CN101850551B - 双体人工肌肉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种机器人肢体用人工肌肉，双体人工肌肉，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有双环双向圆柱螺旋弹簧，在双环双向圆柱螺旋弹簧形成的两个空腔内分别设有两个胶囊，构成并联管状物，在下端盖上分别设有一个流体入口，以充入流体每个流体入口处设有节流环，本发明优点在于，双体充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹，当双体充入非等压流体时，可实现双向主动弯曲，其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本发明具有很高的推广应用价值，具有很好的市场前景。

Description

双体人工肌肉
技术领域
本发明涉及一种机器人肢体用人工肌肉。
背景技术
目前，人工肌肉作为仿生关节和机械手的驱动元件，广泛应用于机器人领域、医疗领域、军事领域和工业领域。人工肌肉有流体驱动和电磁驱动两种类型。流体驱动的人工肌肉，功率重量比大，控制方便、灵活，柔性和缓冲性能好，一直是研究的热点，中国专利ZL200810116379.7公开一种径向膨胀型人工肌肉，中国专利ZL97110134.5公开一种轴向伸长型人工肌肉。径向膨胀型人工肌肉，体积大，在小关节上应用受到限制，已有的轴向伸长型人工肌肉，采用高分子弹性材料夹有高强度纤维制成，成管状结构，这种复合结构内腔充气时，纤维构成的螺旋结构会绕其轴线发生扭转，会造成机器人执行端，如手、脚错位，影响其操作准确度，为了降低其影响，则可加大包复层刚度，若橡胶刚度大于螺旋结构刚度时，形成内力加大，影响肌肉的使用寿命；由于管壁采用复合结构，制造困难，工艺要求高，价格较贵，其应用也受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型双体人工肌肉。
一种双体人工肌肉，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有双环双向柱形螺旋弹簧，在双环双向柱形螺旋弹簧形成的两个空腔内分别设有一个胶囊，构成并联管状物，在下端盖上分别设有一个流体入口，以充入流体，在每个流体入口处设有节流环，使之具有自缓冲、自阻尼功能，保证双体人工肌肉动作平稳、柔缓；所述双环双向柱形螺旋弹簧，设有一根弹簧丝，弹簧呈多层分布，每层甲段成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段；乙段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段；丙段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段；丁段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双环双向柱形螺旋弹簧的另一层；双环双向柱形螺旋弹簧至少为一层；
本发明优点在于，双体充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹；当双体充入非等压流体时，可实现双向主动弯曲，其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本发明具有很好的推广应用价值和良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明双环双向柱形螺旋弹簧示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明作出进一步地详细描述。
如图1所示，本发明外层为双环双向柱形螺旋弹簧3，在弹簧形成的空腔内分别设有1个胶囊2，由上端盖1和下端盖4分别将其连成一体，在下端盖4的流体入口5处设有节流环6；外层弹簧与内层胶囊2同轴紧密套装在一起，上端盖1、下端盖4与内层胶囊2压注或机械加工成一体。
外层双环双向柱形螺旋弹簧3，由一根弹簧丝绕成，形成并联筒状结构，横截面为“8”字形，为多层结构，每层甲段11成半圆形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段12；乙段12的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成半圆形，再逆时针方向上弯，进丙段13；丙段13的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成半圆形，顺时针方向上弯，进丁段14；丁段14的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成半圆形顺时针方向上弯，进入双环双向柱形螺旋弹簧的另一层；弹簧3束缚胶囊2径向膨胀，不限制轴向伸长，卸压后辅助回弹，改变弹簧3参数，可以改变人工肌肉的力学特性。所述弹簧，可用钢、铝合金、铜合金等金属材料或ABS、纤维、碳素等工程塑料制成。
所述胶囊2，可用弹性良好，形变量大的耐疲劳的橡胶制成，如天然橡胶、丁苯橡胶、有机硅橡胶。上端盖1、下端盖4可用金属材料或工程塑料制成，带螺纹通孔的下端盖4，安装通入压力流体的密封接头，通过其外侧卡槽可以与相应关节相连，上端盖1顶部设有内螺纹孔，以螺钉方式与相应关节相连。
使用时，通过下端盖4连接的管接头向人工肌肉注入流体，双体充入等压流体时，胶囊2受压、变形相同，由于有外层弹簧3束缚，胶囊2沿轴向伸长，输出一定推力，卸压时人工肌肉缩短；当双体充入非等压流体时，两只胶囊2轴向伸长量不相同，整体弯曲。

Claims (2)

1.一种双体人工肌肉，包括上端盖(1)和下端盖(4)，上端盖(1)处设螺旋孔，在下端盖(4)设有流体入口(5)，该流体入口(5)用于充入压缩空气或水，其特征在于：在上端盖(1)和下端盖(4)之间，设有双环双向柱形螺旋弹簧(3)，在双环双向柱形螺旋弹簧(3)形成的两个空腔内分别设有胶囊(2)，构成并联管状物；所述双环双向柱形螺旋弹簧(3)设有一根弹簧丝，弹簧呈多层分布，每层甲段(11)成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段(12)；乙段(12)的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段(13)；丙段(13)的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段(14)；丁段(14)的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双环双向螺旋弹簧的另一层。
2.按照权利要求1所述双体人工肌肉，其特征在于，在流体入口(5)处设有节流环(6)。
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