Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск

Технические средства пневмоавтоматики: пневмомускул

https://doi.org/10.24108/1017.0001315

Полный текст:

Аннотация

Традиционным исполнительным двигателем для пневмоприводов является дифференциальный пневмоцилиндр двухстороннего действия, используемый для создания толкающего усилия, которое существенно больше тянущего. Пневмомускул является исполнительным двигателем одностороннего действия и используется для создания тянущего усилия. В основу работы пневмомускула заложено свойство цилиндрической мембраны (тонкой двухмерной эластичной структуры) изменять свою форму или размеры под действием приложенного к ней избыточного давления рабочего тела.

Целью работы является представление широкому кругу специалистов в области пневмоавтоматики этого нового типа исполнительного двигателя. На примере структуры мембраны пневмомускула семейства MAS фирмы «FESTO» рассмотрена физическая сущность его работы и установлена зависимость усилия, развиваемого пневмомускулом, от величины избыточного давления в его внутренней полости и величины сокращения. Даны описание экспериментальной установки для исследования статических и динамических характеристик пневмомускула, а также конструкция нагружающего и измерительного устройства.

В результате экспериментальных исследований получены статические и динамические характеристики пневмомускула MAS 10-300: зависимости «усилие – сокращение», «усилие - избыточное давления», «сокращение - избыточное давления». В соответствии с данными каталога продукции германской фирмы «FESTO», определено осредненное прогнозируемое значение начального угла плетения нити корда для трех типоразмеров пневмомускула семейства MAS, составившее 23…25,5 градуса.

Показано, что силовая характеристика пневмомускула существенно нелинейна: линейность характеристики проявляется только при малых сокращениях пневмомускула, не превыщающих 2% его первоначальной длины. Динамические свойства пневмомускула, нагруженного постоянной силой, оценивались путем анализа частотных характеристик: рабочая частота пневмомускула находилась в пределах f = 3…6 Гц.

Приведены данные воспроизводимости силовой характеристики пневмомускула при его циклическом нагружении постоянным по величине избыточным давлением p = 4 бар с частотой f = 0,5 Гц.

Проведенные исследования показали, что при циклическом нагружении пневмомускула отклонения величины усилия от ее осредненного значения носят систематический характер, зависят от числа нагружений, в силу чего не могут оцениваться статистическими характеристиками. Рассмотрен режим работы пневмомускула в качестве пружины растяжения, который соответствует приложению к пневмомускулу внешней силы, обеспечивающей возврат пневмомускула в начальную позицию после его сокращения под действием избыточного давления. Из силовой характеристики пневмомускула, посредством ее кусочно-линейной аппроксимации в пределах заданного диапазона изменения величины сокращения, получено осредненное значение жесткости пневматической пружины. Приведена сравнительная оценка усилий, развиваемых пневмомускулами и пневмоцилиндрами с равными рабочими площадями: установлено, что усилие сокращения пневмомускула, в среднем, в 12…14 раз превышает тянущее усилие пневмоцилиндра, однако это преимущество проявляется только при малых сокращениях пневмомускула. Исследована возможность использования короткого пневмомускула в качестве управляющего и нагружающего устройства затворов гидравлических и пневматических устройств автоматики клапанного типа.

Об авторах

К. Д. Ефремова
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Ефремова Клара Дмитриевна

Доцент кафедры "Гидромеханика, гидромашины, гидропневоавтоматика"

SPIN-код:5414-0009



В. Н. Пильгунов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва
Россия

Пильгунов Владимир Николаевич

Доцент кафедры "Гидромеханика, гидромашины, гидропневоавтоматика"

SPIN-код: 2575-3489



Список литературы

1. Алыков А.Н., Драницкий И.О., Усачев К.А. Пневматические мускулы и их применение в робототехнических системах // Молодежный научно-технический вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 9. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/801411.html (дата обращения 9.11.2017).

2. Эластичные механизмы и конструкции / Шихирин В.Н. и др. Иркутск: Изд-во Иркутского гос. техн. ун-та, 2006. 287 с.

3. Беляев А.Ю., Щукин Т.Н. ТРИЗ – анализ направлений проектирования искусственных мускулов: обзор. М., 2012. 32 с. Режим доступа: http://2045.ru/pdf/kopp_ Beliaev_Schukin.pdf (дата обращения 15.11.2017).

4. Daerden F., Lefeber D. Pneumatic artificial muscles: actuators for robotics and automation. Режим доступа: http://lucy.vub.ac/be/publications/Daerden_ Lefeber_EJMEE.pdf (дата обращения 15.11.2017).

5. Iancu A., Filip V. Experimental studies regarding the behavior of a mechanical system with pneumatic muscle driven by compressed air // The Scientific Bulletin of Valahia Univ. Materials and Mechanics. 2011. No. 6. Pp. 160-167.

6. Челпанов И.Б., Ле Дык Тхинь. Пневмодвигатели на основе армированных упругих оболочек // Вакуумная техника и технология. 2002. Т. 12. № 4. С. 205-210.

7. Колесникова Е.Г., Савинская Е.А., Умнов В.И. Гибкие приводы в робототехнике // Молодежный вестник Иркутского гос. техн. ун-та (ИрГТУ). 2012. № 1. С. 2-9. Режим доступа: http://mvestnik.istu.irk.ru/ru/journals/2012/01/articles/01 (дата обращения 15.11.2017).

8. Хессе С. Пневмомускул за работой. 150 примеров применения пневматического мускула: пер. с англ. Киев: Фесто, 2004. 140 с. [Hesse S. 99 examples of pneumatic applications. Esslingen: Festo AG & Co., 2001. 120 p.].

9. Лошицкий П.А., Шеховцова Е.Е. Перспективы применения силовых оболочковых элементов в манипуляционных системах // Робототехника и техническая кибернетика. 2014. № 4(5). С. 68-72.

10. Назаров Ф.М., Форенталь В.И., Форенталь М.В. Проектирование и расчет трехкоординатной качающейся платформы с пневматическим приводом. Изв. Самарского науч. центра РАН. 2015. Т. 17. № 2(4). С. 851-858.

11. Ferraresi C., Franco W., Bertetto A.M. Flexible pneumatic actuators: a comparison between the McKibben and the straight fibres muscles // J. of Robotics and Mechatronics. 2001. Vol. 13. No. 1. Pp. 56-63.

12. Шароватов В.Т., Лошицкий П.А. Математическая модель силового бесштокового пневмоцилиндра одностороннего действия оболочкового типа // Мехатроника, автоматизация, управление. 2011. № 2. С.30-36.

13. Serres J.L. Dynamic characterization of a pneumatic muscle actuator and its application to resistive training device: doct. diss. … Dayton: Wright State Univ., 2008. 218 p.

14. Szepe T., Sarosi J. Model based open looped position control of PAM actuator // 8th IEEE Intern. symp. on intelligent systems and informatics: SISY 2010 (Subotica, Serbia, September 10-11, 2010): Proc. N.Y.: IEEE, 2010. Pp. 564-566. DOI: 10.1109/SISY.2010.5647177

15. Sarosi J., Fabulya Z. New function approximation for the force generated by fluidic muscle // Annals of the Faculty Engineering Hunedoara - Intern. J. of Engineering. 2012. Vol. 10. No. 2. Pp. 105-110.

16. Ле Дык Тхинь. Промышленные роботы с новыми типами пневмоприводов и вакуумными устройствами: автореф. дисс. … канд. тех. наук. СПб., 2003. 18 с.

17. Pilch Z., Bieniek T. Pneumatic muscle – measurement results and simulation models. Режим доступа: http://195.187.94.6/pliki/ogolne/prace%20IEL/240/17.pdf (дата обращения 15.11.2017).

18. Wereley N.M., Kothera C.S., Bubert E., Vocke R.D., Woods B., Gentry M. Pneumatic artificial muscle for aerospace applications // 50th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, structural dynamics and materials conf. (Palm Springs, CA, USA, May 4-7, 2009): Proc. N.Y.: AIAA, 2009. Pp. 502-512. DOI: 10.2514/6.2009-2140


Для цитирования:


Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н. Технические средства пневмоавтоматики: пневмомускул. Машиностроение и компьютерные технологии. 2017;(10):36-56. https://doi.org/10.24108/1017.0001315

For citation:


Efremova K.D., Pilgunov V.N. Pneumatic Automation Tools: Pneumatic Muscle. Mechanical Engineering and Computer Science. 2017;(10):36-56. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/1017.0001315

Просмотров: 334


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2587-9278 (Online)