CN104637579B - 变长度导线及制造方法及电磁关节机械手 - Google Patents

Abstract

一种变长度导线，包括液态导体、第一绝缘体和第二绝缘体，第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽，第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；还包括容纳液态导体的第一容器，第一容器与所述密封管管壁连通，形成导电的液态导体流动通道，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道。可以作为窄带的，中心频点可跳变的通信天线。还包括制造方法，以及应用该导线作为天线的电磁关节机械手。

Description

变长度导线及制造方法及电磁关节机械手

技术领域

本发明涉及一种导体，特别是涉及一种用于电磁信号的导体。

背景技术

天线用于辐射或接受电磁波，电磁波波长与频率成反比，电磁波的辐射性能与信号频率相关。以天线的基本构成单元半波对称振子为例，振子两臂的电长度为相应辐射频率的二分之一波长。电长度决定了天线的频率带宽，频率带宽通常以谐振频率为中心。理论上可以通过改变电长度，进而改变谐振频率，进而改变频率带宽范围。通过匹配网络实现天线与馈线的阻抗匹配是现有较成熟的技术，而灵活变化电长度目前无法解决。尤其是在微波向超短波方向的频率范围内，如何减小振子天线\螺旋天线以及阵列天线等各类天线的尺寸，也是目前无法克服的实际问题。换言之，如何获得一种可以根据电路需要，实时调整导线长度的导线结构，是目前无法克服的实际问题。

以上技术缺陷使得在一些特殊应用领域无法进行有效的频率分配。例如，在自动化机械代替人的过程中，一直以来都在创造类似真人一样的柔性臂关节，来完成诸如抓鸡蛋、抓纸杯甚至在隔离区喂传染病人等细腻工作。传统柔性臂大多采用几组齿轮齿条形成关节，再将其进行串列组合，从而完成一个柔性臂的构建。新的技术思路是使用电信号控制电磁元件组成的柔性关节，柔性关节组合后可以实现仿真手臂在空间多自由度的运动。在这一过程中使用有线信号会造成仿真手臂活动受限，需要使用无线通信方式完成控制信号及状态信号的发送与接收。如果使用一个高频带宽信道进行传输就必须考虑电磁兼容性，所以信号带宽必然要窄，信号功率必然受限，所有控制信号加载在一个无线信道中必然会降低信号的可靠性。

目前常用的无线通信方式在发射方向上将信号(状态信号)调制成高频信号，经阻抗匹配网络由天线发射，在接收方向上，天线连接窄带滤波器接收信号(控制信号)后连接解码器或处理器，其输出连接驱动电路或相应芯片输出(控制电磁元件的)驱动信号，控制相应的电磁元件。将不同电磁元件的信号利用不同的无线传输通道进行传输，可以有效降低无线信号的带宽和频率，降低发射功率和提高接收门限。但是这种在原理上成熟的传输结构，由于天线小型化无法实现，无法应用在柔性臂的控制上。

发明内容

本发明的目的是提供一种变长度导线，解决导线长度一旦固定就无法进行长度调整的技术问题，进而改善现有天线中电磁波辐射单元或接收单元只能固定发射或接收较窄单一带宽电磁波信号的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种变长度导线制造方法，解决没有长度可变导线的技术问题。

本发明的再一个目的是提供一种电磁关节机械手，解决机械手臂在信号控制过程中，因为受频率兼容性影响，无法使用高频无线信号又缺乏安装空间不能利用低频无线信号的技术问题。

本发明的变长度导线，包括液态导体、第一绝缘体和第二绝缘体，第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽，第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；

还包括容纳液态导体的第一容器，第一容器与所述密封管管壁连通，形成导电的液态导体流动通道，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道。

还包括若干个可控通断电路，在所述密封管中，第二绝缘体的管壁上或第一绝缘体的管壁上，可控通断电路的输入端直接或间接的，沿导向凹槽开设方向间隔布设，可控通断电路的输出端直接或间接的，接地或连接相应的电路输入端，可控通断电路的控制端直接或间接的，接收相应的控制信号。

还包括容纳流体绝缘体的第二容器，第二容器与所述密封管一端连通，形成流体绝缘体流动通道，第二容器与第二受控压力源连接或连通，形成绝缘的第二压力输入通道。

所述第一压力输入通道、第二压力输入通道、液态导体流动通道和流体绝缘体流动通道中分别设置通断阀。

所述第一绝缘体为一圆柱体，所述导向凹槽为外螺纹，在第一绝缘体侧壁上，沿轴向开设；所述第二绝缘体为一圆管，第一绝缘体与第二绝缘体共轴线，第一绝缘体侧壁与第二绝缘体内侧壁紧密配合；

或者，所述第一绝缘体为一圆管，所述导向凹槽为内螺纹，在第一绝缘体内侧壁上，沿轴向开设，所述第二绝缘体为一圆柱体，第一绝缘体与第二绝缘体共轴线，第一绝缘体内侧壁与第二绝缘体侧壁紧密配合。

所述可控通断电路包括开关三极管，开关三极管的基极直接或间接的接收控制信号，开关三极管的集电极直接或间接的布设在所述密封管中，开关三极管的发射极直接或间接的，接地或连接相应的电路输入端。

在第一绝缘体或第二绝缘体的内部或外侧设置保持液态导体恒温的温度调节装置。

所述第一绝缘体和第二绝缘体采用聚四氟乙烯，所述液态导体包括汞、铯、镓、液态汞合金、液态镓铟锡合金、或电解质溶液中的一种，所述流体绝缘体为碳氢化合物的混合物或惰性气体，所述螺纹的截面形状为半圆形、矩形、梯形或三角形，螺距为0.03mm至1.2mm，或1.2mm至10mm。

变长度导线的制造方法，包括以下步骤：

在第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽，利用第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；

设置容纳液态导体的第一容器，第一容器与所述密封管侧壁连通，形成导电的液态导体流动通道，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道。

利用所述的变长度导线形成的电磁关节机械手，包括电磁柔性关节、手掌、手指和手臂通过相应的电磁柔性关节连接，所述电磁柔性关节的控制信号和状态信号通过无线通信方式接收和发送，无线通信天线采用所述变长度导线；

所述手臂的一端与机架固定，手臂的另一端通过电磁柔性关节与手掌连接，手掌通过电磁柔性关节与手指连接，手指的每个关节都为电磁柔性关节；所述电磁柔性关节包括下板、伸缩柱和上板，下板通过三跟伸缩柱与上板连接，三根伸缩柱的轴线均与上板、下板周向的0°、120°、240°位置固定；所述伸缩柱包括电磁铁、永磁铁、限位环、柔性筒和顶杆；所述柔性筒底部与下板固定，柔性筒内腔自下到上依次设有电磁铁、永磁铁和顶杆；所述电磁铁固定在柔性筒底部；所述永磁铁以柔性筒内腔为导轨，永磁铁顶部与顶杆底部固定，顶杆顶部与上板连接；所述柔性筒内腔呈圆台状，柔性筒内腔的上内径小于下内径，永磁铁为圆柱状，永磁铁的外径小于柔性筒内腔的下内径，永磁铁的外径大于柔性筒内腔中部的内径；

本发明电磁关节机械手，其中所述顶杆顶部与上板通过弹簧连接；

本发明电磁关节机械手，其中所述顶杆为柔性杆，柔性筒内腔中部设有限位环；所述限位环内径与顶杆外径相同，限位环用于限位永磁铁并且对顶杆起导向作用；

本发明电磁关节机械手，其中所述柔性筒内竹节状嵌入多个磁屏蔽环；所述磁屏蔽环由80％的镍合金Mumetal材料制成，磁屏蔽环的厚度为0.0508毫米，磁屏蔽环的轴线与柔性筒的轴线重合，每个磁屏蔽环之间有间隔，磁屏蔽环之间的间隔小于磁屏蔽环高度的1/5；

本发明电磁关节机械手，其中所述柔性筒由虾壳状排列的套筒构成；所述套筒包括底套和点限套；所述柔性筒底部为底套；所述底套为圆台状，底套外径较大的圆周面用与固定下板，底套内固定电磁铁，底套上叠加套装多个点限套，底套的侧面与其上侧的点限套通过拉绳连接；所述点限套由自上到下包括第一圆台套和第二圆台套；所述第一圆台套上侧外径小于下侧外径，第二圆台套上侧外径大于下侧外径，第一圆台套下侧的外径与第二圆台套上侧的外径相同，第一圆台套底部与第二圆台套顶部固定，点限套设有轴向通孔；所述点限套底部开设有第一圆台孔；所述第一圆台孔与点限套的轴向通孔相贯通，第一圆台孔上侧的内径与点限套的轴向通孔的内径相同，点限套轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条平行；所述点限套上沿轴线方向依次套装有多个点限套，下侧点限套的第一圆台套的侧面与上侧点限套的第二圆台套的下沿之间通过拉绳连接；所述拉绳沿点限套的轴线周向均匀分布多个；当两个点限套相互向相反方向拉伸时，上侧的点限套与下侧的点限套通过拉绳连接；当两个点限套相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的点限套底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的点限套或底套上部侧面上的一点相互支撑；所述相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳限位；

本发明电磁关节机械手，其中所述柔性筒由虾壳状排列的套筒构成；所述套筒包括底套和面限套；所述柔性筒底部为底套；所述底套为圆台状，底套外径较大的圆周面用与固定下板，底套内固定电磁铁，底套上叠加套装多个面限套，底套的侧面与其上侧的面限套通过拉绳连接；所述面限套为圆台状套筒；所述面限套上侧外径小于下侧外径，面限套设有轴向通孔；所述面限套底部开设有第三圆台孔；所述第三圆台孔与面限套的轴向通孔相贯通，第三圆台孔上侧的内径与面限套的轴向通孔的内径相同，面限套轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条之间有夹角；所述夹角为∠a；所述面限套上沿轴线方向依次套装有多个面限套，下侧的面限套的圆台侧面与上侧的面限套的第三圆台孔的下沿通过拉绳连接；所述拉绳沿面限套的轴线周向均匀分布多个；

当两个面限套相互向相反方向拉伸时，上侧的面限套与下侧的面限套通过拉绳连接；当两个面限套相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的面限套底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的面限套或底套上部侧面上的一点相互支撑；所述相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳限位。

本发明变长度导线利用动态压力将恒定体积的导电流体延展为相应长度的线性导体，使得线性导线长度可以适应不同波长的电磁信号，利用导向凹槽的开设路径、开设深度和开设形状的变化，可以形成差异性的线性导线物理特征，通过本线性导线制成的天线可以设置在狭小空间内，由于恒定体积的导电流体阻抗稳定，线性导线有利于实现良好的阻抗匹配。在形成真正窄带信号的同时，还能够实现物理结构导致的跳频和频率捷变。利用不同的压力源配合相应的控制信号，就可以将数量众多的变长度导线关联，形成可动态变化的平面或立体的线性导体矩阵，进而应用在更广阔的范围。

本发明的变长度导线制造方法，利用了现有的机械加工工艺或光学加工工艺，以及化学蚀刻工艺，可以形成足够窄小间距的导向凹槽，或是在平面上，或是在立体轮廓上。本制造方法将控制长度的信号通过压力转换作用在导电流体形成相应的变长导线，在有限的空间内尽可能的制造出足够长的导线，而且可以无损的、即时性的改变长度而不改变阻抗特性。本制造方法形成的变长度导线特别适合组合利用，形成导线矩阵。

在复杂电磁环境下，或是在苛刻的电磁兼容性环境下，利用本发明变长度导线的电磁关节机械手，可以克服上述述及的技术缺陷，将发射的无线电信号能量集中在窄带信号的中心频率上，避免电磁干扰，进而可以降低信号强度，避免干扰其他频段，可以实现发射接收频点的物理跳频，避免了宽带天线的电磁干扰。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。

附图说明

图1为本发明变长度导线的实施例1的结构示意图；

图2为本发明变长度导线的实施例2的结构示意图；

图3为本发明变长度导线的实施例3的结构示意图；

图4为本发明变长度导线的实施例4的结构示意图；

图5为是电磁关节机械手中电磁柔性关节的轴测图；

图6是图1所示电磁关节机械手中柔性关节的主视剖视图；

图7是实施例1中伸缩柱的主视剖视图；

图8是实施例1中底套和点限套未被拉伸的主视图；

图9是实施例1中底套和点限套被拉伸时的主视图；

图10是实施例1中底套和点限套受径向力的主视图；

图11是实施例2中伸缩柱的主视剖视图；

图12是实施例2中底套和面限套未被拉伸的主视图；

图13是实施例2中底套和面限套被拉伸时的主视图；

图14是实施例2中底套和面限套受径向力的主视图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例采用圆柱形的聚四氟乙烯棒作为第一绝缘体101，采用圆管形的聚四氟乙烯管作为第二绝缘体102，采用螺纹作为导向凹槽103，螺纹开设在聚四氟乙烯棒的侧壁上，聚四氟乙烯棒的直径与聚四氟乙烯管的内径相同，将聚四氟乙烯棒插入聚四氟乙烯管中，共轴线的两者接触面紧密贴合，使得螺纹形成了密封在两者接触面中的密封管。

采用气压或液压执行元件，如(双作用的)直线运动的液压缸作为容器，液压缸的内腔被活塞分隔成压力调节腔体和导体容纳腔体，压力调节腔体上开设有注油口用于压力油的注入和抽出，导体容纳腔体上开设的注液口用于液态导体的流入和流出，液压缸的内腔或整体采用绝缘材料制成，压力调节腔体形成绝缘的第一压力输入通道105，导体容纳腔体的注油口通过管状导体106连通密封管的一端，形成导电的液态导体流动通道107，导体容纳腔体或包含导体容纳腔体的缸体作为第一容器104。

将作为第一受控压力源的压力油通过注油口向压力调节腔体注满压力油后继续注入，会导致活塞向导体容纳腔体移动，挤压注满的液态导体沿导电的液态导体流动通道流向密封管，受压力油注入压力控制，为了减小活塞两侧的压力差，会有相应体积的液态导体流入密封管，连续填充密封管形成细线状的导体，当将(绝缘)压力油通过注油口从压力调节腔体中(抽)吸走，压力减小活塞向压力调节腔体移动为了平衡压力差，细线状的导体会由密封管沿导电的液态导体流动通道流入导体容纳腔体，通过改变压力油注入体积(即压力)就可以相应改变密封管内形成细线状导体的长度。管状导体106可以作为馈电点，或电路衔接点，由于液态导体始终处于绝缘容器中，其体积形状的变化不会改变其固有阻抗，其与馈电电路的阻抗匹配易于实现。

(双作用的)直线运动的液压缸也可以采用其他形式的液压执行元件，例如单活塞杆的直线运动的液压缸，通过固定缸体活塞杆带动活塞双向移动，产生对液态导体的正负压力，进而可以替代压力油。

(双作用的)直线运动的液压缸也可以采用相似结构的气压缸，利用压力气体代替压力油。利用现有的成熟技术可以提供多样性的受控压力源，包括气体的、液体的、热量的，受控压力源的控制信号可以是连续的，脉冲的、跳变的，也可以是可放大的模拟或数字信号。

本发明所说的受控压力源，是用于将压力控制信号转换为相应压力通过传导介质输出的物理装置。

当缸体不是绝缘体，而且在液态导体流动通道与液态导体接触时，必然会利用常用技术手段将缸体(包括活塞杆)与其它导体绝缘，由于缸体本身阻抗固定不变，可以作为一个固定阻抗值附加在液态导体的阻抗特性上。

当对本实施例的变长度导线进行馈电时，利用无线电通信理论中给出的大地可以作为电容和零点的理论，本实施例就可以进行电磁波辐射和接收，而且本实施例的导线结构保证了频带宽度足够窄。

密封管的截面形状受螺纹形状的影响，当螺纹齿型、螺距、宽度及深度发生变化时，密封罐的截面形状并不是单一固定的，即密封管的截面形状与螺纹特征相关。

如图2所示，在实施例1结构基本不变的基础上，在聚四氟乙烯管内壁上，在由螺纹、聚四氟乙烯棒和聚四氟乙烯管接触面形成的密封管中，沿轴向间隔设置可控通断电路的输入端导线111，输入端导线111一端位于密封管中，另一端沿轴向从聚四氟乙烯管(也可以是聚四氟乙烯棒)管壁中穿出连接可控通断电路输入端。

本发明所说的可控通断电路，包括输入控制信号的控制端、输入电流或电压的输入端和输出电流或电压的输出端，用于根据控制端的输入信号，使输入端和输出端导通或断开。

可控通断电路的控制端和输出端既可以直接连接相应的后续电路，也可以通过串联相应(功能)适配电路后连接相应的后续电路。输入端导线也可以串联相应(功能)适配电路。

当对本实施例的变长度导线进行馈电时，密封管中必然存在着一根液态导体形成的变长度导线，其淹没了若干个密封管中可控通断电路的输入端导线，向所有可控通断电路的控制端发送导通控制信号，就可以确定与变长度导线顶端最接近的那个可形成回路的可控通断电路，只保留该可控通断电路控制端的导通控制信号，这样就可以获得相应频率天线辐射与接收所需要的回路。

当确定与变长度导线顶端最接近的可形成回路的可控通断电路后，可以根据需要，继续保留其他的可形成回路的可控通断电路控制端的导通控制信号，这样就形成了频率复合天线。

可控通断电路可以是现有技术中的单一元件、组合电路、集成电路等定型的功能性电路。

如图3所示，在实施例2结构基本不变的基础上，在密封管的另一端采用另一个压力执行元件如气压缸或液压缸作为第二容器121，缸体内腔中的活塞将腔体分割为压力输入腔和绝缘体流动腔，压力输入腔与另一个受控压力源连通，形成绝缘的第二压力输入通道122，第二压力输入通道灌注满惰性气体或绝缘液体，绝缘体流动腔与密封管的另一端连通，形成绝缘体流动通道123。

另一个受控压力源将受控压力通过第二压力输入通道中的气体或液体介质或活塞杆传递给活塞，活塞向绝缘体流动腔移动，将其中的流体绝缘体通过绝缘体流动通道推入密封管另一端内，形成细线状绝缘体。

细线状绝缘体与细线状导体相对，利用成熟的反馈控制技术通过对两个受控压力源的输出压力进行调节，可以实现细线状导体长度的快速改变，并且可以解决由于振动出现的小概率的细线状导体断裂，对第二受控压力源加压可以将断裂的细线状导体推回液态导体流动通道。

针对气压缸，本实施例所说的第二容器，也可以是与受控压力源输出端口直接连接的第二压力输入通道，进而简化为受控压力源输出端口直接连通在密封管另一端。

如图4所示，在实施例3结构基本不变的基础上，导电的液态导体流动通道不连通在密封管的端部，而是连通在密封管的侧壁上。

采用连通在密封管侧壁的结构，可以在密封管中形成向两端延伸的两段相连的细线状导体。

进而利用第二压力输入通道调节细线状绝缘体的长度，使得向两端延伸的两段细线状导体长度适时调整，这样就可以形成不等长的电长度，以适应特殊天线需要。

进而可以设置若干个液态导体流动通道分别连通在密封管侧壁，通过压力控制细线状导体的长度，结合第二压力输入通道，可以形成一组相同或相似长度的细线状导体，形成一组可以进行场强叠加的天线。

上述实施例中的可控通断电路即电子开关。可以具体为(PNP型)开关三极管，基极通过第一电阻连接控制电路输出端作为控制端，发射极用来连接导向凹槽中的细线状导体作为输入端，集电极作为输出端，连接相应电路输入端或通过第二电阻接地，还可以在基极和发射极间连接第三电阻。

也可以具体为(NPN型)开关三极管，基极连接控制电路输出端作为控制端，集电极作为输入端用来连接导向凹槽中的细线状导体，发射极作为输出端连接相应电路或接地，基极和集电极可以分别串联电阻。

也可以具体为可控硅、晶闸管、功率开关管、MOSFET管、集成电路单元等。

在以上实施例中，第一压力输入通道、第二压力输入通道、液态导体流动通道和流体绝缘体流动通道中分别设置通断阀。各通断阀的通断组合，可以用来维持相关通道内的相关流体的压力值。通断阀可以是，但不限于一位两通电磁阀。

正如以上实施例引申出的，圆柱形的聚四氟乙烯棒也作为第二绝缘体，相应的采用圆管形的聚四氟乙烯管作为第一绝缘体。

以上实施例中的第一绝缘体和第二绝缘体也可以选用其他绝缘塑料、绝缘树脂、绝缘橡胶、绝缘玻璃、绝缘的固态碳氢化合物等。

以上实施例中的液态导体可以是汞、铯、镓、液态汞合金、液态镓铟锡合金、或电解质溶液中的一种。

为了保证以上液态导体的液态形状，以及不受环境温度影响电物理特性，需要在第一绝缘体或第二绝缘体的内部或外侧设置保持液态导体恒温的温度调节装置。

以上实施例中的流体绝缘体为碳氢化合物的混合物中的一种，如煤油，或惰性气体，也可以考虑非氧气体。

以上实施例中的螺纹的截面形状为半圆形、矩形、梯形或三角形。利用机械、光学或化学加工工艺，螺纹螺距为0.03mm、0.04mm、0.05mm至1.2mm，可以扩大到10mm。

以上实施例中的导向凹槽表明，通过改变导向凹槽走向，利用走向形成的导线或天线图案，既可以为欧式几何天线图案，也可以采用分形天线图案，以实现在较小空间内的天线布局。可以在曲面或平面上形成导向凹槽导向凹槽相对侧壁的最宽间距为10至1.2mm，最窄间距为0.05mm，0.04mm或0.03mm。导向凹槽相对侧壁的间距与加工工艺有关。

相应的，制造上述变长度导线的制造方法，包括以下步骤：

设置绝缘材料为第一绝缘体和第二绝缘体两部分；

通过光学聚焦刻制，激光照射刻制，机械切割或化学刻蚀或侵蚀的方式，在第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽，利用第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；

设置容纳液态导体的第一容器，第一容器与所述密封管侧壁连通，形成导电的液态导体流动通道，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道。

本方法可以形成无损的，阻抗稳定的，变长度导线。

以上方法为基础，还可以通过以下步骤制造更利于制造天线的变长度导线回路：

设置若干个可控通断电路；

在所述密封管中，第二绝缘体的管壁上或第一绝缘体的管壁上，可控通断电路的输入端直接或间接的，沿导向凹槽开设方向间隔布设；

可控通断电路的输出端直接或间接的，接地或连接相应的电路输入端；

可控通断电路的控制端直接或间接的，接收相应的控制信号。

本方法可以精确的形成以确定发射频率为中心的辐射电磁波信号，或用于接收的，频率精确的等效的窄带滤波装置。

以上方法为基础，还可以通过以下步骤制造更利于提高导线变长可靠性的变长度导线及回路：

设置容纳流体绝缘体的第二容器；

第二容器与所述密封管一端连通，形成流体绝缘体流动通道；

第二容器与第二受控压力源连接或连通，形成绝缘的第二压力输入通道。

本方法利用相关的两个压力，完成密封管中液态导体的快速流动，以获得长度变化的快捷性。同时克服液态导体意外断裂后复原缓慢或损坏的可能性。

以上方法为基础，还可以通过以下步骤制造更利于提高导线变长可靠性的变长度导线及回路：

在各通道上设置通断阀。通过通断阀状态组合，保证液态导体变化长度到位后，长度可以长时间保持稳定。

以上方法为基础，还可以通过以下步骤制造更多样性的变长度导线及回路：

以上述实施例中定义的截面形状，形成相应的导向凹槽；

或者形成导向凹槽的相应走向图案。可以灵活制造针对不同天线性能和要求的复杂的天线结构。

利用以上实施例的变长度导线作为电磁关节机械手中电磁柔性关节控制信号和状态信号无线通信的天线，电磁柔性关节的控制信号和状态信号通过无线通信方式接收和发送，进而控制电磁铁。电磁柔性关节1串联起来构成仿真关节，机械手掌、机械手指和机械手臂通过相应的仿真关节连接。

实施例1

如图5～10所示，本发明电磁关节机械手包括机械手掌、机械手指、机械手臂和电磁柔性关节1。手臂的一端与机架固定。参见图1，手臂的另一端通过电磁柔性关节1与手掌连接，手掌通过电磁柔性关节1与手指连接，手指的每个关节都为电磁柔性关节1。

参见图5和图6，电磁柔性关节1包括下板2、伸缩柱3和上板4，下板2通过三跟伸缩柱3与上板4连接，三根伸缩柱3的轴线均与上板4、下板2周向的0°、120°、240°位置固定。

参见图6和图7，伸缩柱3包括电磁铁31、永磁铁32、限位环33、柔性筒34和顶杆35。柔性筒34底部与下板2固定，柔性筒34内腔自下到上依次设有电磁铁31、永磁铁32和顶杆35。电磁铁31固定在柔性筒34底部。永磁铁32以柔性筒34内腔为导轨，永磁铁32顶部与顶杆35底部固定。顶杆35顶部与上板4通过弹簧36连接。顶杆35为丁晴橡胶制成。限位环33内径与顶杆35外径相同，限位环33用于限位永磁铁32并且对顶杆35起导向作用。限位环33自柔性筒34内腔的中部向顶部沿柔性筒34轴线阵列多个，限位环33厚度与限位环33之间的间隔相等。

参见图6和图7，柔性筒34内腔呈圆台状，柔性筒34内腔的上内径小于下内径，永磁铁32为圆柱状，永磁铁32的外径小于柔性筒34内腔的下内径，永磁铁32的外径大于柔性筒34内腔中部的内径。柔性筒34为丁晴橡胶制成。

参见图7～图10，柔性筒34由虾壳状排列的套筒构成。套筒包括底套38和点限套39。

参见图7～图10，柔性筒34底部为底套38。底套38为圆台状，底套38外径较大的圆周面用与固定下板2，底套38内固定电磁铁31，底套38上叠加套装多个点限套39，底套38的侧面与其上侧的点限套39通过拉绳4连接。

参见图7～图10，点限套39由自上到下包括第一圆台套和第二圆台套。第一圆台套上侧外径小于下侧外径，第二圆台套上侧外径大于下侧外径，第一圆台套下侧的外径与第二圆台套上侧的外径相同，第一圆台套底部与第二圆台套顶部固定，点限套39设有轴向通孔。点限套39底部开设有第一圆台孔。第一圆台孔与点限套39的轴向通孔相贯通，第一圆台孔上侧的内径与点限套39的轴向通孔的内径相同，点限套39轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条平行。

参见图7～图10，点限套39上沿轴线方向依次套装有多个点限套39，下侧点限套39的第一圆台套的侧面与上侧点限套39的第二圆台套的下沿之间通过拉绳4连接。拉绳4沿点限套39的轴线周向均匀分布多个。

参见图6，点限套39内同轴嵌入磁屏蔽环37。磁屏蔽环37由80％的镍合金Mumetal材料制成，磁屏蔽环37的厚度为0.0508毫米，磁屏蔽环37的轴线与柔性筒34的轴线重合，每个磁屏蔽环37之间有间隔，磁屏蔽环37之间的间隔小于磁屏蔽环37高度的1/5。

参见图9，当两个点限套39相互向相反方向拉伸时，上侧的点限套39与下侧的点限套39通过拉绳连接。

参见图10，当两个点限套39相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的点限套39底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的点限套39或底套38上部侧面上的一点相互支撑。相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳4限位。

实施例2

本实施例2与实施例1的不同之处在于，如图2、图7、图8、图9、图10所示，参见图2，顶杆35为柔性杆，柔性筒34内腔中部设有限位环33。限位环33内径与顶杆35外径相同，限位环33用于限位永磁铁32并且对顶杆35起导向作用。

参见图11，柔性筒34由虾壳状排列的套筒构成。套筒包括底套38和面限套391。

参见图12，柔性筒34底部为底套38。底套38为圆台状，底套38外径较大的圆周面用与固定下板2，底套38内固定电磁铁31，底套38上叠加套装多个面限套391，底套38的侧面与其上侧的面限套391通过拉绳4连接。

参见图11和图12，面限套391为圆台状套筒。面限套391上侧外径小于下侧外径，面限套391设有轴向通孔。面限套391底部开设有第三圆台孔。第三圆台孔与面限套391的轴向通孔相贯通，第三圆台孔上侧的内径与面限套391的轴向通孔的内径相同，面限套391轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条之间有夹角。夹角为∠a。

参见图12，面限套391上沿轴线方向依次套装有多个面限套391，下侧的面限套391的圆台侧面与上侧的面限套391的第三圆台孔的下沿通过拉绳4连接。拉绳4沿面限套391的轴线周向均匀分布多个。

参见图6和图11，面限套391内同轴嵌入磁屏蔽环37。磁屏蔽环37由80％的镍合金Mumetal材料制成，磁屏蔽环37的厚度为0.0508毫米，磁屏蔽环37的轴线与柔性筒34的轴线重合，每个磁屏蔽环37之间有间隔，磁屏蔽环37之间的间隔小于磁屏蔽环37高度的1/5。

参见图13，当两个面限套391相互向相反方向拉伸时，上侧的面限套391与下侧的面限套391通过拉绳连接。

参见图14，当两个面限套391相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的面限套391底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的面限套391或底套38上部侧面上的一点相互支撑。相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳4限位。

一种电磁关节机械手的抓取方法和喂食方法，包括如下步骤：

A、记录人体手部每个关节的弯曲幅度、力度和抓取姿态。

B、将多个电磁柔性关节1串联起来构成仿真关节，下侧电磁柔性关节1的上板4与上侧电磁柔性关节1的下板2固定连接，并且参考人手相同位置处关节的幅度，调整电磁柔性关节1的个数。

C、将机械手掌、机械手指、机械手臂用仿真关节连接。

D、记录人手喂食病人时，所有关节的运动状态和运动时间，并利用PLC控制电磁柔性关节1构成的仿真关节，按照人手的关节的运动状态和运动时间喂食病人。

本发明电磁关节机械手与现有技术不同之处在于本发明电磁关节机械手通过电磁柔性关节代替齿轮齿条驱动的机械关节对物体(诸如纸杯)进行抓取或对传染病人进行喂食，能够发挥电磁柔性关节与到细小误差时的可调性。在机械手抓取纸杯时，电磁柔性关节会模仿人手上的脂肪从而均摊掉纸杯向外的外扩力，成功抓取纸杯并且不破坏纸杯。在机械手喂食传染病人时，减少了医护人员被传染的可能性，并且在病人含住勺子闭嘴往下吞咽的时候，电磁柔性关节也会针对患者吞咽时的低头动作随病人向下运动，大大减少误伤病人的可能性。电磁柔性关节的三根伸缩柱按照下板周向的0°、120°、240°周向均匀分布，则可在伸缩柱伸缩时，改变上板与下板的夹角，从而使电磁柔性关节任意角度弯曲。其中伸缩柱利用电磁铁和永磁铁控制伸缩，则可利用磁铁在同极的排斥力驱动顶杆上下运动，实现伸缩杆的伸缩。并且圆台状内腔的柔性筒作为导轨可在永磁铁上升时，限制其最大位移。

本发明电磁关节机械手中若顶杆为硬质杆则可利用弹簧消除顶杆顶部与上板之间的弯曲力。

本发明电磁关节机械手中柔性顶杆则可自行消除顶杆顶部与上板之间的弯曲力。但是柔性杆在柔性筒内容易相互摩擦，则设置限位环对永磁铁进行限位，顺便对柔性顶杆起导向作用。

本发明电磁关节机械手中若需要伸缩杆有足够的伸长力，则势必要加强电磁铁的磁性。但是三个伸缩杆毕竟距离过近，相互干扰容易引起驱动混乱，则在柔性筒的筒壁上同轴间隔嵌入磁屏蔽环即可减少三个伸缩杆的相互干扰，并且Mumetal材料可以制作的只有0.0508毫米厚的磁屏蔽薄片环，则其轻薄的性能不影响伸缩杆的弯曲程度，并为电磁柔性关节减重。磁屏蔽环之间的间隔大于磁屏蔽环高度1/5，则达不到良好的磁屏蔽效果。

本发明电磁关节机械手中点限套相互接触为一个点与面的接触，其优势为转向灵活。

本发明电磁关节机械手中面限套相互接触为一条细长的弧面。其优势为保持姿态较为稳定。

本发明电磁关节机械手的抓取方法中模拟人类手的弯曲程度调节不同个数的电磁柔性关节串连，可最大限度仿照人手制造机械手，使其用途更为广泛。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变长度导线，其特征在于：包括液态导体、第一绝缘体(101)和第二绝缘体(102)，第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽(103)，第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；

还包括容纳液态导体的第一容器(104)，第一容器与所述密封管管壁连通，形成导电的液态导体流动通道(107)，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道(105)。

2.根据权利要求1所述的变长度导线，其特征在于：还包括若干个可控通断电路，在所述密封管中，第二绝缘体的管壁上或第一绝缘体的管壁上，可控通断电路的输入端(111)直接或间接的，沿导向凹槽开设方向间隔布设，可控通断电路的输出端直接或间接的，接地或连接相应的电路输入端，可控通断电路的控制端直接或间接的，接收相应的控制信号。

3.根据权利要求2所述的变长度导线，其特征在于：还包括容纳流体绝缘体的第二容器(121)，第二容器与所述密封管一端连通，形成流体绝缘体流动通道(123)，第二容器与第二受控压力源连接或连通，形成绝缘的第二压力输入通道(122)。

4.根据权利要求3所述的变长度导线，其特征在于：所述第一压力输入通道、第二压力输入通道、液态导体流动通道和流体绝缘体流动通道中分别设置通断阀。

5.根据权利要求3至4任一所述的变长度导线，其特征在于：所述第一绝缘体为一圆柱体，所述导向凹槽为外螺纹，在第一绝缘体侧壁上，沿轴向开设；所述第二绝缘体为一圆管，第一绝缘体与第二绝缘体共轴线，第一绝缘体侧壁与第二绝缘体内侧壁紧密配合；

或者，所述第一绝缘体为一圆管，所述导向凹槽为内螺纹，在第一绝缘体内侧壁上，沿轴向开设，所述第二绝缘体为一圆柱体，第一绝缘体与第二绝缘体共轴线，第一绝缘体内侧壁与第二绝缘体侧壁紧密配合。

6.根据权利要求2至4任一所述的变长度导线，其特征在于：所述可控通断电路包括开关三极管，开关三极管的基极直接或间接的接收控制信号，开关三极管的集电极直接或间接的布设在所述密封管中，开关三极管的发射极直接或间接的，接地或连接相应的电路输入端。

7.根据权利要求1至4任一所述的变长度导线，其特征在于：在第一绝缘体或第二绝缘体的内部或外侧设置保持液态导体恒温的温度调节装置。

8.根据权利要求5所述的变长度导线，其特征在于：所述第一绝缘体和第二绝缘体采用聚四氟乙烯，所述液态导体包括汞、铯、镓、液态汞合金、液态镓铟锡合金、或电解质溶液中的一种，所述流体绝缘体为碳氢化合物的混合物或惰性气体，所述螺纹的截面形状为半圆形、矩形、梯形或三角形，螺距为0.03mm至1.2mm，或1.2mm至10mm。

9.一种变长度导线的制造方法，包括以下步骤：

在第一绝缘体侧壁上开设导向凹槽，利用第二绝缘体覆盖第一绝缘体侧壁，导向凹槽和导向凹槽相对的第二绝缘体形成液态导体流动的密封管；

设置容纳液态导体的第一容器，第一容器与所述密封管侧壁连通，形成导电的液态导体流动通道，第一容器与第一受控压力源连接或连通，形成绝缘的第一压力输入通道。

10.利用权利要求1至8任一所述的变长度导线形成的电磁关节机械手，包括电磁柔性关节(1)、手掌、手指和手臂通过相应的电磁柔性关节连接，所述电磁柔性关节的控制信号和状态信号通过无线通信方式接收和发送，无线通信天线采用所述变长度导线；

所述手臂的一端与机架固定，手臂的另一端通过电磁柔性关节与手掌连接，手掌通过电磁柔性关节与手指连接，手指的每个关节都为电磁柔性关节；所述电磁柔性关节包括下板、伸缩柱和上板，下板通过三跟伸缩柱与上板连接，三根伸缩柱的轴线均与上板、下板周向的0°、120°、240°位置固定；所述伸缩柱包括电磁铁、永磁铁、限位环、柔性筒和顶杆；所述柔性筒底部与下板固定，柔性筒内腔自下到上依次设有电磁铁、永磁铁和顶杆；所述电磁铁固定在柔性筒底部；所述永磁铁以柔性筒内腔为导轨，永磁铁顶部与顶杆底部固定，顶杆顶部与上板连接；所述柔性筒内腔呈圆台状，柔性筒内腔的上内径小于下内径，永磁铁为圆柱状，永磁铁的外径小于柔性筒内腔的下内径，永磁铁的外径大于柔性筒内腔中部的内径；

所述顶杆顶部与上板通过弹簧连接；

所述顶杆为柔性杆，柔性筒内腔中部设有限位环；所述限位环内径与顶杆外径相同，限位环用于限位永磁铁并且对顶杆起导向作用；

所述柔性筒内竹节状嵌入多个磁屏蔽环；所述磁屏蔽环由80％的镍合金Mumetal材料制成，磁屏蔽环的厚度为0.0508毫米，磁屏蔽环的轴线与柔性筒的轴线重合，每个磁屏蔽环之间有间隔，磁屏蔽环之间的间隔小于磁屏蔽环高度的1/5；

所述柔性筒由虾壳状排列的套筒构成；所述套筒包括底套和点限套；所述柔性筒底部为底套；所述底套为圆台状，底套外径较大的圆周面用与固定下板，底套内固定电磁铁，底套上叠加套装多个点限套，底套的侧面与其上侧的点限套通过拉绳连接；所述点限套由自上到下包括第一圆台套和第二圆台套；所述第一圆台套上侧外径小于下侧外径，第二圆台套上侧外径大于下侧外径，第一圆台套下侧的外径与第二圆台套上侧的外径相同，第一圆台套底部与第二圆台套顶部固定，点限套设有轴向通孔；所述点限套底部开设有第一圆台孔；所述第一圆台孔与点限套的轴向通孔相贯通，第一圆台孔上侧的内径与点限套的轴向通孔的内径相同，点限套轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条平行；所述点限套上沿轴线方向依次套装有多个点限套，下侧点限套的第一圆台套的侧面与上侧点限套的第二圆台套的下沿之间通过拉绳连接；所述拉绳沿点限套的轴线周向均匀分布多个；当两个点限套相互向相反方向拉伸时，上侧的点限套与下侧的点限套通过拉绳连接；当两个点限套相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的点限套底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的点限套或底套上部侧面上的一点相互支撑；所述相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳限位；

所述柔性筒由虾壳状排列的套筒构成；所述套筒包括底套和面限套；所述柔性筒底部为底套；所述底套为圆台状，底套外径较大的圆周面用与固定下板，底套内固定电磁铁，底套上叠加套装多个面限套，底套的侧面与其上侧的面限套通过拉绳连接；所述面限套为圆台状套筒；所述面限套上侧外径小于下侧外径，面限套设有轴向通孔；所述面限套底部开设有第三圆台孔；所述第三圆台孔与面限套的轴向通孔相贯通，第三圆台孔上侧的内径与面限套的轴向通孔的内径相同，面限套轴向截面中第一圆台孔的侧面线条与第一圆台套的侧面线条之间有夹角；所述夹角为∠a；所述面限套上沿轴线方向依次套装有多个面限套，下侧的面限套的圆台侧面与上侧的面限套的第三圆台孔的下沿通过拉绳连接；所述拉绳沿面限套的轴线周向均匀分布多个；

当两个面限套相互向相反方向拉伸时，上侧的面限套与下侧的面限套通过拉绳连接；当两个面限套相互向相反方向拉绳并受径向力时，上侧的面限套底部第一圆台孔下沿上的一点与下侧的面限套或底套上部侧面上的一点相互支撑；所述相互支撑的一点的周向另一侧通过拉绳限位。