ИСКУССТВЕННАЯ МЫШЦА
ARTIFICIAL MUSCLE

Изобретение относится к управляемым приводам для преобразования электрической энергии в механическую и может быть использовано в машиностроении, приборостроении, в робототехнике, медицине.
Известно устройство по описанию к авторскому свидетельству SU №901611 A1, опубл. 30.01.1982 г. «Электрогидравлический привод Козлова А.А.», содержащий камеры с эластичными стенками, заполненными жидким ферромагнетиком, снабженные электрическими обмотками, состоящими из последовательно включенных катушек индуктивности.
Недостатком известного устройства являются:
- недостаточная надежность из-за наличия жидкости, которая в случае образования трещин, может вытекать;
- сложность конструкции;
- высокая энергоемкость;
- большие габариты и вес.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является известное устройство по описанию изобретения к авторскому свидетельству RU №2372056, опубл. 10.11.2009 г. «Искусственная мышца», содержащая камеры с эластичными стенками, заполненные веществом с ферромагнитными свойствами и имеющие электропроводные обмотки.
Недостатком известного технического решения являются:
- низкая надежность, а именно уменьшение хода «мышцы» в случае выхода из строя одной или нескольких камер с эластичными стенками, заполненными веществом с ферромагнитными свойствами;
- нагрев мышцы при интенсивной работе, так как в конструкции присутствуют соприкасаемые поверхности;
- высокая энергоемкость из-за невозможности применения ферритового сердечника в обмотках устройства;
- сложность конструкции.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности, снижение энергоемкости, за счет наличия сердечника в электромагнитной катушке. Малое сечение провода в катушке с возможным значительным количеством витков провода позволяет расширить эксплуатационные возможности, создать большую гамму подобных устройств, в зависимости от назначения, уменьшить размеры и вес.
Технический результат достигается тем, что в искусственной мышце, содержащей подвижную камеру, камера выполнена в форме цилиндра, изготовленного из эластичного, легкосжимаемого материала, в своем объеме заполненного ферромагнитными металлическими частицами малого размера, к торцу которого крепится соленоид с ферритовым сердечником.
По своему устройству и функциональным возможностям предлагаемое устройство представляет «биологической мышцу», что позволяет расширить область применения устройства и использовать его при производстве протезов конечностей.
Предлагаемое устройство имеет одну камеру, выполненную в форме цилиндра, что позволяет повысить надежность устройства, вследствие отсутствия трущихся частей.
Цилиндр изготовлен из эластичного материала, в своем объеме заполнен ферромагнитными частицами и имеет возможность сжатия и растяжения.
К торцу цилиндра крепится соленоид с ферритовым сердечником, при прохождении по которому электрического тока создается продольное магнитное поле, сжимающее и разжимающее цилиндрическую камеру.
Сущность заявленного изобретения поясняется чертежами:
На фиг. 1 изображен продольный разрез одинарной «искусственной мышцы». На фиг. 2 изображен продольный разрез спаренной «искусственной мышцы».
Искусственная мышца, содержащая подвижную камеру 1, выполненную в форме цилиндра, изготовленного из эластичного, легкосжимаемого материала, в своем объеме заполненного ферромагнитными металлическими частицами малого размера 2, к торцу которого крепится соленоид 3 с ферритовым сердечником 4.
Расположенные внутри цилиндрической камеры 1 ферромагнитные частицы 2 при прохождении тока по катушке притягиваются к катушке и сердечнику соленоида 3. Притягиваемые частицы сжимают пластичный материал «мышцы», она деформируется, создавая продольное усилие и необходимое (как по величине, так и по скорости) перемещение.
Сила притяжения зависит только от силы тока, она может изменяться в широком диапазоне. Величину перемещения «мышцы» легко регулировать изменением величины тока в катушке. При отключении тока «мышца» легко принимает первоначальные размеры и форму.
Кроме того, предлагаемая «мышца», из-за наличия в катушке сердечника и возможности использования обмотки с большим количеством витков провода малого сечения, создает условия для создания сильного продольного магнитного поля при малых токах, что исключает перегрев катушки при интенсивной работе. Совместное сочетание пластичного материала цилиндрической камеры, с расположенными по всему объему в ней ферромагнитными частицами, создает условие для сжатия и растяжения в изменяющемся магнитном поле.
При необходимости увеличения продольного хода «мышцы», ее можно изготовить спаренной (фиг. 2), что увеличивает ход в 2 раза при условии, что цилиндрические камеры (позиция 1) будут одинаковыми. Цилиндрическая форма подвижной камеры является частным случаем и может иметь другую, удобную для заданной конструкции форму, например плоскую или коническую.
Предлагаемую «искусственную мышцу» используют следующим образом: один конец «мышцы» закрепляют жестко или подвижно (например, на шарнире) в механизме, где она применяется, к неподвижной части механизма. Другой конец «мышцы» закрепляют к подвижному суставу или подвижной части механизма, жестко или подвижно. При подаче тока в катушку соленоида происходит плавное или быстрое перемещение рабочего органа механизма на нужное расстояние, в соответствии с изменением тока в катушке. При отключении тока «мышца» возвращает рабочий орган механизма в исходное состояние.
Использование изобретения позволяет повысить надежность, снизить энергоемкость, расширить эксплуатационные возможности устройства, уменьшить размеры и вес.