CN102642611B - 一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构 - Google Patents

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Abstract

一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，它涉及一种主动变形蒙皮结构。本发明为了解决现有的蒙皮材料或结构变形均是被动的，需要在变形机翼的内部搭配复杂的机械传动机构或驱动结构，存在结构复杂、重量代价大等问题。所述多个气动肌纤维平行设置且插装在柔性基体内，所述多个气动肌纤维的前端连同柔性基体的前端与第一连接部件连接，气动肌纤维的后端连同柔性基体的后端与第二连接部件连接；每个气动肌纤维由橡胶囊体和用于保形的编织网筒构成，所述用于保形的编织网筒套装在橡胶囊体上。本发明同现在广泛采用的鱼鳞叠片或柔性蒙皮材料相比，具有驱动结构简单、重量轻、驱动/变形/承载一体化等优点。

Description

一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构
技术领域
本发明具体涉及一种主动变形蒙皮结构，属于可变形飞行器技术领域。
背景技术
可变形飞行器技术已成为当今航空领域研究的热点，可变形蒙皮技术无疑是其中最为关键的技术之一。目前，可变形飞行器研究所采用的变形蒙皮主要有三类。第一类是弹性区间极大的橡胶类材料，通过材料自身的弹性变形就可以实现蒙皮的变形功能；第二类是通过滑动或转动机构来实现变形的蒙皮结构，比如“鱼鳞叠片”变形蒙皮；最后一类是变形结构和硅橡胶材料复合而成的蒙皮结构，比如可变形蜂窝和波纹板。总而言之，现有的蒙皮材料或结构变形均是被动的，需要在变形机翼的内部搭配复杂的机械传动机构或驱动结构，存在结构复杂、重量代价大等缺点。如果能够在变形蒙皮内部埋入驱动器，那么就可以实现蒙皮的主动变形，简化驱动机构或结构，从而达到蒙皮结构驱动/变形/承载一体化设计的目的。现有技术中没有提供这样的技术方案。
发明内容
本发明针对有的蒙皮材料或结构变形均是被动的，需要在变形机翼的内部搭配复杂的机械传动机构或驱动结构，存在结构复杂、重量代价大等问题，进而提出了一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构。本发明将气动肌纤维埋入到变形蒙皮内部，从而实现了蒙皮结构驱动/变形/承载的一体化设计。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明所述的基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构包括多个气动肌纤维；所述主动变形蒙皮结构还包括柔性基体、第一连接部件和第二连接部件；所述多个气动肌纤维平行设置且插装在柔性基体内(即柔性基体填充在气动肌纤维之间的空隙)，所述多个气动肌纤维的前端连同柔性基体的前端与第一连接部件连接，气动肌纤维的后端连同柔性基体的后端与第二连接部件连接；每个气动肌纤维由橡胶囊体和用于保形的编织网筒构成，所述用于保形的编织网筒套装在橡胶囊体上。
本发明的有益效果是：
在本发明中借鉴生物骨骼肌的组织结构，提出了一种基于气动仿生肌肉的主动变形蒙皮结构，实现了可变形蒙皮驱动/变形/承载的一体化设计，实现了蒙皮的主动变形，简化了驱动机构或结构。因此，本发明同现在广泛采用的鱼鳞叠片或柔性蒙皮材料相比，具有驱动结构简单、重量轻、驱动/变形/承载一体化等优点。
本发明将气动肌纤维埋入到变形蒙皮内部，即在变形蒙皮内部埋入驱动器，实现了蒙皮的主动变形，简化驱动机构或结构，从而达到蒙皮结构驱动/变形/承载一体化设计的目的。气动肌肉模仿了生物肌肉的运动，可以像生物的肌肉一样伸缩变形，具有功率质量比大、收缩比大、柔软性好、质轻、无噪声等特点，在机器人和航空领域具有广阔的应用前景。能够把小型气动肌肉(以下称为“气动肌纤维”)嵌入到柔性基体中来设计和制造变形蒙皮结构，可实现蒙皮结构的主动变形。本发明具有结构简单、质量轻、驱动/变形/承载一体化的优点。
附图说明
图1是本发明的整体结构主视示意图，图2是图1的剖视图，图3是本发明的立体图；图4是气动肌纤维结构及工作原理图，具体的，图4a是每个气动肌纤维结构示图，图4b是气动肌纤维在拉伸状态的结构示图，图4c是气动肌纤维在静息状态的结构示图，图4d是气动肌纤维在充压状态的结构示图；图5是气动肌纤维的排列方式示意图，具体的，图5a是气动肌纤维呈一排排列的结构示意图，图5b是气动肌纤维呈两排交错排列的结构示意图，图5c是气动肌纤维呈矩阵状排列的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～5说明本实施方式，本实施方式的一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构包括多个气动肌纤维1；所述主动变形蒙皮结构还包括柔性基体2、第一连接部件3和第二连接部件4；所述多个气动肌纤维1平行设置且插装在柔性基体2内(即柔性基体2填充在气动肌纤维1之间的空隙)，所述多个气动肌纤维1的前端连同柔性基体2的前端与第一连接部件3连接，气动肌纤维1的后端连同柔性基体2的后端与第二连接部件4连接；每个气动肌纤维1由橡胶囊体1-1和用于保形的编织网筒1-2构成，所述用于保形的编织网筒1-2套装在橡胶囊体1-1上。
所述柔性基体作为气动肌纤维之间的填充材料；所述气动肌纤维相当于骨骼肌中的肌纤维，是主动收缩发力的主体；所述柔性基体相当于生物的皮肤层和肌外膜，起到密封和表面光滑的作用；所述连接部件相当于生物的肌腱，起到连接和传力的作用。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述气动肌纤维1的结构为McKibben型。采用McKibben型具有较大的收缩率和输出力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式所述柔性基体2为硅橡胶材料。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图4说明本实施方式，本实施方式所述气动肌纤维1在静息状态下的直径为1～2mm，可以根据不同的纤维排列方式进行选择气动肌纤维的直径。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图5说明本实施方式，本实施方式的气动肌纤维排列形式为一排或上下两排。所述的主动变形蒙皮结构的气动肌纤维排列可具有多种形式。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图2说明本实施方式，本实施方式所述主动变形蒙皮结构的厚度T为2～4mm。以满足可变形机翼对蒙皮的厚度要求。其它与具体实施方式一、二、三或四相同。
工作原理：本发明的主动变形蒙皮结构的工作原理为：①当气动肌纤维内囊充有一定压力时，气动肌纤维就会缩短，从而带动整个蒙皮结构产生收缩变形；②通过调整气动肌纤维内囊的充气压力来改变蒙皮的刚度特性，进而抵抗气动外载荷。

Claims (5)

1.一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，所述主动变形蒙皮结构包括柔性基体（2）、第一连接部件（3）和第二连接部件（4）；其特征在于：所述主动变形蒙皮结构还包括多个气动肌纤维（1）；所述多个气动肌纤维（1）平行设置且插装在柔性基体（2）内，所述多个气动肌纤维（1）的前端连同柔性基体（2）的前端与第一连接部件（3）连接，气动肌纤维（1）的后端连同柔性基体（2）的后端与第二连接部件（4）连接；每个气动肌纤维（1）由橡胶囊体（1-1）和用于保形的编织网筒（1-2）构成，所述用于保形的编织网筒（1-2）套装在橡胶囊体（1-1）上；所述气动肌纤维（1）在静息状态下的直径为1～2mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，其特征在于：所述气动肌纤维（1）的结构为McKibben型。
3.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，其特征在于：所述柔性基体（2）为硅橡胶材料。
4.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，其特征在于：气动肌纤维排列形式为一排或上下两排。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，其特征在于：所述主动变形蒙皮结构的厚度（T）为2～4mm。
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