CN101717064B - 一种仿生伸缩基体单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及微机电技术领域，特别是一种仿生伸缩基体单元，在弹性伸缩壳体内，由永磁体构成的滑柱经金属导管后端伸入金属导管中并与金属导管的内管壁滑动配合，导管的前端和滑柱的后端分别向前、后方穿出弹性伸缩壳体的前、后开口，且弹性伸缩壳体前、后开口端分别固接在金属导管的外管壁和滑柱上，弹性伸缩壳体的拉伸长度与滑柱在导管内往复行程相配合；缠绕在金属导管外周壁上的电磁线圈被弹性伸缩壳体罩住，电磁线圈的两端与电源正、负级对应配合连接；伸缩基体单元的滑柱后端设置着卡销，金属导管前端内管壁设置着与所述卡销具有相互配合结构的卡孔。本发明可模仿动物肌肉组织伸缩而运动的功能，使类人机器人等四肢机械的活动更加灵活和自如。

Description

一种仿生伸缩基体单元
技术领域
本发明涉及微机电技术领域，特别是一种仿生伸缩基体单元。
背景技术
现有诸多动力机械主要依靠电动机、发动机或液压马达来驱动，特别在许多工厂中的工业机器人都依靠电机来驱动，这使得机器人的机械臂的关节活动方式受到限制。此外，现有机器人相关的研究只是设法在如何改变类人机器人或其它类四肢动物机械的行走平衡，控制等相关领域，其仿生程度比较低，类人机器人或其它类四肢动物机械等行走等活动方式僵硬，也使其灵活性受到限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生伸缩基体单元，它能够起到模仿动物肌肉组织伸缩而运动的功能，充分应用于类人机器人或类其它四肢动物机械技术中，使类人机器人或类其它四肢动物机械的活动更加灵活和自如。
本发明的目的是这样实现的：一种仿生伸缩基体单元，由滑柱、金属导管、弹性伸缩壳体和电磁线圈构成伸缩基体单元，在弹性伸缩壳体内，由永磁体构成的滑柱经金属导管后端伸入金属导管中并与金属导管的内管壁滑动配合，导管的前端和滑柱的后端分别向前、后方穿出弹性伸缩壳体的前、后开口，且弹性伸缩壳体前、后开口端分别固接在金属导管的外管壁和滑柱上，弹性伸缩壳体的拉伸长度与滑柱在导管内往复行程相配合；缠绕在金属导管外周壁上的电磁线圈被弹性伸缩壳体罩住，电磁线圈的两端与电源正、负级对应配合连接；伸缩基体单元的滑柱后端设置着卡销，金属导管前端内管壁设置着与所述卡销具有相互配合结构的卡孔。
本发明原理为：在每个仿生伸缩基体单元中，由永磁体构成的滑柱被缠在导管外管壁上的电磁线圈产生的磁力在导管内来回滑动，其仿生伸缩基体单元的结构类似于肌肉细胞的伸缩功能，模仿每个肌肉细胞伸缩的原理，使每个仿生伸缩基体单元集群同时协作而往复伸缩组成仿生伸缩组织，可应用在类人机器人或其它类四肢动物机械技术领域当中。本发明能够起到模仿动物肌肉组织伸缩而运动的功能，充分应用于类人机器人或类其它四肢动物机械技术中，使类人机器人或类其它四肢动物机械的活动更加灵活和自如。
附图说明
图1是本发明每个仿生伸缩基体单元处于伸展状态的剖视结构示意图；
图2是本发明每个仿生伸缩基体单元处于收缩状态的剖视结构示意图；
图3是本发明两个仿生伸缩基体单元连接的剖视结构示意图；
图4是本发明由伸缩基体单元连接构成的仿生伸缩链和仿生伸缩链组成的仿生伸缩组织的结构示意图。
具体实施方式
一种仿生伸缩基体单元，如图1至图4所示，由滑柱6、金属导管7、弹性伸缩壳体2和电磁线圈3构成伸缩基体单元，在弹性伸缩壳体2内，由永磁体构成的滑柱6经金属导管7后端伸入金属导管7中并与金属导管7的内管壁滑动配合，导管7的前端和滑柱6的后端分别向前、后方穿出弹性伸缩壳体2的前、后开口，且弹性伸缩壳体2前、后开口端分别固接在金属导管7的外管壁和滑柱6上，弹性伸缩壳体2的拉伸长度与滑柱6在导管7内往复行程相配合；缠绕在金属导管7外周壁上的电磁线圈3被弹性伸缩壳体2罩住，电磁线圈3的两端与电源正、负级对应配合连接；伸缩基体单元的滑柱6后端设置着卡销10，金属导管7前端内管壁设置着与所述卡销10具有相互配合结构的卡孔9。
如图4所示，每个上述伸缩基体首、尾连接成排，即相邻伸缩基体单元其滑柱6前端与另一个伸缩基体的金属导管7后端相互配合连接构成仿生伸缩链；由仿生伸缩链相配合形成仿生伸缩组织，其中，仿生伸缩组织中的每个伸缩基体单元其电磁线圈3之间相互并联构成该仿生伸缩组织的电源输入两端，此电源输入两端与电源相配合。当然，在相邻两仿生伸缩链当中，一仿生伸缩链的伸缩基体单元相对于另一仿生伸缩链的伸缩基体单元交错排列，并可通过柔韧性好的人造仿生软体材料相连接，使之结构更紧凑，相互不离散。
金属导管7由钛合金构成。弹性伸缩壳体2由弹性耐磨橡胶构成。弹性伸缩壳体2前、后开口端分别固接导管7和滑柱6上各自设置的前挡环8、后挡环4；前挡环8、后挡环4分别与滑柱6在导管7内的往复行程相配合。电磁线圈3的线芯由铜构成。
如图1至图4所示，本发明弹性伸缩壳体2整体采用弹性塑胶制造，图1是没有电流原始状态下图是通电后的收缩状态，如多个仿生伸缩基体单元连接就会形成类似肌肉组织的仿生伸缩组织。
综上所述，本发明结合仿生技术、机械、电磁、电子控制、润滑结构等相关方面领域的发展现状，利用现代高新微机电和微加工技术，最终能做成微米级以下的尺寸，如同制造集成大规模集成电路一样，如有成千上万的仿生伸缩基体单元连接起来，就会形成总长度超过25％的机械运动行程，将这些机械式仿生伸缩组织附着在如类人机器人或其它类四肢动物机械的铰接的金属骨骼或金属骨架上，就可以使上述类人机器人或其它类四肢动物机械更加灵活自如。
当多股仿生伸缩组织附着在铰接的机械臂上时，仿生伸缩基体单元电磁线圈两端同电源连接，电流的大小会产生磁场，磁场将吸引中间的动块移动，使弹性伸缩壳体2产生变形，形成位移行程。如图2即是收缩后的状态，仿生伸缩基体单元完成一个动作后释放电流，仿生伸缩基体单元将复原，如有其他外力不能复原，就需另一股如肌肉组织起拉伸或收缩作用的仿生伸缩组织拉伸，因为机械臂则在其中承担杠杆的作用。如图1和图2为伸展和收缩的状态。
本发明通过电流的控制实现各种运动，即便是有个别伸缩基体单元出现故障，也不会影响整体动作和运动。通过电信号对电流的控制类似对神经刺激的响应，如图4是众多仿生伸缩基体单元相互连接的示意图，供电电源须采用并联连接。每股仿生伸缩组织只须改变其长度就能够准确地控制其施加的力量，相互之间的连接采用柔性连接即柔软并且可以改变方向；同时，仿生伸缩组织表现出比例恒定的属性：对于各种尺寸大小的仿生伸缩组织，其机理都一样，相同的仿生伸缩组织，如果其仿生伸缩基体单元的数量能大幅增加，将赋予机械臂非常大的伸缩力量。因此，对于难以制作以电动马达驱动的机械，本发明可作为一种革新的微机电组织大范围应用于各种生产技术领域。

Claims (5)

1.一种仿生伸缩基体单元，其特征是：由滑柱(6)、金属导管(7)、弹性伸缩壳体(2)和电磁线圈(3)构成伸缩基体单元，在弹性伸缩壳体(2)内，由永磁体构成的滑柱(6)经金属导管(7)后端伸入金属导管(7)中并与金属导管(7)的内管壁滑动配合，导管(7)的前端和滑柱(6)的后端分别向前、后方穿出弹性伸缩壳体(2)的前、后开口，且弹性伸缩壳体(2)前、后开口端分别固接在金属导管(7)的外管壁和滑柱(6)上，弹性伸缩壳体(2)的拉伸长度与滑柱(6)在导管(7)内往复行程相配合；缠绕在金属导管(7)外周壁上的电磁线圈(3)被弹性伸缩壳体(2)罩住，电磁线圈(3)的两端与电源正、负级对应配合连接；伸缩基体单元的滑柱(6)后端设置着卡销(10)，金属导管(7)前端内管壁设置着与所述卡销(10)具有相互配合结构的卡孔(9)。
2.根据权利要求1所述的仿生伸缩基体单元，其特征是：金属导管(7)由钛合金构成。
3.根据权利要求1所述的仿生伸缩基体单元，其特征是：弹性伸缩壳体(2)由弹性耐磨橡胶构成。
4.根据权利要求1所述的仿生伸缩基体单元，其特征是：弹性伸缩壳体(2)前、后开口端分别固接导管(7)和滑柱(6)上各自设置的前挡环(8)、后挡环(4)；前挡环(8)、后挡环(4)分别与滑柱(6)在导管(7)内的往复行程相配合。
5.根据权利要求1所述的仿生伸缩基体单元，其特征是：电磁线圈(3)的线芯由铜构成。
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