آلية مطاوعة

تطبيقاتها

وفي هذا الصدد، ناقل الحركة المرن أو ناقل الحركة اللين، والذي يستعمل غالبًا لقرن محرك كهربائي بآلة (مثلًا: مضخة)، هو أحد الأمثلة. يتألف ناقل الحركة من «عنكبوت» مطاطية كامنة بين قابضين معدنيين. يكون أحد القابضين مثبتًا بعمود المحرك والآخر بعمود المضخة. مرونة الجزء المطاطي تعوض عن أي اختلال في محاذاة المحرك والمضخة.

ومن جهة أخرى، يعود بعض أقدم الاستخدامات للبنى المطاوعة إلى عدة ألفيات مضت. من أقدم الأمثلة القوس والنشاب. استعملت بعض تصميمات المجانيق كذلك مرونة الذراع لتخزين الطاقة وإطلاقها لإطلاق المقذوفة لمسافات أكبر. حاليًّا، تستعمل الآليات المطاوعة في الكثير من المجالات كالبنى المتكيفة والأجهزة الحيوية الطبية. يمكن استخدام الآليات المطاوعة لصناعة آليات متكيفة ذاتيًّا، ويشيع استخدامها في عملية الإمساك في مجال الروبوتات. بما أن الروبوتات تتطلب دقة مرتفعة ولها مجال محدود، كانت هناك أبحاث موسعة في الآلات المطاوعة في الروبوتات. الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرية من التطبيقات الأساسية للآليات المطاوعة. تستغل الأنظمة الكهروميكانيكية الصغرية عدم حاجتها للتجميع والشكل المستوي البسيط للبنية التي يمكن تصنيعها بسهولة باستخدام الطباعة الحجرية الضوئية.

طريقة إيجاد البنية المثلى

علاوةً على ذلك، تُبتكر تقنيات أخرى لتصميم هذه الآليات. الآليات المطاوعة المصنوعة في مستوٍ والتي لها حركة تنشأ (تنبثق) من مستوٍ ما تعرف باسم الآليات المنبثقة من الصفائح.

مزاياها

ومن جهة أخرى، في هذه الطريقة، تستعمل الطرق الحسابية لإيجاد الطوبولوجيا المثلى للبنية. يُدخل كل من الحمل المتوقع والحركة المرغوبة ونقل القوة وتجري أمثَلة النظام للإجهادات الصغرى، والوزن، والدقة. تجعل الطرق الأكثر تقدمًا التركيبة التحتية للوصلات مثاليةً أولًا ثم تجعل الطوبولوجيا المحيطة بتلك التركيبة مثاليةً فيما بعد. تركز تقنيات الأمثَلة الأخرى الأمثَلة الطوبولوجية للمفاصل المرنة عن طريق أخذ آلية جاسئة كدخل والاستعاضة عن كل المفاصل الجاسئة بالمفاصل المرنة المحسنة المستمثَلة. للتنبؤ بسلوك البنية، يجرى تحليل العناصر المنتهية للجهد لإيجاد التشوه والإجهادات على كل البنية.

الطريقة الحركية

وفي هذا السياق، يمكن استخدام التحليل الحركي لتصميم آلية مطاوعة عن طريق صنع نموذج جسم صلب زائف للآلية. في هذا النموذج، تنمذج الأجزاء المرنة على شكل وصلات جاسئة ترتبط بمفاصل دورانية مع نوابض فتل. يمكن نمذجة بنى أخرى على شكل مزيج من الوصلات الجاسئة، والنوابض، والمخمدات.

هناك مزيتان أساسيتان لاستخدام الآليات المطاوعة

من جهة ثانية، الأداء الأفضل: بسبب عدم وجود تركيبة من القطع، لا تعاني الآليات المطاوعة من ظواهر كالارتجاع أو الاهتراء من تلامس الأسطح؛ لذا فهي لا تحتاج تشحيمًا. بسبب استخدام العناصر المرنة، يمكن للآليات المطاوعة بسهولة تخزين الطاقة لإطلاقها في وقت لاحق أو تحويلها لشكل آخر من أشكال الطاقة.

في هذا الإطار، الكلفة المنخفضة: تتكون الآلية المطاوعة عادةً من بنية وحيدة تخفض وقت التصنيع والتجميع وتخفض عدد القطع المطلوبة. يمكن تصنيع بنية مطاوعة بقطعة واحدة عن طريق التشكيل بالحقن، أو البثق، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد، من بين طرق أخرى. يجعل هذا التكاليف أقل نسبيًّا.

مساوئها

وفي السياق ذاته، بسبب طبيعة المفاصل المرنة، لا يمكن لآلية مطاوعة صرفة تحقيق حركة مستمرة كمفصل عادي. النطاق الكامل للآلية يعتمد على المادة وهندسة البنية. كذلك، القوى المطبقة من الآلية محدودة بالأحمال التي يمكن للعناصر البنيوية تحملها دون الانهيار الميكانيكي. بسبب شكل المفاصل المرنة، فهي تميل لأن تكون مواقع لتركيز الإجهادات. هذا، إلى جانب حقيقة أن الآليات عادةً ما تؤدي حركة دورية أو متكررة، يمكن أن يسبب الكلال وفي النهاية انهيار البنية. كذلك، ولأن بعض الطاقة المدخلة أو كلها تخزن في البنية لبعض الوقت، لا يعاد إطلاق كل هذه الطاقة كما هو مرغوب. ولكن يمكن لهذا أن يكون خاصية مرغوبًا بها لتخميد النظام.

طرق تصميمها

تصمم البنى المطاوعة عادةً باستخدام طريقتين: