CN105598962A - 一种电磁驱动的仿真肌肉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于仿真机械手驱动技术领域，尤其涉及一种电磁驱动的仿真肌肉，它包括动力单元、执行单元、液态介质导管、电磁结构、动力单元磁性底盖等，其中动力单元通过液态介质导管与执行单元连接，通过动力单元中的电磁结构的磁性与动力单元磁性底盖的磁性发生吸引和排斥，产生对液态介质的压力和吸力，从而控制执行单元中的液态介质的有效体积，达到控制执行单元长度变化的目的。将执行单元用在机械手驱动关节上，将能起到驱动机械手运动的目的；本发明利用导管传送压力，方便执行单元的布置，将会大大简化机械手的结构，具有较好的实用前景。
Description
所属技术领域
本发明属于仿真机械手驱动技术领域，尤其涉及一种电磁驱动的仿真肌肉。
背景技术
目前机械手的驱动方式多使用伺服电机驱动、钢丝驱动、液压驱动等，少部分使用人造肌肉驱动；其中人造肌肉驱动，虽然驱动的方式先进，但是制造成本目前很高，液压驱动需要强大的动力来对液压油增压驱动，将会增加设备的重量和对技术成熟度要求较高，所以成本也较高；那么在仿真机械手驱动上伺服电机驱动和钢丝驱动较为常见，伺服电机驱动为在每个关节上安装一个伺服电机，这将会导致机械手上的机构很不美观，伺服电机的尺寸外形将决定机械手的外形和功能；目前使用最多的、成本最低的是采用钢丝驱动，将伺服电机集中安装在手臂处，机械手及手指机构较为简单，控制较为容易，但是钢丝驱动中容易出现机械指定位不准、手指虚位摆动等情况，所以设计一种成本较低、方便布置的驱动方式是很有必要的。
本发明设计一种电磁驱动的仿真肌肉解决如上问题。
发明内容
为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种电磁驱动的仿真肌肉，它是采用以下技术方案来实现的。
一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：它包括执行单元、执行单元进口、液态介质导管、动力单元、动力单元出口，其中液态介质导管一端连接动力单元上的动力单元出口，另一端连接执行单元上的执行单元进口；
上述动力单元包括动力单元外壳、动力单元顶盖、动力单元磁性底盖、导轨卡牙、电磁结构导轨、卡锁结构、卡锁结构锥齿、卡锁导磁片锥齿、卡锁导磁片转轴支撑、卡锁导磁片转轴、卡锁导磁片弹簧、卡锁导磁片、液态介质弹性容器、电磁结构底导磁板、通电线圈、电磁结构顶导磁板、卡锁结构支撑片、卡锁结构转轴、动力单元出口、电磁结构卡槽、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片弹簧限位体，其中液态介质弹性容器安装在动力单元磁性底盖上，动力单元外壳安装在动力单元磁性底盖上，两个电磁结构导轨对称安装在动力单元外壳上，每个电磁结构导轨上安装有导轨卡牙；电磁结构中心导磁体一端固定在电磁结构顶导磁板上，另一端固定在电磁结构底导磁板上，通电线圈缠绕在电磁结构中心导磁体上；电磁结构顶导磁板和电磁结构底导磁板分别上下对应的开有两个电磁结构卡槽，电磁结构卡槽与电磁结构导轨配合；卡锁结构转轴通过卡锁结构支撑片安装在电磁结构顶导磁板上侧，卡锁结构安装在卡锁结构转轴上，卡锁结构两端与导轨卡牙配合；卡锁结构锥齿安装在卡锁结构转轴上，卡锁导磁片转轴通过卡锁导磁片转轴支撑安装在电磁结构顶导磁板上，卡锁导磁片锥齿安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片一端安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端安装在电磁结构顶导磁板上；动力单元顶盖安装在动力单元外壳上端，动力单元磁性底盖上开有动力单元出口；电磁结构底导磁板下侧和液态介质弹性容器上侧粘接；液态介质弹性容器是具有很大的弹性的，能在一定的体积范围内增大或者缩小。
本发明中的动力单元设计目的在于利用电磁结构的上下运动对液态介质弹性容器进行压缩和拉伸，进而改变执行单元中的液态介质的有效体积，达到控制执行单元长度变化的目的。动力单元中电磁结构在未通电情况下，电磁结构底导磁板和顶导磁板上没有磁性，卡锁导磁片在卡锁导磁片弹簧作用下，不与电磁结构顶导磁板接触，此时卡锁结构两端卡在导轨卡牙上，将电磁结构在电磁结构导轨上的位置锁死；当对电磁结构通电时，电磁结构顶导磁板和底导磁板将会产生磁性，卡锁导磁片一端将会被吸到电磁结构底导磁板上，通过锥齿的传动，卡锁结构围绕卡锁结构转轴转动一个角度，卡锁结构两端与导轨卡牙脱开，此时电磁结构底导磁板的磁性与动力单元磁性底盖的磁性发生作用，或吸引或排斥，达到对液态介质弹性容器的压缩和拉伸。
上述执行单元包括执行单元进口、旋转配合机构、承压弹性壳、内套结构、承拉弹簧、外套结构、内套结构顶板、内套结构导轨槽、外套结构底板、外套结构导轨，其中执行单元进口安装在承压弹性壳下侧；内套结构安装在外套结构内部，内套结构上开有内套结构导轨槽，外套结构内部开有外套结构导轨，内套结构导轨槽和外套结构导轨配合；内套结构顶板安装在内套结构上端，外套结构底板安装在外套结构下端；承拉弹簧一端安装在内套结构顶板下侧，另一端安装在外套结构底板上侧，且外套于内套结构和外套结构上；承压弹性壳安装在内套结构顶板上侧和外套结构底板下侧；旋转配合机构安装在执行单元两侧，用于固定在机械关节上，并能够让执行单元相对于关节有一定的旋转。
本发明中执行单元中的液态介质处于承压弹性壳和内外套结构外侧的空间内，在动力单元的作用下，执行单元中的液态介质有效体积增大或者减小，将增长或者缩短执行单元。承压弹性外壳具有体积可变的性质，通过增加长度或者减小长度改变体积，在横向具有能承受横向压力的能力。内套结构和外套结构的嵌套设计作用在于对执行单元起到一个稳定和导向的作用，保证执行单元长度增加时不会出现横向摆动。承拉弹簧始终处于拉伸状态，起到对执行单元的长度增加抑制的作用，而液态介质基本只能在体积增加时起到增加执行单元长度的作用，那么承压弹簧和液态介质相互作用，达到对执行单元长度控制的目的。
作为本技术的进一步改进，上述电磁结构顶导磁板上还安装有卡锁导磁片弹簧限位体，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端可以安装在卡锁导磁片弹簧限位体上。卡锁导磁片弹簧限位体起到防止卡锁导磁片弹簧横向摆动的目的。
作为本技术的进一步改进，上述卡锁导磁片弹簧限位体为圆柱体，限位体直径小于卡锁导磁片弹簧直径。保证卡锁导磁片弹簧能套于卡锁导磁片弹簧限位体外侧。
作为本技术的进一步改进，上述动力单元磁性底盖为永磁体。
作为本技术的进一步改进，上述电磁结构顶导磁板、电磁结构底导磁板、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片均为软磁体。软磁体具有通电产生磁性，断电磁性消失的特点，符合本发明中对电磁结构作用的要求。
相对于传统的仿真机械手驱动技术，本发明中动力单元通过液态介质导管与执行单元连接，通过动力单元中的电磁结构的磁性与动力单元磁性底盖的磁性发生吸引和排斥，产生对液态介质的压力和吸力，从而控制执行单元中的液态介质的有效体积，达到控制执行单元长度变化的目的。将执行单元用在机械手驱动关节上，将能起到驱动机械手运动的目的；本发明利用导管传送压力，方便执行单元的布置，将会大大简化机械手的结构，具有较好的实用前景。
附图说明
图1是整体部件分布示意图。
图2是动力单元上侧结构分布示意图。
图3是动力单元内部结构分布示意图。
图4是动力单元内部结构分布侧视图。
图5是电磁结构导轨安装示意图。
图6是液态介质弹性容器安装示意图。
图7是通电线圈安装示意图。
图8是电磁结构中心导磁体安装示意图。
图9是卡锁结构安装正视图及俯视图。
图10是卡锁导磁片安装示意图。
图11是执行单元剖视图。
图12是承拉弹簧安装示意图。
图13是内套结构示意图。
图14是外套结构示意图。
图中标号名称：1、动力单元外壳，2、动力单元顶盖，3、动力单元磁性底盖，4、液态介质导管，5、执行单元进口，6、旋转配合结构，7、执行单元，8、导轨卡牙，9、电磁结构导轨，10、卡锁结构，11、卡锁结构锥齿，12、卡锁导磁片锥齿，13、卡锁导磁片转轴支撑，14、卡锁导磁片转轴，15、卡锁导磁片弹簧，16、卡锁导磁片，17、液态介质弹性容器，18、电磁结构底导磁板，19、通电线圈，20、电磁结构顶导磁板，21、卡锁结构支撑片，22、卡锁结构转轴，23、动力单元出口，24、电磁结构卡槽，25、电磁结构中心导磁体，26、卡锁导磁片弹簧限位体，27、承压弹性壳，28、内套结构，29、承拉弹簧，30、外套结构，31、内套结构顶板，32、内套结构导轨槽，33、外套结构底板，34、外套结构导轨，35、动力单元。
具体实施方式
如图1所示，它包括执行单元、执行单元进口、液态介质导管、动力单元、动力单元出口，其中液态介质导管一端连接动力单元上的动力单元出口，另一端连接执行单元上的执行单元进口；
如图2、3、4所示，上述动力单元包括动力单元外壳、动力单元顶盖、动力单元磁性底盖、导轨卡牙、电磁结构导轨、卡锁结构、卡锁结构锥齿、卡锁导磁片锥齿、卡锁导磁片转轴支撑、卡锁导磁片转轴、卡锁导磁片弹簧、卡锁导磁片、液态介质弹性容器、电磁结构底导磁板、通电线圈、电磁结构顶导磁板、卡锁结构支撑片、卡锁结构转轴、动力单元出口、电磁结构卡槽、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片弹簧限位体，其中，如图6所示，液态介质弹性容器安装在动力单元磁性底盖上，如图5所示，动力单元外壳安装在动力单元磁性底盖上，两个电磁结构导轨对称安装在动力单元外壳上，每个电磁结构导轨上安装有导轨卡牙；如图8所示，电磁结构中心导磁体一端固定在电磁结构顶导磁板上，另一端固定在电磁结构底导磁板上，如图7所示，通电线圈缠绕在电磁结构中心导磁体上；电磁结构顶导磁板和电磁结构底导磁板分别上下对应的开有两个电磁结构卡槽，电磁结构卡槽与电磁结构导轨配合；如图9所示，卡锁结构转轴通过卡锁结构支撑片安装在电磁结构顶导磁板上侧，卡锁结构安装在卡锁结构转轴上，卡锁结构两端与导轨卡牙配合；卡锁结构锥齿安装在卡锁结构转轴上，如图3、10所示，卡锁导磁片转轴通过卡锁导磁片转轴支撑安装在电磁结构顶导磁板上，卡锁导磁片锥齿安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片一端安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端安装在电磁结构顶导磁板上；动力单元顶盖安装在动力单元外壳上端，动力单元磁性底盖上开有动力单元出口；电磁结构底导磁板下侧和液态介质弹性容器上侧粘接；液态介质弹性容器是具有很大的弹性的，能在一定的体积范围内增大或者缩小。
本发明中的动力单元设计目的在于利用电磁结构的上下运动对液态介质弹性容器进行压缩和拉伸，进而改变执行单元中的液态介质的有效体积，达到控制执行单元长度变化的目的。动力单元中电磁结构在未通电情况下，电磁结构底导磁板和顶导磁板上没有磁性，卡锁导磁片在卡锁导磁片弹簧作用下，不与电磁结构顶导磁板接触，此时卡锁结构两端卡在导轨卡牙上，将电磁结构在电磁结构导轨上的位置锁死；当对电磁结构通电时，电磁结构顶导磁板和底导磁板将会产生磁性，卡锁导磁片一端将会被吸到电磁结构底导磁板上，通过锥齿的传动，卡锁结构围绕卡锁结构转轴转动一个角度，卡锁结构两端与导轨卡牙脱开，此时电磁结构底导磁板的磁性与动力单元磁性底盖的磁性发生作用，或吸引或排斥，达到对液态介质弹性容器的压缩和拉伸。
如图11所示，上述执行单元包括执行单元进口、旋转配合机构、承压弹性壳、内套结构、承拉弹簧、外套结构、内套结构顶板、内套结构导轨槽、外套结构底板、外套结构导轨，其中执行单元进口安装在承压弹性壳下侧；内套结构安装在外套结构内部，如图13所示，内套结构上开有内套结构导轨槽，如图14所示，外套结构内部开有外套结构导轨，内套结构导轨槽和外套结构导轨配合；内套结构顶板安装在内套结构上端，外套结构底板安装在外套结构下端；如图12所示，承拉弹簧一端安装在内套结构顶板下侧，另一端安装在外套结构底板上侧，且外套于内套结构和外套结构上；承压弹性壳安装在内套结构顶板上侧和外套结构底板下侧；旋转配合机构安装在执行单元两侧。
本发明中执行单元中的液态介质处于承压弹性壳和内外套结构外侧的空间内，在动力单元的作用下，执行单元中的液态介质有效体积增大或者减小，将增长或者缩短执行单元。承压弹性外壳具有体积可变的性质，通过增加长度或者减小长度改变体积，在横向具有能承受横向压力的能力。内套结构和外套结构的嵌套设计作用在于对执行单元起到一个稳定和导向的作用，保证执行单元长度增加时不会出现横向摆动。承拉弹簧始终处于拉伸状态，起到对执行单元的长度增加抑制的作用，而液态介质基本只能在体积增加时起到增加执行单元长度的作用，那么承压弹簧和液态介质相互作用，达到对执行单元长度控制的目的。
如图10所示，上述电磁结构顶导磁板上还安装有卡锁导磁片弹簧限位体，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端可以安装在卡锁导磁片弹簧限位体上。卡锁导磁片弹簧限位体起到防止卡锁导磁片弹簧横向摆动的目的。
如图10所示，上述卡锁导磁片弹簧限位体为圆柱体，限位体直径小于卡锁导磁片弹簧直径。保证卡锁导磁片弹簧能套于卡锁导磁片弹簧限位体外侧。
上述动力单元磁性底盖为永磁体。
上述电磁结构顶导磁板、电磁结构底导磁板、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片均为软磁体。软磁体具有通电产生磁性，断电磁性消失的特点，符合本发明中对电磁结构作用的要求。
综上所述，本发明中动力单元通过液态介质导管与执行单元连接，通过动力单元中的电磁结构的磁性与动力单元磁性底盖的磁性发生吸引和排斥，产生对液态介质的压力和吸力，从而控制执行单元中的液态介质的有效体积，达到控制执行单元长度变化的目的。将执行单元用在机械手驱动关节上，将能起到驱动机械手运动的目的；本发明利用导管传送压力，方便执行单元的布置，将会大大简化机械手的结构，具有较好的实用前景。
Claims (5)
1.一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：它包括执行单元、执行单元进口、液态介质导管、动力单元、动力单元出口，其中液态介质导管一端连接动力单元上的动力单元出口，另一端连接执行单元上的执行单元进口；
上述动力单元包括动力单元外壳、动力单元顶盖、动力单元磁性底盖、导轨卡牙、电磁结构导轨、卡锁结构、卡锁结构锥齿、卡锁导磁片锥齿、卡锁导磁片转轴支撑、卡锁导磁片转轴、卡锁导磁片弹簧、卡锁导磁片、液态介质弹性容器、电磁结构底导磁板、通电线圈、电磁结构顶导磁板、卡锁结构支撑片、卡锁结构转轴、动力单元出口、电磁结构卡槽、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片弹簧限位体，其中液态介质弹性容器安装在动力单元磁性底盖上，动力单元外壳安装在动力单元磁性底盖上，两个电磁结构导轨对称安装在动力单元外壳上，每个电磁结构导轨上安装有导轨卡牙；电磁结构中心导磁体一端固定在电磁结构顶导磁板上，另一端固定在电磁结构底导磁板上，通电线圈缠绕在电磁结构中心导磁体上；电磁结构顶导磁板和电磁结构底导磁板分别上下对应的开有两个电磁结构卡槽，电磁结构卡槽与电磁结构导轨配合；卡锁结构转轴通过卡锁结构支撑片安装在电磁结构顶导磁板上侧，卡锁结构安装在卡锁结构转轴上，卡锁结构两端与导轨卡牙配合；卡锁结构锥齿安装在卡锁结构转轴上，卡锁导磁片转轴通过卡锁导磁片转轴支撑安装在电磁结构顶导磁板上，卡锁导磁片锥齿安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片一端安装在卡锁导磁片转轴上，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端安装在电磁结构顶导磁板上；动力单元顶盖安装在动力单元外壳上端，动力单元磁性底盖上开有动力单元出口；电磁结构底导磁板下侧和液态介质弹性容器上侧粘接；
上述执行单元包括执行单元进口、旋转配合结构、承压弹性壳、内套结构、承拉弹簧、外套结构、内套结构顶板、内套结构导轨槽、外套结构底板、外套结构导轨，其中执行单元进口安装在承压弹性壳下侧；内套结构安装在外套结构内部，内套结构上开有内套结构导轨槽，外套结构内部开有外套结构导轨，内套结构导轨槽和外套结构导轨配合；内套结构顶板安装在内套结构上端，外套结构底板安装在外套结构下端；承拉弹簧一端安装在内套结构顶板下侧，另一端安装在外套结构底板上侧，且外套于内套结构和外套结构上；承压弹性壳安装在内套结构顶板上侧和外套结构底板下侧；旋转配合机构安装在执行单元两侧。
2.根据权利要求1所述的一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：上述电磁结构顶导磁板上还安装有卡锁导磁片弹簧限位体，卡锁导磁片弹簧一端安装在卡锁导磁片下侧，另一端可以安装在卡锁导磁片弹簧限位体上。
3.根据权利要求1、2所述的一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：上述卡锁导磁片弹簧限位体为圆柱体，限位体直径小于卡锁导磁片弹簧直径。
4.根据权利要求1所述的一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：上述动力单元磁性底盖为永磁体。
5.根据权利要求1所述的一种电磁驱动的仿真肌肉，其特征在于：上述电磁结构顶导磁板、电磁结构底导磁板、电磁结构中心导磁体、卡锁导磁片均为软磁体。
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| CN105598962B (zh) | 2017-07-25 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Jiashen Inventor after: Liu Limei Inventor before: Liu Chao |
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170629 Address after: 350208 Fujian city of Fuzhou province Changle City crane on Xincuo town giyang Village No. 166 Applicant after: Chen Yujin Address before: 518000 Guangdong city of Shenzhen province Futian District Fuhua Road No. 6 Building 1403 business tax Applicant before: Liu Chao |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
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| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 435500 two groups of egg ridge village, bitter bamboo township, Huangmei County, Huanggang, Hubei Patentee after: Chen Yujin Address before: 350208 166 new village, Qiyang village, Heshang Town, Changle City, Fuzhou, Fujian Patentee before: Chen Yujin |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190328 Address after: 438000 Landslide Road, Tuanfeng Town, Tuanfeng County, Huanggang City, Hubei Province Patentee after: Ma Zhenghong Address before: 435500 two groups of egg ridge village, bitter bamboo township, Huangmei County, Huanggang, Hubei Patentee before: Chen Yujin |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190520 Address after: 226100 Fuxing Road, Yuet Lai Town, Haimen, Nantong, Jiangsu, 20 Patentee after: Nantong excellent art design Co., Ltd. Address before: 438000 Landslide Road, Tuanfeng Town, Tuanfeng County, Huanggang City, Hubei Province Patentee before: Ma Zhenghong |