CN103661896B

CN103661896B - 直线伸缩式人工肌肉关节

Info

Publication number: CN103661896B
Application number: CN201310657813.3A
Authority: CN
Inventors: 张代兵; 沈林成; 马兆伟; 朱华勇; 胡天江; 谢海斌; 周晗
Original assignee: National University of Defense Technology
Current assignee: National University of Defense Technology
Priority date: 2013-12-09
Filing date: 2013-12-09
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2033-12-09
Also published as: CN103661896A

Abstract

本发明公开了一种直线伸缩式人工肌肉关节，包括伸缩组件，所述伸缩组件具有可通过充液产生单向直线膨胀的弹性液压腔，所述伸缩组件上设有用来与弹性液压腔和液压控制单元相连的接头，所述伸缩组件通过弹性液压腔充液后的直线膨胀实现直线拉伸、并通过弹性液压腔排液后的自身弹性回复力实现直线收缩，所述伸缩组件沿伸缩方向的一端连接有第一关节连接件，另一端连接有第二关节连接件。本发明具有结构简单、成本低廉、易于建模和控制等优点。

Description

直线伸缩式人工肌肉关节

技术领域

本发明主要涉及人工肌肉关节领域，特指一种直线伸缩式人工肌肉关节。

背景技术

目前水下航行器的驱动环节主要以电机为主，而此驱动环节遇到的难点问题之一就是电机的密封防水技术。根据仿生学观测，水下生物的复杂运动都有赖于肌肉的收缩，产生相应的动力。基于此原理，直线收缩式水下人工肌肉关节不仅能够仿制生物肌肉的工作原理，而且能够解决水下密封等问题，有助于推动水下航行器朝着功能上仿生的方向发展。

现有技术中，对于人工肌肉驱动的关节来说，采用肌肉膨胀型驱动弯曲的关节，弹性部件自由度较多，难以控制。而单纯利用橡胶管制作的人工肌肉弹性变形计算复杂，难以建模和控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对现有技术存在的不足，提供一种结构简单、成本低廉、易于建模和控制的直线伸缩式人工肌肉关节。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种直线伸缩式人工肌肉关节，包括伸缩组件，所述伸缩组件具有可通过充液产生单向直线膨胀的弹性液压腔，所述伸缩组件上设有用来与弹性液压腔和液压控制单元相连的接头，所述伸缩组件通过弹性液压腔充液后的直线膨胀实现直线拉伸、并通过弹性液压腔排液后的自身弹性回复力实现直线收缩，所述伸缩组件沿伸缩方向的一端连接有第一关节连接件，另一端连接有第二关节连接件。

作为本发明的进一步改进：

所述伸缩组件包括第一基座组、第二基座组以及可轴向伸缩的外胶管和内胶管，所述外胶管和内胶管均连接于第一基座组与第二基座组之间，所述内胶管位于外胶管之内，且内胶管与外胶管之间留有间隙，所述内胶管、外胶管、第一基座组和第二基座组之间形成所述弹性液压腔。

所述第一关节连接件为内连杆，所述第二关节连接件为外连杆，所述内连杆的一端与第二基座组固定连接，另一端从第一基座组中部开设的中心孔穿出；所述外连杆的一端与第一基座组固定连接，另一端从第二基座组上开设的槽穿出；所述外连杆内部中空，所述内连杆套设于外连杆内并可相对外连杆滑动，所述外连杆套设于内胶管内以限制内胶管的径向膨胀变形。

所述外连杆从第二基座组穿过的一端侧壁沿轴向开设有供内连杆与第二基座组连接的避让槽。

所述伸缩组件还包括连接于第一基座组或第二基座组上的外罩管，所述外罩管罩设于外胶管之外以限制外胶管的径向膨胀变形。

所述第一基座组和第二基座组均包括内基座和固定套接于内基座外的外基座，所述内胶管通过套接于内基座上的内卡环固定于内基座上，所述外胶管通过套接于外基座上的外卡环固定于外基座上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的直线伸缩式人工肌肉关节，结构简单、成本低廉，通过弹性液压腔的充液单向直线膨胀和排液收缩实现伸缩组件的单向直线伸缩，从而驱动关节动作，不会产生弯曲变形，自由度少，便于控制；而且弹性液压腔的体积变形容易设计和计算，关节的伸缩控制方法更为简单。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图。

图2为本发明的主视剖视结构示意图。

图3为图2中去掉内连杆和外连杆的结构示意图。

图4为图3中A向结构示意图。

图5为内连杆和外连杆的装配结构示意图。

图6为本发明在具体应用实例中的结构示意图。

图例说明：1、第一关节件；2、第二关节件；301、弹性液压腔；302、接头；303、内连杆；304、外连杆；305、第一基座组；306、第二基座组；307、外胶管；308、内胶管；309、中心孔；310、槽；311、连接头；312、避让槽；313、外罩管；314、内基座；315、外基座；316、内卡环；317、外卡环。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1、图2所示，本发明的直线伸缩式人工肌肉关节，包括伸缩组件，伸缩组件具有可通过充液产生单向直线膨胀的弹性液压腔301，伸缩组件上设有用来与弹性液压腔301和液压控制单元相连的接头302。工作时，将接头302与外部的液压控制单元相连，通过液压控制单元的控制实现弹性液压腔301的充液和排液。弹性液压腔301充液后发生直线膨胀，使伸缩组件直线拉伸；弹性液压腔301排液后通过自身的弹性回复力直线收缩，使伸缩组件直线收缩。伸缩组件沿伸缩方向的一端连接有第一关节连接件，另一端连接有第二关节连接件。第一关节连接件和第二关节连接件用来与关节件进行连接。如图6所示，由T形支架构成的第一关节件1和第二关节件2相互铰接，且第一关节连接件与第一关节件1铰接，第二关节连接件与第二关节件2铰接，通过伸缩组件的伸缩运动带动第一关节连接件和第二关节连接件相对运动，从而使第一关节件1和第二关节件2相对运动。本发明通过弹性液压腔301的充液单向直线膨胀和排液收缩实现伸缩组件的单向直线伸缩，从而驱动关节动作，不会产生弯曲变形，自由度少，便于控制；而且弹性液压腔301的体积变形容易设计和计算，关节的伸缩控制方法更为简单。

本实施例中，伸缩组件包括第一基座组305、第二基座组306以及可轴向伸缩的外胶管307和内胶管308，第一基座组305和第二基座组306分别位于伸缩组件的两端，外胶管307和内胶管308均连接于第一基座组305与第二基座组306之间。内胶管308位于外胶管307之内并与外胶管307同轴设置，内胶管308与外胶管307之间留有间隙，使内胶管308、外胶管307、第一基座组305和第二基座组306之间形成弹性液压腔301。向弹性液压腔301内充液时，外胶管307和内胶管308在液压作用下轴向拉伸，使弹性液压腔301直线膨胀，伸缩组件也随之直线拉伸；弹性液压腔301排液时，外胶管307和内胶管308在自身的弹性回复力作用下轴向收缩，使弹性液压腔301直线收缩，伸缩组件也随之直线收缩。弹性液压腔301由外胶管307和内胶管308构成，弹性良好、形变量大，可保证伸缩组件伸缩动作的灵活性和可靠性。

参见图2至图5，本实施例中，第一关节连接件为内连杆303，第二关节连接件为外连杆304，内连杆303的一端与第二基座组306固定连接，另一端从第一基座组305中部开设的中心孔309穿出；外连杆304的一端与第一基座组305固定连接，另一端从第二基座组306上开设的槽310穿出，并连接一连接头311。参见图5，槽310为弧形槽。外连杆304内部中空，内连杆303套设于外连杆304内并可相对外连杆304滑动，外连杆304套设于内胶管308内以限制内胶管308的径向膨胀变形，保证内胶管308的单向轴向伸缩。

参见图5，本实施中，外连杆304从第二基座组306穿过的一端侧壁沿轴向开设有供内连杆303与第二基座组306连接的避让槽312。

本实施例中，伸缩组件还包括连接于第一基座组305上的外罩管313，外罩管313罩设于外胶管307之外以限制外胶管307的径向膨胀变形，保证外胶管307的单向轴向伸缩。当然，在其他实施例中，外罩管313也可连接于第二基座组306上。

本实施例中，第一基座组305和第二基座组306均包括内基座314和固定套接于内基座314外的外基座315，内胶管308通过套接于内基座314上的内卡环316固定于内基座314上，外胶管307通过套接于外基座315上的外卡环317固定于外基座315上。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：包括伸缩组件，所述伸缩组件具有可通过充液产生单向直线膨胀的弹性液压腔（301），所述伸缩组件上设有用来与弹性液压腔（301）和液压控制单元相连的接头（302），所述伸缩组件通过弹性液压腔（301）充液后的直线膨胀实现直线拉伸、并通过弹性液压腔（301）排液后的自身弹性回复力实现直线收缩，所述伸缩组件沿伸缩方向的一端连接有第一关节连接件，另一端连接有第二关节连接件。

2.根据权利要求1所述的直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：所述伸缩组件包括第一基座组（305）、第二基座组（306）以及可轴向伸缩的外胶管（307）和内胶管（308），所述外胶管（307）和内胶管（308）均连接于第一基座组（305）与第二基座组（306）之间，所述内胶管（308）位于外胶管（307）之内，且内胶管（308）与外胶管（307）之间留有间隙，所述内胶管（308）、外胶管（307）、第一基座组（305）和第二基座组（306）之间形成所述弹性液压腔（301）。

3.根据权利要求2所述的直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：所述第一关节连接件为内连杆（303），所述第二关节连接件为外连杆（304），所述内连杆（303）的一端与第二基座组（306）固定连接，另一端从第一基座组（305）中部开设的中心孔（309）穿出；所述外连杆（304）的一端与第一基座组（305）固定连接，另一端从第二基座组（306）上开设的槽（310）穿出；所述外连杆（304）内部中空，所述内连杆（303）套设于外连杆（304）内并可相对外连杆（304）滑动，所述外连杆（304）套设于内胶管（308）内以限制内胶管（308）的径向膨胀变形。

4.根据权利要求3所述的直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：所述外连杆（304）从第二基座组（306）穿过的一端侧壁沿轴向开设有供内连杆（303）与第二基座组（306）连接的避让槽（312）。

5.根据权利要求2或3或4所述的直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：所述伸缩组件还包括连接于第一基座组（305）或第二基座组（306）上的外罩管（313），所述外罩管（313）罩设于外胶管（307）之外以限制外胶管（307）的径向膨胀变形。

6.根据权利要求2或3或4所述的直线伸缩式人工肌肉关节，其特征在于：所述第一基座组（305）和第二基座组（306）均包括内基座（314）和固定套接于内基座（314）外的外基座（315），所述内胶管（308）通过套接于内基座（314）上的内卡环（316）固定于内基座（314）上，所述外胶管（307）通过套接于外基座（315）上的外卡环（317）固定于外基座（315）上。