Захватное устройство с управляемой текучей средой - RU2211151C2

Чертежи

Описание

Изобретение относится к захватному устройству, предназначенному для установки на предмете, удерживаемом рукой, и способному обеспечить захват предмета, удовлетворяющий требованиям индивидуального пользователя. В частности, настоящее изобретение относится к захватному устройству, которое заключает в себя управляемую текучую среду, способную отслеживать захват пользователем при воздействии магнитного или электрического силового поля и сохранять этот захват. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу использования такого захватного устройства.

При использовании предмета, который удерживают рукой, например пишущей ручки, бритвы, зажигалки, инструмента и спортивного снаряжения, такого как ракетки для большого тенниса, рекитбола или для настольного тенниса, важно, чтобы пользователь удобно и надлежащим образом удерживал этот предмет. В этом случае пользователь будет лучше управлять предметом без излишней утомляемости его руки. Установлено, что удобство пользователя повышается, когда положение его руки приближается к эргономическому или анатомическому положению.

Делались разнообразные попытки для приведения ручных захватов в соответствие с рукой индивидуального пользователя. Один из обычных подходов заключается в создании ручного захвата с предварительно приданным ему контуром, который соответствует усредненной руке пользователя. Совершенно очевидно, что такой ручной захват с приданным ему контуром не в достаточной степени соответствует отдельным пользователям.

В патентах США 5548848 на имя Huybrechts, 5155878 на имя Dellis, 4934024 на имя Sexton и 4875495 на имя Dellis раскрыт ручной захват, который может быть отформован по заказу для точного соответствия контурам руки пользователя. Эти ручные захваты содержат формуемые материалы, например термопластики. В течение процесса формования термопластики вначале нагревают до температуры плавления, с тем чтобы их можно было подвергнуть формованию для получения желаемой формы. Как только расплавленные термопластики приобретают желаемые очертания, их охлаждают до температуры окружающей среды для затвердевания и получения требуемой формы.

Таким образом, для практического выполнения известных ручных захватов требуются средства нагревания и охлаждения. Обычно формовочный процесс осуществляют на производственном предприятии, либо имеется розничный магазин, где пользователь обычно приобретает изделия. Невозможно, чтобы отдельные пользователи перед каждым использованием проводили регулировку. Поэтому такие ручные захваты непрактичны в отношении предметов, которые требуют частой подстройки контура, производимой пользователем, или предметов, предназначенных для большого количества пользователей.

Следовательно, желательно создать ручной захват, который позволяет устранить вышеуказанные недостатки и легко может быть приведен в соответствии с рукой пользователя.

Настоящее изобретение относится к захватному устройству для предмета, удерживаемого рукой. Захватное устройство содержит оболочку, предназначенную для установки на той части предмета, которую захватывают рукой. Оболочка содержит управляемую текучую среду, например магнитореологические и электрореологические текучие среды. Захватное устройство дополнительно содержит активирующий узел для избирательного воздействия возбуждающего поля на управляемую текучую среду для изменения ее реологических свойств.

Оболочка захватного устройства может представлять собой трубчатый элемент, окружающий часть предмета, захватываемую рукой, либо образует по меньшей мере часть ручного захвата предмета. Оболочка содержит охватывающий элемент, образующий по меньшей мере одну полость для заключения в ней управляемой текучей среды. В предпочтительном варианте осуществления конструкции охватывающий элемент образует большое количество полостных элементов, в которых заключена управляемая текучая среда. Охватывающий элемент может быть изготовлен из уретана.

Активирующий узел захватного устройства может иметь различные формы. В одном из предпочтительных вариантов осуществления конструкции, в котором применяемой управляемой текучей средой является магнитореологическая текучая среда, активирующий узел представляет собой элемент в виде постоянного магнита, установленный с возможностью перемещения относительно трубчатой оболочки. Как вариант, активирующий узел может содержать электромагнитный элемент, расположенный вблизи трубчатой оболочки, и избирательно приводимый в действие силовой источник, предназначенный для подачи энергии к электромагнитному элементу. Электромагнитный элемент предпочтительно представляет собой спиральный элемент, а силовой источник может включать в себя по меньшей мере одну батарею питания и переключатель.

В случае другого предпочтительного варианта осуществления конструкции, когда применяемой управляемой текучей средой является электрореологическая текучая среда, активирующий узел содержит пару электродных элементов и избирательно приводимый в действие силовой источник, предназначенный для подачи энергии к электродным элементам.

Настоящее изобретение также относится к ручным инструментам, например к пишущей ручке, в которой применяют описанное выше захватное устройство. Ручной инструмент содержит корпусную часть с находящейся на ней частью, предназначенной для захвата рукой. Корпусная часть содержит полую камеру, по меньшей мере частично простирающуюся в ручной захват. Оболочку захватного устройства устанавливают на части корпуса, составляющей ручной захват, а активирующий узел предназначен для установки внутри полой камеры. Активирующий узел может представлять собой постоянный магнит, установленный с возможностью скольжения в полую камеру и из нее внутри части, предназначенной для захвата рукой. Как вариант, активирующий узел содержит электромагнитный элемент, установленный внутри полой камеры и по меньшей мере частично окруженный оболочкой, силовой источник для подачи энергии к электромагнитному элементу и переключающий элемент.

Еще в одном предпочтительном варианте осуществления конструкции согласно настоящему изобретению переключающий элемент представляет собой защитный элемент, установленный внутри полой камеры с возможностью скольжения между выключенным положением и включенным положением. В выключенном положении защитное устройство расположено между оболочкой и электромагнитным элементом.

Кроме того, настоящее изобретение относится к способу использования ручного инструмента, имеющего захватное устройство, содержащее управляемую текучую среду, которая может изменять свое состояние от текучего до по существу твердого состояния. Этот способ содержит следующие стадии: (а) удерживание ручного инструмента для отпечатывания персонального захвата на захватном устройстве, в котором управляемая текучая среда находится в текучем состоянии; (b) воздействие возбуждающего силового поля на управляемую текучую среду для изменения ее состояния по существу на твердое состояние для фиксации персонального захвата; (с) сохранение управляемой текучей среды в по существу твердом состоянии с сохранением персонального захвата. Этот способ использования настоящего изобретения может дополнительно содержать стадию (d) отключения возбуждающего поля для восстановления текучего состояния управляемой текучей среды. При желании вышеупомянутые стадии (а)-(d) могут быть повторены.

Вышеупомянутые и другие отличительные признаки, аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из приведенного ниже подробного описания, прилагаемой формулы изобретения, а также прилагаемых чертежей, на которых:
на фиг.1 представлен частичный продольный вид в сечении первого варианта осуществления конструкции захватного устройства согласно настоящему изобретению, используемого в сочетании с пишущей ручкой;
на фиг. 2 представлен продольный вид в сечении второго варианта осуществления конструкции захватного устройства;
на фиг. 3 представлен продольный вид в сечении третьего варианта осуществления конструкции захватного устройства;
на фиг.4 представлен продольный вид в сечении четвертого варианта осуществления конструкции захватного устройства;
на фиг. 5 представлен продольный вид в сечении пятого варианта осуществления конструкции захватного устройства.

На фиг. 1-5 представлены различные захватные устройства и ручные инструменты, в которых воплощены принципы настоящего изобретения. Захватное устройство согласно настоящему изобретению может быть легко и быстро изменено с одного желаемого контура на другой желаемый контур для того, чтобы пользователь был обеспечен удобным ручным захватом. В каждом варианте осуществления конструкции одинаковые элементы обозначены одними и теми же номерами позиций, при этом повторное описание таких элементов не приводится.

Как показано на фигурах, ручной инструмент 1 согласно настоящему изобретению содержит захватное устройство 10, которое частично установлено на корпусной части 12 инструмента. Точнее, корпусная часть 12 инструмента имеет в общем удлиненную форму, а также имеет часть 14, захватываемую рукой. Захватное устройство 10 частично установлено на части 14 ручного захвата. Корпусная часть 12 инструмента имеет наружную стенку 16, которая образует полую камеру 18 для захождения в нее различных элементов, таких как активирующий узел захватного устройства 10, как описано ниже. Полая камера 18 по меньшей мере частично простирается в захватываемую рукой часть 14 корпусной части 12 инструмента.

Понятно, что термин "ручной инструмент" включает в себя различные удерживаемые рукой предметы, например пишущие ручки, бритвы, зажигалки, приспособления, спортивный инвентарь, включающий в себя ракетки, а также манипуляционные рукоятки для разнообразного иного оборудования. Во всех этих предметах 12, удерживаемых рукой, может быть использовано захватное устройство 10 согласно настоящему изобретению, причем как содержащее незначительные изменения, так и не содержащее никаких изменений.

Хотя настоящее изобретение имеет многообразное применение, здесь оно представлено главным образом применительно к пишущей ручке 12, что показано на фигурах. Пишущая ручка 12 в основном включает в себя цилиндр 16, соответствующий наружной стенке 16 корпусной части инструмента, а также патрон 19 с чернилами, расположенный внутри полой камеры 18.

Захватное устройство 10 согласно настоящему изобретению имеет оболочку 20 и активирующий узел 40. Оболочка 20 предназначена для установки на захватываемой рукой части 14 пишущей ручки 12, как показано на фиг.1. Внутри оболочки 20 содержится управляемая текучая среда 22. Активирующий узел 40 обладает способностью избирательного воздействия силового поля на управляемую текучую среду 22, с тем чтобы изменить ее реологические свойства, например динамический предел текучести и вязкость. При воздействии такого силового поля вязкость управляемой текучей среды увеличивается до такого значения, что фактически эта среда становится твердой, то есть происходит "замерзание" управляемой текучей среды 22. Таким образом, форма оболочки 20 сохраняется до тех пор, пока не будет отведен активирующий узел 40.

Управляемая текучая среда 22, используемая в настоящем изобретении, предпочтительно представляет собой материал, который реагирует на воздействующее магнитное или электрическое силовое поле изменением своих реологических свойств, таких как динамический предел текучести и вязкость. Точнее, управляемая текучая среда 22 может представлять собой магнитореологическую текучую среду, которая, как известно, включает в себя суспензию из намагничиваемых частиц микронного размера. Магнитореологические текучие среды в их текучем состоянии имеют относительно низкую вязкость и могут свободно течь при отсутствии воздействия магнитного силового поля. Однако при воздействии магнитного силового поля магнитореологические текучие среды реагируют на это значительными изменениями динамического предела текучести и вязкости, при этом они сгущаются и развивают управляемое напряжение пластического течения. Соответственно поток управляемой текучей среды внутри оболочки 20 по существу прекращается вследствие повышения вязкости и динамического предела текучести.

Магнитореологическую текучую среду, предназначенную для использования в настоящем изобретении, получают от Lord Corporation на 405 Gregson Drive, Gary, NC27511. В частности, предпочтительны магнитореологические текучие среды на водной основе, поскольку с такими текучими средами легче обращаться. Совместно с настоящим изобретением также могут быть использованы и другие магнитореологические жидкости.

Управляемая текучая среда 22, используемая в настоящем изобретении, также может представлять собой электрореологическую текучую среду. Известно, что электрореологические текучие среды представляют собой густые суспензии из небольших поляризуемых частиц в вязких изоляционных жидкостях. Когда на такие суспензии воздействуют электрические силовые поля, их кажущаяся вязкость увеличивается. Следовательно, сгущением электрореологических текучих сред можно управлять. Используемые с настоящим изобретением электрореологические текучие среды также могут быть получены от Lord Corporation.

Оболочка 20 захватного устройства 10 предназначена для установки на пишущей ручке 12, окружая и покрывая значительный участок ее части 14, предназначенной для захвата рукой. Оболочка 20 может иметь различные конструкции, которые могут заключать в себе управляемые текучие среды 22. В представленных вариантах осуществления конструкции она обычно имеет трубчатую форму, при этом ее внутренней поверхности приданы такие размеры, чтобы она плотно устанавливалась на части 14, предназначенной для ручного захвата, с тем чтобы закрепить оболочку 20 на пишущей ручке 12. Оболочка 20 может иметь охватывающий элемент 24 для герметичной изоляции управляемой текучей среды 22. Охватывающий элемент 24 образует полостной элемент 26, например в целом кольцеобразный полостной элемент 26, показанный на фиг.1. В варианте осуществления конструкции, показанном на фиг. 2, охватывающий элемент 24 оболочки 20 образует большое количество полостных элементов 26, заключающих в себе управляемую текучую среду 22. Предпочтительно, чтобы охватывающий элемент 24 был изготовлен из гибкого материала, например из уретана.

Как вариант, оболочка 20 может составлять по меньшей мере часть захватываемой рукой части 14 пишущей ручки 12. Как показано на фиг.4, оболочка 20 заменяет захватываемую рукой часть 14 и становится частью цилиндра 16 пишущей ручки 12. В этом случае пишущая ручка 12 имеет гладкую наружную поверхность. При выполнении такой конструкции целесообразно выполнить оболочку 20 с достаточной жесткостью, требуемой для цилиндра пишущей ручки. В предпочтительном варианте осуществления конструкции охватывающий элемент 24 оболочки 20 главным образом изготовлен из жесткого материала с гибким участком, находящимся в его наружной поверхности.

Активирующий узел 40 захватного устройства 10 способен обеспечить воздействие силового поля на управляемую текучую среду 22, заключенную в оболочке 20. Воздействующее силовое поле действует таким образом, чтобы повысить вязкость управляемой текучей среды 22, с тем чтобы управляемая текучая среда 22 изменила свое первоначальное текучее состояние на фактически твердое состояние. Таким образом управляемая текучая среда 22 загустевает с сохранением своей формы, пока на нее воздействует прилагаемое силовое поле. В зависимости от типа используемой текучей среды 22 активирующий узел 40 может генерировать либо магнитное силовое поле, воздействующее на магнитореологическую текучую среду, как показано на фиг.1-4, либо электрическое силовое поле, воздействующее на электрореологическую текучую среду, как показано на фиг. 5. Кроме того, воздействующие магнитное или электрическое силовые поля могут быть генерированы различными способами в соответствии с различными вариантами осуществления конструкции активирующего узла 40, который описан ниже.

Предпочтительно, чтобы активирующий узел 40 был расположен в полой камере 18 пишущей ручки 12. Как показано на фиг.1, активирующий узел 40 представляет собой постоянный магнит 42. Постоянный магнит 42 представляет собой трубчатый элемент, свободно перемещающий патрон 19 с чернилами пишущей ручки 12 внутри полой камеры 18. Постоянный магнит 42 установлен таким образом, чтобы он мог перемещаться относительно трубчатой оболочки 20. Перемещение постоянного магнита 42 по стрелке 45 может быть выполнено посредством втулочного элемента 43, который соединяет магнит 42 с приводным элементом (не показан), расположенным вблизи от верхнего конца пишущей ручки 12.

Когда постоянный магнит 42 перемещен в положение, показанное на фиг.1, он воздействует магнитным силовым полем на магнитореологическую текучую среду 22 для ее "загущения" и перехода в по существу твердое состояние. С другой стороны, когда постоянный магнит 42 отведен из этого положения, также отводится и магнитное силовое поле. После этого магнитореологическая текучая среда 22 возвращается в свое первоначальное текучее состояние.

На фиг.2-4 представлен другой способ создания магнитного силового поля. В этих вариантах осуществления конструкции активирующий узел 40 включает в себя электромагнитный элемент 44, который предпочтительно представляет собой спиральный элемент. Электромагнитный спиральный элемент 44 неплотно окружает патрон 19 с чернилами пишущей ручки 12 и расположен вблизи от трубчатой оболочки 20. В противоположность описанному ранее постоянному магниту 42 спиральный элемент 44 предпочтительно установлен неподвижно по отношению к оболочке 20 посредством разнообразных обычных средств, известных квалифицированным специалистам в этой отрасли.

Кроме того, активирующий узел 40 включает в себя избирательно приводимый в действие силовой источник 46 для подачи энергии к электромагнитной спирали 44. Силовой источник 46 может содержать батарейный узел 48, используемый совместно с переключающим элементом 50, как показано на фиг.2. Батарейный узел 48 включает в себя ряд батарей питания 48а, как показано на фиг.2 и 3, либо упаковку батарей питания 48b, как показано на фиг.4. Как вариант, вместо батарейного узла 48 может быть использовано множество солнечных элементов.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции, который показан на фиг.2, переключающий элемент 50 представляет собой переключатель включения/выключения, который установлен с наружной стороны цилиндра 16 пишущей ручки 12. Силовой источник 46, включающий в себя узел 48 из батарей питания и переключатель 50 включения/выключения, электрически подключен к электромагнитному спиральному элементу 44 для формирования замкнутой цепи 44, 46. Пользователь может приводить в действие переключатель 50 включения/выключения для соединения цепи 44, 46, а следовательно, для создания магнитного силового поля, воздействующего на магнитореологическую текучую среду 22. Как вариант, переключатель 50 включения/выключения может быть приведен в действие для отсоединения цепи 44, 46, чтобы прекратить воздействие магнитного силового поля.

Еще в одном варианте осуществления конструкции, который показан на фиг. 3, переключающий элемент 50 представляет собой защитный элемент. Защитный элемент 53 имеет втулкообразную форму и с возможностью скольжения установлен внутри полой камеры 18 пишущей ручки 12. Защитный элемент 53 имеет возможность перемещения между выключенным положением и включенным положением. В выключенном положении защитный элемент расположен между оболочкой и электромагнитным элементом, как показано на фиг.3 при этом защитный элемент 53 блокирует действующее силовое поле, так чтобы оно не воздействовало на управляемую текучую среду 22. Когда защитный элемент 53 перемещен в направлении стрелки 51 из выключенного положения во включенное положение, магнитное или электрическое силовое поле, созданное активирующим узлом 40, воздействует на управляемую текучую среду 22 для ее загущения, что обсуждалось выше.

В предпочтительном варианте осуществления конструкции, показанном на фиг. 4, дополнительно установлен реометр 52 для изменения загущения магнитореологической текучей среды 22. Реометр 52 также электрически соединен с цепью 44, 46 и включает в себя элемент 54 со шкалой, расположенный с наружной стороны цилиндра 16 пишущей ручки 12. Таким образом, пользователь может произвести настройку элемента 54 со шкалой для изменения тока, текущего к электромагнитному спиральному элементу 44, чтобы изменить вязкость магнитореологической текучей среды 22. Реометр 52 также может понизить электрический ток до нуля, чтобы прервать цепь 44, 46. В этом случае реометр 52 действует подобно переключателю 50 включения/выключения, который обсуждался выше.

На фиг.5 представлен активирующий узел 40, предназначенный для создания силового электрического поля, воздействующего на электрореологическую текучую среду 22, и герметично установленный в оболочке 20. Активирующий узел 40 содержит пару электродных элементов 56, расположенных на концах оболочки 20. В предпочтительном варианте осуществления конструкции электродные элементы 56 представляют собой пару дисковых электродов. Кроме того, избирательно приводимый в действие силовой источник 46, подобный описанному выше силовому источнику, подает энергию к электродным элементам 56. Когда пользователь приводит в действие переключающий элемент 50 или реометр 52, силовой источник 46 создает электрическое поле между электродными элементами 56. Затем оказывают воздействие электрического поля на электрореологическую текучую среду 22, с тем чтобы вызвать ее загущение. Как вариант, переключающий элемент 50 или реометр 52 может быть приведен в действие для отсоединения силового источника 46, а следовательно, снятия электрического поля с электрореологической текучей среды 22.

Когда используют ручной инструмент 1, такой как пишущая ручка 12, которая изображена на чертежах, пользователь вначале удерживает захватное устройство 10 пишущей ручки 12 так, как он удерживал бы обычную ручку. Пальцы пользователя обеспечивают оттиск уникального захвата на захватном устройстве 10, при этом управляемая текучая среда 22 находится в текучем состоянии.

Затем пользователь может обеспечить воздействие силового поля на управляемую текучую среду 22 для изменения ее состояния на по существу твердое состояние и таким образом зафиксировать конкретный захват. Как описано выше, воздействующее силовое поле может быть создано посредством скольжения постоянного магнита 42 для его совпадения с оболочкой 20, как показано на фиг.1, приведения в действие переключателя 50 включения/выключения для соединения цепи 44, 46, как показано на фиг.2, или перемещения защитного элемента 53 в его отключенное положение. Возбуждающее поле обеспечивает изменение жидкого первоначального состояния управляемой текучей среды 22 на по существу твердое состояние, с тем чтобы сохранить конкретный захват. Таким образом, формируется требуемый персональный захват, который может обеспечить для пользователя большее удобство и лучшее управление пишущей ручкой 12.

Такой требуемый персональный захват может быть сохранен, пока налагаемое силовое поле действует на управляемую текучую среду 22. При этом может быть обеспечен удобный захват для пользователя в течение продолжительного периода времени. Когда требуемый захват должен быть прекращен пользователем, он легко может быть устранен путем отключения воздействующего силового поля, как описано выше. Как только воздействующее силовое поле отключается, управляемая текучая среда 22 возвращается в свое первоначальное текучее состояние и становится податливой для обеспечения новых оттисков. Если для того же самого или другого пользователя желательно обеспечить иной требуемый захват, пользователь просто повторяет описанные выше стадии.

Приведенное выше описание лишь иллюстрирует принцип настоящего изобретения. Следует иметь в виду, что изобретение не ограничено точно той конфигурацией, которая здесь представлена и описана. Соответственно все возможные модификации, которые легко могут быть получены квалифицированным специалистом в этой отрасли на основании приведенного здесь содержания и которые находятся в пределах объема и существа настоящего изобретения, должны быть включены в изобретение в качестве дополнительных вариантов его осуществления. При этом объем настоящего изобретения определяется тем, что указано в прилагаемых пунктах формулы изобретения.

Реферат

Изобретение относится к захватному устройству для предмета, удерживаемого рукой, например пишущей ручки, бритвы, инструмента и спортивного инвентаря, ручному инструменту, содержащему установленное на нем захватное устройство, и способу использования ручного инструмента, имеющего захватное устройство. Захватное устройство состоит из оболочки, содержащей управляемую текучую среду, для установки на части предмета, захватываемой рукой, и активирующего узла для избирательного воздействия силового поля на управляемую текучую среду для изменения ее реологического состояния. Предложенное захватное устройство повышает удобство пользователя, приближая положение его руки к эргономическому или анатомическому положению, а также снижает излишнюю утомляемость руки при пользовании предметом. 3 с. и 19 з.п. ф-лы, 5 ил.

Формула