PL223042B1 - Urządzenie do badań, zwłaszcza dynamicznych pneumatycznych napędów mięśniowych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do badań dynamicznych pneumatycznych napędów mięśniowych.

Znane są sposoby badań pneumatycznych napędów mięśniowych, w których stosowane jest masowe obciążanie dla pojedynczego pneumatycznego napędu mięśniowego i wyznaczane są charakterystyki statyczne w tym izobaryczne, izotoniczne, izometryczne.

Zasada wyznaczania charakterystyk izobarycznych (p=const) pneumatycznego napędu mięśniowego polega na utrzymaniu stałego ciśnienia wewnątrz napędu, dla którego mierzy się stopień jego skrócenia w zależności od siły ciągnącej (siły pochodzącej od masy obciążającej). Zasada wyznaczania charakterystyk izotonicznych (F=const) napędu mięśniowego polega na utrzymaniu stałego obciążenia napędu i pomiarze stopnia jego względnego skrócenia w zależności od ciśnienia panującego wewnątrz. Zasada wyznaczania charakterystyk izometrycznych (h=const) pneumatycznego napędu mięśniowego polega na utrzymaniu stałego stopnia skrócenia, dla którego mierzy się zmianę napięcia i ciśnienia wewnątrz pneumatycznego napędu mięśniowego.

Z opisu patentowego US 7353715 B2 znany jest sposób użycia napędów mięśniowych do testowania wytrzymałościowego elementów konstrukcji maszyn. W konstrukcji tej zastosowana jest niesymetryczna dźwignia dwuramienna. Na dłuższym ramieniu dźwigni zamocowany jest napęd mięśniowy oraz masa obciążająca. Do podstawy konstrukcji umocowany jest przetwornik siły, którego drugi koniec zamocowany jest do krótszego ramienia dźwigni. Dźwignia dwuramienna oparta jest na kolumnie za pomocą przegubu ostrzowego o styku liniowym tworząc parę kinematyczną wyższego rzędu.

Pneumatyczne napędy mięśniowe podobnie jak siłowniki należą do elementów, w których następuje przetwarzanie energii sprężonego gazu na energię mechaniczną. Doprowadzenie do wnętrza napędu sprężonego gazu powoduje zwiększenie jego objętości i jednoczesne skrócenie. Pracę pneumatycznego napędu mięśniowego można porównać do pracy standardowego siłownika pneumatycznego jednostronnego działania.

Urządzenie do badań, zwłaszcza dynamicznych pneumatycznych napędów mięśniowych zawierające dźwignię dwuramienną zainstalowaną na kolumnie oraz przetworniki siły zainstalowane pomiędzy dźwignią a podstawą, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na kolumnie ma zainstalowaną równoramienną dźwignię osadzoną na wałku ułożyskowanym tocznie. Na końcach dźwigni umocowane są obrotowo zakończenia napędów mięśniowych, których drugie zakończenia połączone są obrotowo z podstawą poprzez przetworniki siły. Jeden z napędów mięśniowych urządzenia może stanowić sprężyna o znanej charakterystyce.

Korzystnie jest gdy kolumna urządzenia utworzona jest z dwóch równolegle usytuowanych płyt pomiędzy którymi osadzona jest równoramienna dźwignia. Wałek, na którym osadzona jest dwuramienna dźwignia sprzęgnięty jest mechanicznie z przetwornikiem przemieszczenia kątowego.

Urządzenie badawcze służy do wyznaczania charakterystyk dynamicznych pneumatycznych napędów mięśniowych. Badania dynamiczne polegają na wyznaczeniu przemieszczenia i stopnia skrócenia oraz siły w funkcji wartości ciśnienia panującego wewnątrz napędu, zmiennych w czasie. Badania dynamiczne prowadzone są dla pary jednakowych pneumatycznych napędów mięśniowych i polegają na proporcjonalnym sterowaniu ciśnieniem w obydwu napędach pracujących antagonistycznie. Obciążenie masowe może być umocowane na ramieniu w osi obrotu pary pneumatycznych napędów mięśniowych. Sygnał ciśnienia realizowany jest przez zastosowanie proporcjonalnych zaworów ciśnieniowych sterowanych elektrycznie.

Efektem działania pneumatycznych napędów mięśniowych pracujących antagonistycznie jest obrót dźwigni dwuramiennej zamocowanej na kolumnie za pomocą przegubu obrotowego o jednym stopniu swobody. Do wałka, na którym osadzona jest dwuramienna dźwignia zamocowany jest przetwornik położenia kątowego z wyjściem analogowym. Zmiany przemieszczania kątowego dźwigni równoramiennej, będącej łącznikiem pary pneumatycznych napędów mięśniowych, umożliwiają wyznaczenie przemieszczenia liniowego napędów lub stopnia skrócenia, natomiast przetworniki siły umożliwiają wyznaczenie siły ciągnącej napędów mięśniowych, co z kolei umożliwia otrzymanie charakterystyk dynamicznych badanych napędów. Zastosowanie dźwigni równoramiennej umożliwia symetryczne obciążenie pneumatycznych napędów mięśniowych działających antagonistycznie.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok perspektywiczny z przodu, a fig. 2 - widok perspektywiczny od tyłu.

PL 223 042 B1

Do podstawy 1 urządzenia umocowana jest kolumna 8, na której zainstalowane są zawory proporcjonalne ciśnienia 3, przetworniki ciśnienia 5 oraz przyłącza elektryczne 9. Kolumna 8 utworzona jest z dwóch równolegle usytuowanych płyt pomiędzy którymi na wałku 10 osadzona jest równoramienna dźwignia 2. Na końcach dźwigni 2 umocowane są obrotowo zakończenia napędów mięśniowych A, B. Drugie zakończenia napędów mięśniowych A, B połączone są obrotowo z podstawą 1 poprzez przetworniki siły 6. Sygnały sterujące generowane są przy pomocy dwóch ciśnieniowych zaworów proporcjonalnych 3 i przekazywane do napędów mięśniowych A, B przewodami pneumatycznymi 7. Pomiar wartości ciśnień sterujących napędów mięśniowych odbywa się przy użyciu przetworników ciśnienia 5. Wałek 10 sprzęgnięty jest mechanicznie z przetwornikiem przemieszczenia kątowego 4.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do badań, zwłaszcza dynamicznych pneumatycznych napędów mięśniowych zawierające dźwignię dwuramienną zainstalowaną na kolumnie oraz przetworniki siły zainstalowane pomiędzy dźwignią a podstawą, znamienne tym, że na kolumnie (8) ma zainstalowaną równoramienną dźwignię (2) osadzoną na wałku (10) ułożyskowanym tocznie a na końcach dźwigni umocowane są obrotowo zakończenia napędów mięśniowych (A, B), których drugie zakończenia połączone są obrotowo z podstawą (1) poprzez przetworniki siły (6).
2. 2. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że jeden z napędów mięśniowych stanowi sprężyna o znanej charakterystyce.
3. 3. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że kolumna (8) utworzona jest z dwóch równolegle usytuowanych płyt pomiędzy którymi osadzona jest dźwignia (2).
4. 4. Urządzenie, według zastrz. 1, znamienne tym, że wałek (10) sprzęgnięty jest mechanicznie z przetwornikiem przemieszczenia kątowego (4).