Искусственная мышца Советский патент 1992 года по МПК B25J9/08 B25J18/02 

Фю.1

Изобретение относится к робототехни- ческим устройствам и может быть использовано в качестве привода кинематических звеньев роботов и манипуляторов.

Известны приводы звеньев робототех- нических устройств , основанные на нагреве и охлаждении легкокипящей жидкости , заключенной в замкнутый упругий объем. При подаче электрического тока в нагреватель, расположенный внутри этого объема, происходит охлаждение и конденсация. При испарении жидкости давление внутри объема повышается, при охлаждении - падает, что сопровождается перемещением упругого элемента, например сильфона или мембранной коробки, сообщенных с замкнутым объемом. Уплотнение замкнутого объема производится запайкой (сваркой) его элементов.

Более совершенным (менее габаритным и менее энергоемким) является устройство (техническая мышца), содержащее ортотропную оболочку, внутри которой расположена упругая анизотропная трубчатая оболочка, полость которой заполнена сорбатом, а также размещенные в полости трубчатой оболочки нагревательный элемент и адсорбент. При прохождении электрического тока через нагреватель повышается температура адсорбента, происходит десорбция сорбата, давление внутри упругой оболочки повышается, мышца сжимается, производя рабочий ход.

Недостатком устройства является нерешенность вопроса герметизации электрического вывода нагревателя, что не обеспечивает достаточной надежности (долговечности)устройства, оно неудобно в эксплуатации ввиду его практической невосстанавливаемости (сложности процесса заправки сорбатом).

Целью изобретения является повышение удобства эксплуатации мышцы за счет упрощения процесса заправки.

Поставленная цель достигается тем, что искусственная мышца, внутри которой расположена анизотропная трубчатая оболочка, полость которой заполнена сорбатом, а также размещенные в полости трубчатой оболочки нагревательный элемент и адсорбент, снабжена двумя закрепленными на концах трубчатой оболочки втулками, клапаном со штоком, колпачком, пробкой и двумя электрическими зажимами для закрепления нагревательного элемента, при этом на торце первой втулки со стороны внутренней полости оболочки выполнено седло клапана, шток которого расположен внутри этой втулки, а колпачок закреплен на конце штока и подпружинен к этой втулке, причем в

штоке и колпачке выполнены каналы, соединяющие подклапанную полость с атмосферой, а полость второй втулки сообщается с полостью оболочки и с атмосферой, в ней

выполнена резьба под заглушку, при этом электрические зажимы расположены в полости оболочки и закреплены соответственно на клапане и на второй втулке, причем клапан, колпачок, вторая втулка и заглушка

0 выполнены из токопроводящего материала. На фиг. 1 представлен общий вид мышцы; на фиг. 2 - клапан; на фиг. 3 - пробка.

Искусственная мышца содержит ортотропную оболочку 1, в которой находится

5 анизотропная трубчатая оболочка 2, полость которой заполнена сорбатом и в ней размещены адсорбент 3 и нагреватель 4. На концах трубчатой оболочки 2 закреплены первая 5 и вторая 6 втулки, на торце первой

0 втулки 5 клапан 7 со штоком 8, расположенным внутри этой втулки со стороны внутренней полости трубчатой оболочки2, на конце штока 8 закреплен колпачок 9. Втулка 6 является частью пробки 10,

5 Для закрепления нагревательного элемента 4 в полости оболочки 2 имеются электрические зажимы 11 и 12, укрепленные на клапане 7 и на второй втулке 6. На торце первой втулки 5 со стороны внутренней по0 лости оболочки 2 выполнено седло 13 клапана 7. шток 8 которого расположен внутри втулки 5, колпачок 9 подпружинен пружиной 14 к этой втулке, а в штоке 8 и колпачке

5 9 выполнены каналы 15 и 16, соединяющие подклапанную полость с атмосферой; полость второй втулки 6 сообщена с полостью оболочки 2 и с атмосферой, и во втулке 6 выполнена резьба под заглушку 17. Клапан

0 7, колпачок 9, вторая втулка 6 и заглушка 17

выполнены из токопроводящего материала.

Устройство содержит также клинья

(клеммы) 18. бандажи 19 и серьги 20 для

крепления мышцы к приводимому ею меха5 низму.

Клапан 7 (фиг. 2) содержит на,штоке 8 выступ 21, на котором зажимом 11 закреплены нагреватель 4 и адсорбент 3, прокладку 22, герметизирующую соединение

0 конических поверхностей штока 8 и втулки 6, и прокладку (уплотнитель) 23. колпачок 9, в котором выполнен канал 16 для ввода в него клеммы 18.

Пробка 10 (фиг. 3) содержит втулку 6.

5 резьбовую заглушку 17, зажим 12, который крепит нагреватель 4 и адсорбент 3 к выступу 24.

Искусственная мышца работает следующим образом.

При подаче электрического сигнала на клинья (клеммы) 18 (фиг. 1-3) электрический

ток протекает по цепи, образуемой следующими деталями: колпачок 9, шток 8, нагреватель 4, втулка 6, заглушка 17. Имеет место и параллельная нагревателю 4 цепь - адсорбент 3. Под действием электрического тока происходит нагрев нагревателя 4, а с ним и адсорбента 3. Повышение температуры адсорбента 3 обуславливает десорбцию - вы- деление газа-сорбата, ранее им удерживаемого и повышение давления во внутреннем объеме оболочки 2. При этом оболочка 2 расширяется, а поскольку наружная оболочка 1 является ортотропной и обеспечивает постоянство наружной поверхности, одновременно с расширением (раздуванием) оболочки 2 происходит уменьшение ее длины. Это уменьшение длины, технической мышцы и является ее рабочим ходом.

Снятие электрического сигнала приводит к охлаждению мышцы окружающим воздухом (нагрев прекращается), и следовательно, к увеличению длины мышцы до исходного значения.

Особое значение имеет процедура заправки мышцы сорбатом при предложенной конструкции клапана 7 и пробки 10. В этом случае клин 18 извлекают из гнезда в колпачке 9 и вместо клина 18 в гнездо вводится заправочная игла (штуцер), соединенная с источником газа-сорбата, после чего производится нажатие на колпачок 9. Пружина 14 сжимается, и между коническими поверхностями штока 8 и втулки 5 в месте расположения прокладки 22 образуется зазор, по которому через каналы в корпусах колпачка 9 и штока 8 (осевой и поперечный) произойдет заполнение внутренней полости мышцы сорбатом. По окончании заправки нажатие на колпачок 9 прекращается и под действием пружины 14 происходит герметизация внутреннего объема мышцы.

Предложенная конструкция обеспечивает электричесхий контакт источника сигнала управления с нагревателем,

расположенным внутри мышцы, и высокую герметичность внутреннего объема, а также удобство эксплуатации мышцы ввиду высокой герметичности и упрощения в связи с

этим процесса заправки мышцы сорбатом. Экспериментальная проверка показала работоспособность конструкции, при внутреннем объеме мышцы 1,2 см3 и давлении сорбата порядка 2 кг/см в течение 10 мес

спаддавления не превышает 0,1 кг/см .Для сравнения в прототипе (герметизация обеспечивалась заливкой клемм, г дозаправка была вообще невозможна) срок службы определялся несколькими неделями.

Формула изобретения

Искусственная мышца, содержащая ор- тотропную оболочку, внутри которой расположена анизотропная трубчатая оболочка.

полость которой заполнена сорбатом, а также размещенные в полости трубчатой оболочки нагревательный элемент и адсорбент, отлича ющаяся тем, что. с целью повышения удобства в эксплуатации путем

упрощения процесса заправки мышцы, она снабжена двумя закрепленными на концах трубчатой оболочки втулками, клапаном со штоком, колпачком, пробкой и двумя электрическими зажимами для закрепления нагревательного элемента, при этом на торце первой втулки со стороны внутренней полости оболочки выполнено седло клапана, шток которого расположен внутри этой втулки, а колпачок закреплен на конце штока и подпружинен к этой втулке, причем в штоке и колпачке выполнены каналы, соединяющие подклапанную полость с атмосферой, а полость второй втулки сообщается с полостью оболочки и с атмосферой и имеет

заглушку, при этом электрические зажимы расположены в полости оболочки и закреплены соответственно на клапане и на второй втулке, причем клапан, колпачок, вторая втулка и заглушка выполнены из токопроводящего материала.

Использование: изобретение относится к робототехнике и может быть использовано в качестве привода кинематических звеньев роботов и манипуляторов. Сущность изобретения: при протекании электрического тока через нагреватель 4 происходит нагрев адсорбента 3, что приводит к выделению газа-сорбата им удерживаемого и повышению давления внутри трубчатой оболочки 2, длина которой при этом уменьшается, обеспечивая рабочий ход искусственной мышцы. Возврат ее в исходное положение происходит после прекращения подачи напряжения на нагреватель и охлаждении мышцы окружающим воздухом. Заправка мышцы осуществляется через клапан 5, в который вводится штуцер при нажатии на шток клапана. При этом клапан 5 и пробка 6 являются одновременно контактами для подачи напряжения на нагреватель 4. 3 ил.