[发明专利]一种气动人工肌肉

说明书

技术领域

本发明涉及一种气动人工肌肉，尤其是利用压缩空气控制的新型气动人工肌肉，属于气动技术领域。

背景技术

目前为残疾人设计的假肢产品(仿生手臂、仿生腿)，要么结构复杂、价格昂贵，要么在外形上与人体相似但功能简单不实用。造成这种现象的一大主要原因是大多数仿生手臂、仿生腿，采用电机作为驱动器。电机重量大、相对输出功率小的特点，限制了其在假肢产品中的应用。气动人工肌肉是一种具有与生物肌肉特性相似的执行机构，有助于推动假肢产品朝着功能上仿人的方向发展。

随着老龄化社会的到来，护理机器人对于社会无疑是一个福音。仿人柔性机械手是护理机器人中的关键内容。将气动人工肌肉应用于护理机器人仿人柔性机械手的研制中，推动气动技术和机器人技术的发展，具有很高的实用价值。

气动人工肌肉具有广泛的应用，可以应用在机器人领域、辅助医疗器械领域、航空航天领域，军事领域，工业领域。

近十多年，国际上对气动人工肌肉的研究一直没有间断过，不管是研究机构还是商业公司，都有很大的研究兴趣与成果。Bridgestone公司于80年代开始研究并生产气动人工肌肉，并研制具有充分自由度和柔性的机械臂，将它们成功地应用于喷涂机器人和护理机器人。美国Washington大学的C.P.Chou、B.Hannaford等人探讨了气动人工肌肉在医学机械手(如残疾人假肢)上应用的可能性。英国Shadow公司开发的气动人工肌肉是国内外研究和使用最多最广的一种，其外形如下图所示。其优点是结构简单，正因为其结构过于简单，使得该产品难以标准化生产，难以应用到工业环境中。

发明内容

本发明的目的是提供一种由外层编织网，内层膨胀管和机械密封组件组合，利用压缩空气控制，具有与生物肌肉相似特性的新型气动人工肌肉。

本发明的技术方案如下：

一种气动人工肌肉，包括外层编织网、内层膨胀管、密封组件和带通气孔密封组件，外层编织网和内层膨胀管两端对齐，套装在内层膨胀管之外，其原长度比内层膨胀管原长度要长一些，将一端插入密封组件，另一端插入带通气孔密封组件。

所述的外层编织网由无弹性的纤维以交叉螺旋的形式绕制而成。

外层编织网的长度与内层膨胀管长度的比值为10∶6-8。

所述的内层膨胀管由弹性良好、形变量大的乳胶管或橡胶管制成。

所述的密封组件包括密封卡套、密封堵头和连接件，其中密封卡套内壁呈锥面，密封堵头前端具有环状突起，密封卡套和密封堵头由螺纹连接，密封堵头和连接件由螺纹连接；

所述的带通气孔的密封组件包括密封卡套、带气孔密封堵头和通气连接件，其中密封卡套内壁呈锥面，带气孔密封堵头前端具有环状突起、轴心位置设有通气孔，通气连接件轴心位置设有通气孔，并且密封卡套和带气孔密封堵头由螺纹连接，带气孔密封堵头和通气连接件由螺纹连接。

气动人工肌肉是由密封堵头和带气孔密封堵头上的环状突起(321、421)压在密封卡套(31、41)的内壁锥面(311、411)上，由螺纹(312、412)锁紧，将外层编织网和内层膨胀管压紧构成密封。

工作过程为：气动人工肌肉经通气孔和通气孔向气动人工肌肉的内层膨胀管内部充入一定压力的空气，内层膨胀管变形，并迫使外层编织网一同沿径向膨胀，使气动人工肌肉沿径向膨胀，沿轴向收缩，并输出一定的拉力。

气动人工肌肉在收缩量一定的情况下，其内部的压力和输出负载拉力几乎成线性正比关系，即当充气压力一定时，气动人工肌肉收缩量变与输出力成反比关系；气动人工肌肉由于内层膨胀管被拉长变形后具有一定的弹性，所以在不充气时，肌肉仍有力输出，而且这个力是随气动肌肉的初始长度增大而增大的；气动人工肌肉由于外层编织层与内层膨胀管之间的摩擦力引起其特性曲线的滞环。

本发明具有如下优点和效果：本发明结构紧凑，制造简单，安装方便，价格低廉，高度柔性，输出力/自重比大，有效节能，并且具有自缓冲、自阻尼、抗污染等特点。

附图说明

图1为本发明总体结构剖视示意图；

图2是气动人工肌肉的收缩量-力特性曲线；

图3是气动人工肌肉的压力-力特性曲线；

图中：1-外层编织网套、2-内层膨胀管、3-密封组件、4-带通气孔密封组件、32-密封堵头、42-带气孔密封堵头、321、421-环状突起、31、41-密封卡套、311、411-内壁锥面、312、412-螺纹；33-连接件、43-通气连接件、322、422-螺纹孔、423-通气孔、431-通气孔。

具体实施方式