Preview

Машиностроение и компьютерные технологии

Расширенный поиск

Пневмомускул: геометрия цилиндрической мембраны и прогнозирование силовых характеристик.

https://doi.org/10.24108/0318.0001377

Полный текст:

Аннотация

Пневмомускул является пневмодвигателем возвратно-поступательного движения одностороннего действия и предназначен для создания тянущего усилия. Возврат пневмомускула в исходное положение обеспечивается упругой деформацией его оболочки. Основой пневмомускула является цилиндрическая мембрана с жестким дном и крышкой. Корд мембраны формируется в процессе перекрестного винтообразного плетения нитей из сверхтвердого синтетического волокна (например, кевлара). После заливки корда эластомером образуется прочная, деформируемая и упругая оболочка. При подаче во внутреннюю полость мембраны избыточного давления, в ромбовидной ячейке, образующейся в результате плетения нитей корда, происходит удлинение касательной диагонали и одновременное укорачивание осевой диагонали. Это приводит к сокращению пневмомускула до 25% его первоначальной длины, при этом создается достаточно большое усилие сокращения, которое существенно зависит от величины сокращения.

На примере структуры корда пневмомускулов серии MAS фирмы «FESTO» исследована деформация ромбовидной ячейки мембраны и установлена численная зависимость ее внутреннего диаметра и объема внутренней полости пневмомускула от величины сокращения, что позволило разработать математическую модель идеализированной цилиндрической мембраны, в динамике которой не учитывается усилие деформации эластомера, заполняющего ромбовидную ячейку.

В результате экспериментальных исследований промышленных образцов пневмомускулов серии MAS 10, выполненных на специально созданной установке, получены их силовые характеристики. В численном представлении эти характеристики оказались в 2,5…3 раза меньше силовой характеристики пневмомускула с идеализированной мембраной, что позволяет сделать выводы о существенном влиянии сил деформации эластомера. Влияние деформации эластомера на силовые характеристики пневмомускула предложено учитывать посредством корректирующего коэффициента, полученного в результате сравнительной оценки силовых характеристик идеализированной мембраны и нормализованных силовых характеристик пневмомускулов семейства MAS.

Результаты выполненных исследований позволяют прогнозировать силовые характеристики пневмомускулов на этапе их проектирования и в процессе эксплуатации.

Об авторах

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

Ефремова Клара Дмитриевна

Кафедра Э-10 

доцент, к.т.н.

SPIN-код: 5414-0009



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

Пильгунов Владимир Николаевич

Кафедра Э-10

доцент, к.т.н.

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 науч.-техн. вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2015. № 9. С. 6. Режим доступа: http://sntbul.bmstu.ru/doc/801411.html (дата обращения 03.04.2018).

2. Эластичные механизмы и конструкции / В.Н. Шихирин 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. М., 2012. 32 с. Режим доступа: htpp://2045.ru/pdf/kopp_ Beliaev_ Schukin.pdf (дата обращения 03.04.2018).

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 04.04.2018).

5. Iancu A., Filip V. Experimental studies regarding the behavior of a mechanical system with pneumatic muscle driven by compressed air // The Scientific Bull. of Valahia Univ. Materials and Mechanics. 2011. No. 6 (year 9). 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. 2-11. Режим доступа: http://mvestnik.istu.irk.ru/journals/2012/01 (дата обращения 04.04.2018).

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

9. Ле Дык Тхинь. Промышленные роботы с новыми типами пневмоприводов и вакуумными устройствами: автореф. дис. … канд. техн. наук. СПб., 2003. 18 с.

10. 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, Sept. 10-11, 2010): Proc. N.Y.: IEEE, 2010. Pp. 607-609. DOI: 10.1109/SISY.2010.5647177

11. Rus D.L., Tolley M. Design, fabrication and control of soft robots // Nature. 2015. Vol. 521. No. 7553. Pp. 467-475. DOI: 10.1038/nature14543

12. Пильгунов В.Н., Ефремова К.Д. Пневмомускул: физика, характеристики, применение // Гидравлика. 2017. № 3. С. 102-126. Режим доступа: http://hydrojournal.ru/images/JOURNAL/NUMBER3/PilgunovEfremova.pdf (дата обращения 04.04.2018).

13. Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н. Технические средства пневмоавтоматики: пневмомускул // Машиностроение и компьютерные технологии МГТУ им. Н.Э. Баумана: электрон. журн. 2017. № 10. С. 36-56. Режим доступа: http://www.technomagelpub.ru/jour/article/view/1315/1166 (дата обращения 04.04.2018).

14. Каталог продукции фирмы «FESTO». Режим доступа: https://www.festo.com/cat/RU_RU/products (дата обращения 04.04.2018).


Для цитирования:


Ефремова К.Д., Пильгунов В.Н. Пневмомускул: геометрия цилиндрической мембраны и прогнозирование силовых характеристик. Машиностроение и компьютерные технологии. 2018;(3):20-34. https://doi.org/10.24108/0318.0001377

For citation:


Efremova K.D., Pilgunov V.N. Pneumatic Muscle: Geometry of the Cylindrical Membrane and The Power Characteristic Prognostic Mechanical Engineering and Computer Science. 2018;(3):20-34. (In Russ.) https://doi.org/10.24108/0318.0001377

Просмотров: 182


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


ISSN 2587-9278 (Online)