.

3. Искусственная мышца, содержащая камеры с эластичными стенками, заполненные с возможностью формирования давления на стенки веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки, отличающаяся тем, что камеры с эластичными стенками выполнены торообразной формы и заключены в по меньшей мере две эластичные оболочки заключенные одна в другую с зазором между ними и имеющие форму удлиненных эллипсоидов, при этом в каждой из оболочек камеры расположены вдоль них.

4. Искусственная мышца по п.3, отличающаяся тем, что электропроводные обмотки камер соединены между собой параллельно и запитаны от электрических кабелей, расположенных внутри каждой из эластичных оболочек.