Электрическое двигательное устройство Советский патент 1991 года по МПК H02N11/00 

Изобретение относится к волновым электродвигателям, а также электродвигателям немагнитного типа.

Известен волновой электродвигатель, содержащий статор с обмоткой, а также гибкий ротор, имеющий жесткий магнитопро- вод, ферромагнитную жидкость и гибкую оболочку.

Недостатками известного устройства являются узкие функциональные возможности (т.е. известный двигатель может только реализовывать вращательное движение ротора вокруг вала), отсутствие высокой маневренности в пространстве (т.е.

отсутствие возможности перемещения различных пространственных положениях и направлениях), а также существенный вес и габариты (так как известный электродвигатель магнитный, т.е. обязательно содержит тяжелые элементы - ферромагнетики).

Известен немагнитный электродвигатель, содержащий диэлектрический статор (основу) с электродами, диэлектрический ротор, а также рабочую жидкость между статором и ротором.

Недостатками известного двигателя являются узкие функциональные возможноО

о

VI

Ю GJ

ел

сти (т.е. известный двигатель может только вращать свой ротор вокруг оси вала), отсутствие высокой маневренности (т.е. возможности перемещения в различных пространственных направлениях), невысо- кая герметичность конструкции (так как жидкость помещена между статором и вращающимся ротором, у которого вал должен выходить наружу), а также невысокий момент (невысокая тяга) и невозможность ре- гулировки скорости путем изменения частоты питания,

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение маневренности, повышение герметичности конструкции, повышение тяги, а также обеспечение регулировки скорости путем изменения частоты питания.

Для достижения цели предлагаемое немагнитное двигательное устройство содержит первый двигательный модуль, который имеет диэлектрическую немагнитную основу с электродами, а также электрореологическую жидкость.

В двигательном модуле диэлектриче- екая немагнитная осн.ова выполнена линейной и гибкой, в виде гибкой трубки, имеющей внутренний сквозной продольный канал, а электроды выполнены в виде чередующихся проводников, расположен- ных на внешнем слое гибкой трубки основы и соединенных с ней, на гибкую трубку основы с электродами надета гибкая немагнитная оболочка, электрореологйческая жидкость помещена мажду гибкой оболоч- кой и гибкой трубкой основы с электродами, а также во внутреннем сквозном продольном канале гибкой трубки основы, электроды подключены к фазовращающему устройству.

Электроды на гибкой трубке основы могут быть выполнены либо в виде кольцевых проводников вокруг гибкой основы, либо в виде винтовых проводников, навитых вокруг гибкой основы, либо в виде секторных проводников по внешней поверхности сечения вокруг гибкой основы.

Двигательный модуль устройства может иметь торцовые разъемы, прикрепленные к гибкой оболочке у торцов трубки основы.

К одному торцовому разъему может быть прикреплен датчик, а к другому торцовому разъему модуля может быть подсоеди- нен кабель, соединяющий модуль с источником питания в виде фазовращающе- гося устройства.

В двигательное устройство могут быть введены дополнительные двигательные модули, выполненные, как и первый двига

тельный модуль, которые расположены параллельно и соединены с первым двигательным модулем.

Двигательные модули могут быть соединены друг с другом либо посредством гибкой застежки типа молния, либо посредством торцовых пластин, соединенных с торцовыми разъемами двигательных модулей.

В двигательное устройство,иожет быть введена дополнительная трубка, при этом двигательный модуль может быть помещен внутрь дополнительной трубки, а дополнительная трубка может быть установлена на одном из звеньев кинематической пары, с другим из звеньев которой может быть соединен конец двигательного модуля.

Кинематическая пара с двигательным модулем и дополнительной трубкой может быть выполнена шарнирной.

На двигательный модуль может быть надета дополнительная гибкая оболочка в виде гибкой трубки, открытой с обоих торцов, между двигательным модулем и дополнительной гибкой оболочкой может быть помещена жидкая среда.

На фиг. 1 показан двигательный модуль предлагаемого двигательного устройства, общий вид; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез (круглый вариант выполнения; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез (некруглый вариант выполнения); на фиг. 4 - часть двигательного модуля с условно разрезанной оболочкой (первый вариант выполнения электродов); на фиг. 5 - то же, второй вариант выполнения электродов; на фиг. 6 - третий вариант выполнения электродов; на фиг. 7 - двигательный модуль, поперечный разрез (третий вариант выполнения электродов); на фиг. 8 - предлагаемое двигательное устройство, первый ползучий маневренный вариант, общий вид; на фиг, 9 - то же, вид сбоку; на фиг. 10 - предлагаемое двигательное устройство, второй ползучий маневренный вариант, вид сбоку; на фиг. 11 - то же, общий вид; на фиг. 12 - предлагаемое двигательное устройство, вариант с последовательным соединением модулей; на фиг. 13-тоже, вариант привода возвратно-поступательной пары робота; на фиг. 14 - то же, первый вариант привода шарнирной пары робота; на фиг. 15 - то же, второй вариант привода шарнирной пары робота; на фиг. 16 и 17 - то же, варианты привода объемной шарнирной пары робота; на фиг. 18 - прелагаемое двигательное устройство, вариант насоса; на фиг. 19 - часть предлагаемого двигательного устройства, вариант насоса с условно разрезанной -дополнительной оболочкой; на

фиг. 20 - электрическая схема питания электродов модуля двигательного устройства.

Предлагаемое немагнитное электрическое двигательное устройство является многофункциональным двигательным устройством и может использоваться во множестве вариантов (модификаций).

Предлагаемое двигательное устройство базируется на двигательном модуле (фиг. 1) и в простейшем ползучем варианте может содержать один двигательный модуль- червь (фиг. 1).

Двигательный модуль-червь (фиг. 1-7) содержит гибкую оболочку 1 (в виде, например, гибкого чулка, трубки или колбасы), внутри которой помещена гибкая основа 2 в виде гибкой трубки из немагнитного и диэлектрического материала. Гибкая трубка-основа 2 имеет проводниковые электроды 3 на ее внешней поверхности, а также сквозной продольный канал 4 (фиг. 2-7), Между гибкой оболочкой 1 и гибкой трубкой-основой 2 с электродами 3, а также в продольном канале 4 помещена электрореологическая жидкость 5. Жидкость 5 в канале 4 сообщается с жидкостью 5 между оболочкой 1 и основой 2 посредством радиальных каналов у торцов трубки-основы 2. Гибкая трубка-основа 2 делается у торцов зазубренной (зубчатой или с равными краями) и засасывается внутрь оболочки 1, впадины между зубцами (или выступами) у торцов трубки-основы 2 обеспечивают сообщение жидкости 5 в канале 4 и между основой 2 и облочкой 1.

Электрореологическая жидкость 5 или смесь представляет собой известное вещество, состоящее, например, из диэлектрической жидкости и твердого вещества (керосина и стеклянного порошка или зерен кукурузного крахмала) обладающее уникальным свойством: в электрическом поле объем становится больше, она как бы вспухает, утолщается или увеличивается ее плотность, если она находится в замкнутом сосуде.

Электроды 3 на внешней поверхности трубки-основы 2 можно наносить как напылением металла, так и его осаждением. Можно электроды 3 впечатывать или наклеивать на основу 2. Электроды 3 можно выполнять на поверхности основы 2 тремя вариантами (фиг. 4-7). По первому варианту (фиг. 4) электроды 3 имеют вид простых проводниковых колец на поверхности трубчатой основы 2. Кольца-электроды 3 (фиг. 4) электрически могут соединяться в группы и питаться посредством соединительных проводков, проведенных через тело трубки-основы 2 (фиг. 2 или 3) и через канал 4. По второму варианту (фиг. 5) электроды 3 могут быть винтовыми проводниками, навитыми на трубку-основу 2. В простейшем случае. 5 электроды 3 - это многозаходный проводниковый винт на гибкой трубке-основе 2 (его можно легко изготовить, например, из проволоки, ленты или напылением). Вариант по фиг. 5 наиболее технологичен и прост (т.е. 0 по-просту гибкая трубка-основа 2 обматывается гибким многозаходным винтом из проводящей ленты, фольги или проволоки, .можно применить и напыление). По третьему варианту (фиг. 6 и 7) электроды 3 выпол5 няются в виде секторных проводящих участков на внешней поверхности трубки- основы 2, Секторные электроды могут соединяться в группы и к источнику питания проводками в теле основы 2 или через канал

0 4 (фиг. 7) во всех вариантах. Изготовление трубки-основы 2 с электроламп 3 очень просто (не сложнее производства обыкновенного многослойного куска кабеля).

Трубчатая гибкая основа 2 с электрода5 ми 3 выполняется менее гибкой, чем более тонкая гибкая оболочка 1 (фиг. 2, 3 и 7). Материал для основы 2 можно выбирать из полимеров, резины и т.п. В качестве тонкой гибкой или эластичной оболочки 1 целесооб0 разно применять тонкие резиновые или полимерные пленки. Например, очень удобны полимерные или резиновые пленки, ко- торы е идут на изготовление детских воздушных шаров или хирургических перча5 ток, они очень хорошо деформируются (эластичны). Внешняя поверхность оболочки 1 может быть гладкой, шероховатой, рифленой или с зубчиками (фиг. 3). Можно применять тонкую оболочку 1 чисто диэлектрическую

0 илм с резистивным слоем. Двигательный модуль может быть круглого сечения (фиг. 2) или некруглого (фиг. 3 и 7). Основу 2 с торцов можно соединять с оболочкой 1. В.двигательном модуле (фиг. 1) уста5 новлены также торцовые разъемы б и 7, которые крепятся к гибкой оболочке 1 с торцов. Торцовые разьемы 6 и 7 могут быть выполнены аналогично широко известными разъемам кабелей и приборов, т.е. каж0 дый разъем может иметь контакты-штыри или отверстия и снаружи иметь винтовую нарезку или гайку.

К одному разъему 6 (фиг. 1) модуля может подсоединяться датчик 8, а к другому

5 разъему 7 модуля - разъем 9 кабеля 10. Кабель 10 (из гибких проводов) подключается к источнику питания или управления модулем, который может быть выполнен в виде фазовращающего устройства 11, питающего электроды 3 (фиг. 20), можно использовать распределители (коммутаторы) или сеть многофазного напряжения (например, на 220 В).

В качестве датчика 8 (фиг. 1) можно использовать самые различные датчики: оптические, магнитные, контактные (путевые) акустически, а также миниатюрные телекамеры.

Двигательный модуль (фиг. 1, 2-7) весьма прост, а изготовление его не сложнее изготовления куска обычного многослойного кабеля. Одним из существенных элементов модуля является электрореологическая жидкость 5.

Модуль (фиг.1) работает следующим образом.

При подаче на электроды 3 (фиг, 4-6) многофазного питания (от источника или распределителя 11, фиг. 20) данные электроды 3 создают бегущее вдоль модуля электрическое поле. Так, можно запитывать последовательно как по одному, так и по несколько электродов 3 одновременно, продвигая запитывание (а следовательно и поле) вдоль трубки-основы 2. В частности, удобно запитывать раз.нополярно каждый раз по два соседних электрода 3, продвигая по питанию каждую такую пару вдоль трубки-основы 2. При создании электрических полей у электрода 3 (или их зарядов) электрореологическая жидкость 5 (фиг. 2-7) у за- пигываемых электродов 3 вспучивается и прогибает тонкую оболочку 1. Соответственно, у запитываемых электродов 3 возникает вспученность (или пучность) оболочки 1. Вследствие того, что запитка электродов 3 и электрическое поле бежит вдоль модуля (фиг. 1), то и пучности оболочки 1 также перемещаются вдоль того же модуля. Гибкий модуль (фиг, 1) как дождевой червь волнообразными движениями (или перистальтикой) продвигается вперед.

Вследствие большой гибкости и объемной перистальтики (фиг, 1) электрический червь может проползать сквозь любые извилистые каналы и трубы, Каналы и трубы, по которым может передвигаться червь-модуль (фиг. 1), могут располагаться как в плоскости, так и в трехмерном пространстве. Способность гибкого червя-модуля (фиг. 1) проползать через извилистые трубы и каналы говорит о его широких функциональных возможностях (как двигательного устройства) и о его существенной маневренности. Волновое передвижение или перистальтика позволяет добиваться существенной тяги. Двигательные модули (фиг, 1) удобно применять для исследований трубопроводов и закрытых каналов. Полезная информация

снимается с датчика 8. Кроме того, двигательный модуль-червь (фиг. 1) удобно применять и для прокладки через извилистые каналы проводов. В последнем случае прокладываемый провод или кабель цепляется своим концом к разъему 9 (параллельно кабелю 10 питания), и модуль-червь (фиг. 1) тащит его за собой.

Центральный канал 4 (фиг. 2,3 и 7) в теле

0 червя обязателен. Это объясняется тем, что гибкая оболочка 1, волнообразно деформируясь, подобно способствует перекачиванию электрореологической жидкости 5 к одному из торцов модуля, поэтому для сво5 бодной циркуляции жидкости 5 в теле червя нужен обратный канал 4. Это обеспечивает работоспособность модуля. Весь двигательный узел (фиг, 2, 3 и 1) очень герметичен, он надежно прикрыт со всех сторон оболочкой

0 1, т.е. обеспечивается герметичность конструкции в трехмерном пространстве.

При работе модуля (фиг. 1) его скорость передвижения регулируется частотой коммутации электродов 3 (т.е. отработка скорости

5 обеспечивается очень помехоустойчивым сигналом с частотной модуляцией). Реверс обеспечивается изменением направления бега поля, т.е. также с помощью устройства 11 (или распределителя). Реверсивность мо0 дуля (фиг. 1) повышает его маневренность.

Следующим вариантом устройства яв, ляется ползучий маневренный вариант, который отличается еще большей

маневренностью, чем вариант по фиг. 1.

5 Так, если вариант по фиг. 1 может ползать по извилистым каналам, которые для него являются направляющими, то вариант по фиг. 8 и 9 может ползать и свободно маневрировать на любой поверхности. Данный

0 (маневрененный) вариант содержит три одинаковых червя-модуля 12-14, которые соединены продольно друг с другом посредством гибких застежек 15 типа молния. Концевые разъемы соединяются проводами или

5 кабелем 10 с источником питания (или распределителями), а к головным разъемам можно подключать датчик 8 (фиг. 8 и 9). Строенный червь (фиг. 8 и 9) или пучок червей собирается из простейших модулей 120 14 (фиг. 1) для этого надо просто соединить их продольные застежки 15 (молнии). Вся система унифицирована, Маневрирует устройство (фиг. 8 и 9) следующим образом. Если требуется прямое движение устройст5 ва по поверхности, то работают (перистальтикой) оба модуля 12 и 14. Если требуется повернуть вбок, сманеврировать, то один из модулей 12 или 14 включают, а другой оставляют включенным (с перистальтикой). От этого все устройство (фиг. 8 и 9)

сворачивает в нужную сторону, т.е. получается маневрирование двигателями (модулями) устройств, аналогично как это осуществляется, например, у двухвинтовых судов, лишившихся руля. Елей устройство (фиг. 8 и 9) проползает через пространственный канал, то оно может маневрировать и объемно путем включения или выключения определенных из всей триады модулей (фиг. 9), Так, например, если последовательно пе- реключать модули 12-14 (фиг. 8 и 9), то устройство в трубе может вращаться вокруг оси проползаемой трубы (или, как говорят, менять бока). Таким образом, устройство (фиг. 8 и 9) имеет еще большие функциональные возможности и маневренность.

Число модулей в пучке (фиг. 9) можно увеличивать.

Второй ползучий маневренный вариант (фиг, 10 и 11) по маневренности не уступает первому(фиг. 8 и 9). Но вариант по фиг. 10, 11 приспособлен для маневрирований с полезным грузом. Вариант по фиг. 10,11 также содержит параллельные черви-модули 12,

13,14, 16, но параллельно модулям 12, 13,

14,16 в устройстве (фиг. 10,11) установлена капсула 17 с полезным грузом (аппаратурой, системой управления и т.п.). В капсулу 17 можно поместить источник питания и управления модулем (управлять им можно по ра- дио). Капсула 17 соединена с модулями 12,

13, 14,16 посредством торцовых пластин 18, соединенных с торцовыми разъемами модулей. Маневрирует устройство по фиг. 10 и 11 аналогично устройству по фиг. 8 и 9. Манев- рирующий вариант по фиг. 10, 11 удобен в качестве грузового или автономно питаемого устройства.

Если длина модуля-червя недостаточна, а также требуется повысить тягу устройства, то можно применить последовательное соединение модулей (фиг. 12). В этом случае к модулю 12 последовательно (через торцовый разъем) прикрепляется модуль 13. Аналогично можно удлинять все устройство и далее.

Предлагаемое двигательное устройство (на червях-модулях, фиг. 1) можно применять не только в чисто ползучих вариантах, но и в качестве привода кинематических пар роботов. Данные робототехнические варианты показаны-на фиг. 13-16. Здесь гибкие модули (фиг. 1) можно рассматривать не только как черви, но и как электрические мышечные волокна роботов, мускулы роботов.

Вариант для возвратно-поступательной пары робота (фиг. 13) довольно прост. На скелет возвратно-поступательной пары, состоящей из звена 19, которое может скользить вдоль звена 20, установлена

двигательная (мускульная) установка с червями-модулями 12-14. Один конец каждого из модулей 12-14 (через соответствующий разъем) соединен с пластиной 21, принадлежащей звену 19. Черви-модули 12-14 продеты (протащены) через дополнительные трубки 22-24 (каждый модуль через соответствующую из, трубок 22, 23, 24).Т-рубки 22-24 соединяются со звеном 20. При этом трубки 22-24 могут быть жесткими или гибкими (их гибкость желательно делать меньшей, чем гибкость оболочки 1 мо- .дулей-червей). Внутренние поверхности трубок 22-24 могут быть диэлектрическими или покрыты металлическим или проводниковым слоем. В частности, очень удобны пластмассовые трубки с напыленным внутренним слоем проводника. Пластмассовые трубки очень легки и технологичны (они сильно облегчают вес робота и уменьшают моменты инерции его звеньев). На конце звена 19 устанавливается пластина 25, к которой через разъемы крепятся вторые концы модулей 12-14. На другом конце звена 19 можно устанавливать рабочий орган 26. Внутренние поверхности трубок22-24 могут быть гладкими, шероховатыми, рифлеными, с зубцами или ворсинками, щетиной).

При работе устройства запитываемце черви-модули 12-14 проползают через трубки 22-24 (туда-сюда) и через торцовые пла- стины 21 и 25 перемещают звено 19 относительно звена 20 (фиг. 13, стрелка). Передвижное звено 19 может совершать линейное или возвратно-поступательное движение вдоль (фиг. 13). Прямой ход модулей 13,14,12 дает прямой ход звену 19, а реверс червей-модулей 12-14 fideT обратный ход.

Увеличением числа модулей и трубок можно увеличивать мускулатуру и тягу робота. Вследствие волнового оцепления моду- - лей-червей с дополнительными трубками тяга получается весьма существенной,

Следующим робототехническим вариантом устройства является вариант привода для плоской шарнирной пары (фиг. 14). Этот вариант также довольно прост и легко реализует. На скелет шарнирной кинематической пары, содержащей звенья 27 и 28 и вал или шарнир 29, надевается мускулатура - двигательный аппарат, выполненный на червях-модулях 12-14 и 30-32 и дополнительных трубках 22-24 и 33-35, выполненных аналогично трубкам 22-24 для варианта по фиг. 13. Левые концы червей- модулей.12-14, 30-32 через разъемы соединяются со звеном 27, правые концы могут быть свободны, асами модули 12-14 и 30-32 продеты (протащены) через соответствующие из трубок 22, 23, 24, 33, 34, 35 (один модуль через одну трубку). Дополнительные трубки 22-24 и 33-35 крепятся к звену 28, а токоподводы к модулям можно осуществлять через их правые или левые разъемы,

Если группа червей-модулей 12-14(фиг. 14) проползает через трубки 22-24 вправо, а группа червей-модулей 30-32 проползает через трубки 33-35 влево, то звено 27 на шарнире вращается в одну сторону (например, вверх, фиг. 14). Если группа модулей 12-14 проползает через трубки 22-24 влево, а группа червей-модулей 30-32 проползает через трубки 33-35 вправо, то звено 27 вращается на шарнире в другую сторону (вниз). Принцип данного двигательного варианта (фиг. 14) имеет большую аналогию с двига- телным аппаратом человека. В данном случае двигательный аппарат электрический,

Другим робототехническим вариантом, предназначенным для привода плоской шарнирной пары, является вариант по фиг, 15. На скелет шарнирной кинематической пары, содержащей звенья 27 и 28 и вал или шарнир 29, надевается мускулатура -двигательный аппарат, выполненный на червях- модулях 12-14, продетых (протащенных) через дополнительные трубки 22-24, которые крепятся к звену 27. Трубки 22-24 выполняются аналогично трубкам 22-24 для варианта по фиг. 13 (например, из пластмассы с внутренним напыленным слоем метал- ла Трубки 22-24 (фиг. 15) могут быть изогнутыми. Особенностью варианта по фиг. 15 является то, что оба конца каждого из гибких модулей 12-14 через разъемы крепятся к панели 36, соединенной со звеном 28. Токоподвод к модулям осуществляется через их разъемы и панель 36 (фиг. 15).

При работе, если модули 12;:14 (фиг. 15) проползают через трубки 22-24в одном направлении, то звено 27 вращается на шарнире в одну сторону, а если модули 12-14 проползают через трубки 22-24 в другом направлении, то звено 27 вращается в другую сторону. Если звено 28 неподвижно (и, соответственно, модули тоже неподвижны), то проползание модулей через трубки 22-24 означает, что трубки 22-24 движутся относительно модулей 12-14, т.е. звено 27 вращается относительно звена 28. Если закрепить звено 27, то вращается звено 28. Таким образом, вариант по фиг. 15 реализует плоское шарнирное вращение.

Наиболее совершенными из робото- технических вариантов являются варианты (фиг. 16 и 17) для объемной (или пространственной) шарнирной пары робота. Так, по варианту фиг 16 на скелет объемной или пространственной шарнирной пары, содержащей звенья 27 и 28 и шарнир 37 (шарового типа), надевается мускулатура -двигательный аппарат, выполненный

на червях-модулях 12-14 и 30-32, и 38. 39, продетых через соответствующие дополнительные трубки 22, 23, 24, 33, 34, 35 и 40, 41. Могут быть использованы модули и соответствующие трубки, которые располагаются

0 симметрично модулям 38, 39 и трубкам 40. 41 относительно звеньев 27 и 28 и шарниру 37 (эти модули и трубки расположены за звеньями 27 и 28 и шарниром 37, они с другой стороны от звеньев 27, 28). Все до5 полнительные трубки крепятся к звену 28, а концы модулей крепятся через разъемы к звену 27, Модули можно выполнять и по последовательной схеме (фиг. 12) т.е. из нескольких червей, соединенных разъемами.

0 В ряде случаев, вместо удлиняющих червей- модулей (фиг. 12) можно использовать подсоединение модулей через разъемы к простым толстым отрезкам трубок, служащих тягами, т.е. модуль удлиняется простым

5 толстым отрезком гибкого шланга, конец которого крепится к звену 27. Правые концы модулей-червей (фиг. 16) можно оставлять свободными. Питание модулей-червей можно осуществлять через их торцовые разъемы

0 (правые или левые). Все устройство (фиг. 16)

имеет сильную аналогию с двигательным

« аппаратом человека, т.е. звенья 27 и 28 с

шарниром 37 выполняют роль скелета или

сустава, а гибкие модули с соответствующи5 ми дополнительными трубками выполняют роль мышц. Весь узел (фиг. 16) может быть прикрыт сверху (от пыли) эластичной пленкой 42 (аналог кожи человека).

При задействовании (запитывании) мо0 дулей 12, 13, 14, 30, 31, 32 данные модули- черви, проползая через трубки 22, 23,24,33, 34, 35, вращают звено 27 в плоскости чертежа (фиг. 16), или в вертикальной плоскости. Иными словами, если модули 12-14 пропол5 зают через трубки вправо, а модули 30-32 влево, звено 27 вращается в одну сторону, а если модули 12-14 движутся влево, а модули 30-32 вправо, то звено 27 вращается вертикально в другую сторону (фиг. 16).

0 Если запитывать модули 38 и 39 и симметрично с ними модули на другой (невидимой на фиг. 16) стороне от звена 27, то данные модули, проползая через соответствующие дополнительные трубки, вращают

5 звено 27 в другой плоскости (или плоскости, перпендикулярной плоскости по фиг. 16) При этом, если модули 38 и 39 идут вправо, а симметричные им модули на другой стороне от звена 27 идут влево, то звено 27 вращается в одну сторону, а если указанные группы модулей меняют направление своего движения через трубки, то вращение звена 27 происходит в противоположную сторону. При различных комбинацияхзапи- тывания разных из всех групп модулей (фиг.

16)звено 27 может совершать сложное пространственное движение или вращение на объемном шарнире 37. Вариант по фиг, 16 по функциональным возможностям не уступает совершенному суставу и двигательно- му узлу человека.

Другой вариант привода объемной шарнирной пары (фиг. 17) по своим функциональным возможностям аналогичен варианту по фиг. 16, т.е. также реализует пространственное перемещение звена 27 в трехмерном пространстве. В варианте по фиг. 17 на скелет объемной шарнирной пары, содержащей звенья 27 и 28 и шарнир 37, установлена пространственная мускулату- ра - двигательный аппарат, содержащий гибкие модули 12-14, продетые сквозь изогнутые трубки 22-24, прикрепленные к звену 27, а также модуль 38, продетый через дополнительную трубку 40, укрепленную на звене 27. Модуль 38 и изогнутая трубка 40 могут быть расположены (или изогнуты) в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа фиг. 17. Концы всех модулей 12-14, 38 через разъемы соединены с панелью 36, установленной на звене 28. Если запиты- вать модули 12-14, то они вращают звено 27 в вертикальной плоскости фиг. 17 (аналогично работе варианта фиг. 15). Если запиты- вать модуль 38, то он, проползая через трубку 40, вращает звено 27 в другой плоскости или в Плоскости, перпендикулярной плоскости фиг. 17. Комбинации запитыва- ния модулей 12-14, 38 дают пространственное перемещение звена 27 на шарнире 37.

Вследствие волнового сцепления между модулями и трубками тяга, развиваемая робототехническими вариантами (фиг. 13- 17), получается весьма существенной. Кроме того, увеличением)(|исла модулей и трубок можно и дальше повышать тягу робототех- нических вариантов.

Сочетанием данных вариантов (фиг. 1317)можно реализовывать роботов любой степени сложности и с любыми степенями свободы. При этом вся робототехническая система устройств (фиг. 13-17) получается универсальной и состоящей из минимального числа унифицированных элементов. Скелет любого робота в предлагаемой си- стеме строится из небольшого набора стандартных кинематических пар - воз- аратно-поступательной (фиг. 13), плоской иарнирной (фиг. 14 или 15) или объемной иарнирной (фиг. 16 или 17), и на указанный

простейший скелет навешивается универсальная мускулатура, состоящая тоже из минимального набора простых и унифицированных элементов (т.е. червей-модулей и дополнительных трубок). Вся сборка легко (и быстро) осуществляется посредством простых разъемов, планок и винтов (как в детском конструкторе). Тяга и мускулатура робота может быть легко изменена путем навешивания или устранения нужного числа модулей с трубками. Кроме того, кинематическая схема робота может быть легко изменена на .месте путем простой замены отдельных кинематических пар с соответствующей мускулатурой (фиг. 13-17), т.е. робот легко перестраивают.

Предлагаемая система робототехники (фиг. 13-17) характеризуется легкостью проектирования. Это объясняется тем, что она очень четко подразделяется на две части: скелет и мускулатура У большинства известных робототехнических систем такого чет- косо разделения элементов нет. В предлагаемой системе проектировщик при создании нужной заказчику кинематики (т.е. при создании скелета и выполнении нужного числа степеней свободы) может не считаться с применяемой электротехникой. Мускулатура, т.е. стандартные модули и трубки, легко наращиваются после на любую кинематическую пару (фиг. 13-17) и при том с любой (заказанной) степенью тяги.

Предлагаемая система проста, технологична, универсальна и по перестроению гибка.

Рассмотрев робототехнические варианты, можно перейти к заключительному варианту устройства, а именно, варианту насоса (фиг. 18 и 19). В данном варианте (фиг. 18, 19) червь-модуль 12 помещается внутрь дополнительной оболочки 43. выполненной в виде гибкой трубки или шланга. Оба торца модуля 12 с разъемами 6 и 7 могут высовываться из трубки-оболочки 43. Модуль 12 через разъемы 6 и 7 соединяется с разъемами 44 и 45, которые через гибкие лоскуты соединены с трубкой-оболочкой 43. Гибкая трубка-оболочка 43 может иметь меньшую гибкость, чем оболочка 1 модуля 12. Помещение модуля 12 внутрь оболочки 43 можно осуществить путем его простого проползания.

Насос (фиг. 18 и 19) работает следующим образом.

При окунании одного из торцов трубки- оболочки 43 в жидкость и запитывании червя-модуля 12 возникают волнообразные (перистальтические) движения его оболочки 1. Это приводит к тому, что жидкость, попадая между модулем 12 и оболочкой 43, перекачивается (перистальтически) от одного торца трубки-шланга к другому. Гибкая трубка-оболочка 43 с модулем 12 работает как насос.

Предлагаемое двигательное устройство имеет широкие функциональные возможности (много вариантов применения), оно обладает также высокой маневренностью и простотой. Герметичность двигательного узла (модуля 12) и его простота обеспечивают его высокую надежность. Волновое (или перистальтическое) движение модулей дает высокую тягу (волновые двигатели - высо- комоментные). Немагнитный характер конструкции устройства, т.е. преобладание в нем легких пластмасс и полимеров, обеспечивает малую массу и вес предлагаемого двигательного устройства.

Обязательным компонентом предлагаемого устройства является электрореологическая жидкость 5.

Формула изобретения

1.Электрическое двигательное устройство, содержащее двигательный модуль, имеющий диэлектрическую основу с электродами и электрореологическую жидкость в рабочем зазоре, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения надёжности регулировки скорости движения и герметичности устройства, в двигательном модуле диэлектрическая основа выполнена в виде гибкой трубки, имеющей внутренний сквозной продольный канал, а электроды выполнены в виде чередующихся вдоль основы проводников, расположенных на внешней поверхности основы, причем на основу с электродами надета гибкая оболочка, а электрореологическая жидкость помещена между оболочкой и основой во внутреннем сквозном продольном канале, при этом электроды подключены к фазовращающему устройству.

2,Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что электроды выполнены в виде кольцевых замкнутых проводников вокруг основы.

У

3.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что электроды выполнены в виде проводников, навитых вокруг основы.

4.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что электроды выполнены в виде

секторных проводников.

5.Устройство по п. 1,отличающее- с я тем, что двигательный модуль имеет торцовые разъемы, прикрепленные к гибкой

оболочке у торцов основы.

6.Устройство по пп. 1и 5, отличающее с я тем, что на торцовом разъеме установлен датчик, а к другому торцовому разъему подсоединен кабель, соединяющий

модуль с источником питания.

7.Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что оно содержит по крайней мере один дополнительный двигательный модуль, расположенный параллельно и соединенный с основным двигательным модулем.

8.Устройство по п. 7, отличающееся тем, что двигательные модули соединены друг с другом посредством гибкой застежки типа молния.

9. Устройство по п. 7, отличающее- сятем, что двигательные модули соединены друг с другом посредством торцовых пластин, соединенных с торцовыми разъемами двигательных модулей.

10. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что в него дополнительно введены трубка и кинематическая пара, при этом двигательный модуль помещен внутрь дополнительной трубки, а дополнительная

трубка установлена на одном из звеньев кинематической пары, с другим звеном которой соединен один из концов двигательного модуля.

11.Устройство по пп. 1 и 10, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что кинематическая пара

выполнена шарнирной

12.Устройство по пп. 1, о т л и ч а ю- щ е е с я тем, что на двигательный модуль н адета дополнительная оболочка в виде

5 гибкой трубки, открытой с обоих торцов, а между двигательным модулем и дополнительной оболочкой помещена жидкая среда.

/

Ж

ю

jt

Изобретение относится к волновым двигателям и двигателям немагнитного типа и может быть использовано в машиностроении, робототехнике и других отраслях. Элек- трическое двигательное устройство содержит по крайней мере один двигательный модуль, имеющий диэлектрическою гибкую основу с электродами в виде чередующихся вдоль основы проводников на ее внешней поверхности. На основу надета гибкая оболочка, а между ними помещена электрореологическая жидкость. Электроды подключены к фазовращающему устройству. Работа двигательного устройства основана на использовании свойства электрореологических жидкостей увеличивать свой обьем в электрическом поле. При последовательной подаче потенциала на электроды основы гибкая оболочка совершает волнообразные движения, которые позволяют устройству перемещаться в пространстве. Возможно создание конструкций из нескольких модулей для обеспечения возможности движения, в том числе с грузом, с изменением направления, в узких извилистых .каналах, а также работа технических вариантов двигательного устройства. При использовании дополнительной гибкой оболочки устройство может работать также в качестве насоса для жидких сред. Достоинствами устройства являются высокая маневренность, многофункциональность, надежность. 11 з п ф-лы, 20 ил (Л

Фиг./

w

%г.6

40

a is «

С

тг

зЈ

U.3

Фиг.

A

Pu,.8

Фаг.9

V3

Фиг./0

-|Г

JL

Фиг/.

V

XT J

%./J

. NSFN

Фиг./4

« it Hja

Л .

Фиг.//

гч

36 ге

Фиг/5

фиг. Я

из

ZX

Фиг.8

ФигЛЭ

Фиг.20