CN106181994B - 基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，属于柔性抓取装置技术领域。方案一包括第一人工肌肉、第二人工肌肉、抓取部件连杆一、抓取部件连杆二、抓取部件一和抓取部件二，所述第一人工肌肉或第二人工肌肉由弹性水囊、端部配件一、纤维编织层和端部配件二组成，所述纤维编织层套设在弹性水囊的外部，纤维编织层及弹性水囊的一端固定有端部配件一，纤维编织层及弹性水囊的另一端固定有端部配件二。方案二包括第一人工肌肉和第二人工肌肉，第一人工肌肉和第二人工肌肉对称设置，所述第一人工肌肉或第二人工肌肉由弹性水囊、纤维编织层和支架组成，所述纤维编织层套设在弹性水囊的外部，支架上开有通孔，纤维编织层及弹性水囊设在支架的通孔内。

Description

基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置
技术领域
本发明涉及一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，属于柔性抓取装置技术领域。
背景技术
人工肌肉作为一种新型的驱动器，具有很多独特的优点，如重量功率比大、构造简单、动作灵活，拥有优异的静态性能以及自身的柔性等。由于这些优点，使得人工肌肉在航空航天、机器人技术、生物医学等领域有着非常广泛的应用。相比气动人工肌肉，液压人工肌肉更以其高的工作压力、大的输出力、高的响应速度与传动精度，引起科学界的广泛关注。
典型的人工肌肉采用的材料是橡胶和尼龙纤维，是由内部的弹性气囊及外部双螺旋线编织而成的纤维编织层构成的。内部的弹性气囊端部和纤维编织层端部一起与两端的连接配件相连，两端的连接配件可以用于传力和密封。对于可伸长型人工肌肉，一旦给气囊充入工作流体，气囊会产生变形，带动纤维编织层一起径向收缩，编织角减小，编织层轴向伸长，从而在轴向产生伸长的力，推动两端的负载。
在深海中，常用的气体驱动人工肌肉无法承受海水产生的压力，在海中即失效。其次，通常使用的液压人工肌肉由液压油进行驱动，容易腐蚀弹性水囊的软管材料，因此此处采用水为工作液体。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，即在深海中，常用的气体驱动人工肌肉无法承受海水产生的压力，在海中即失效。其次，通常使用的液压人工肌肉由液压油进行驱动，容易腐蚀弹性水囊的软管材料，进而提供一种基于水为工作液体的液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
第一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，包括：第一人工肌肉、第二人工肌肉、抓取部件连杆一、抓取部件连杆二、抓取部件一和抓取部件二，所述第一人工肌肉的一端与第一固定部件铰接，第一人工肌肉的另一端与抓取部件一的一端铰接，抓取部件连杆一的一端与抓取部件一的一侧固定连接，抓取部件连杆一的另一端与第三固定部件铰接，所述第二人工肌肉的一端与第二固定部件铰接，第二人工肌肉的另一端与抓取部件二的一端铰接，抓取部件连杆二的一端与抓取部件二的一侧固定连接，抓取部件连杆二的另一端与第四固定部件铰接；所述第一人工肌肉或第二人工肌肉由弹性水囊、端部配件一、纤维编织层和端部配件二组成，所述纤维编织层套设在弹性水囊的外部，纤维编织层及弹性水囊的一端固定有端部配件一，纤维编织层及弹性水囊的另一端固定有端部配件二。
第二种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，包括第一人工肌肉和第二人工肌肉，所述第一人工肌肉和第二人工肌肉对称设置，所述第一人工肌肉或第二人工肌肉由弹性水囊、纤维编织层和支架组成，所述纤维编织层套设在弹性水囊的外部，支架上开有通孔，纤维编织层及弹性水囊设在支架的通孔内。
本发明采用的人工肌肉使用液压进行驱动，可以承受较大的海下压力。此外，用水进行驱动，既防止液压油对橡胶管造成腐蚀，也更加清洁环保。本发明设计了两种方案，基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置方案一，利用柔性人工肌肉在充放压过程产生的伸长、缩短行为驱动抓取部件对目标物体进行抓取；基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置方案二直接利用柔性的人工肌肉在约束条件下的弯曲变形对柔性目标进行抓取，发挥了人工肌肉构造简单、动作灵活、轻巧以及柔性的优点。
附图说明
图1为本发明第一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置的结构示意图。
图2为基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置的张开示意图。
图3为人工肌肉的组成示意图。
图4为第二种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置的结构示意图。
图5为人工肌肉的弯曲的结构示意图。
图6为支架。
图中的附图标记，1为第一固定部件，2为第二固定部件，3为第一人工肌肉，4为第二人工肌肉，5为第三固定部件，6为第四固定部件，7为抓取部件连杆一，8为抓取部件连杆二，9为抓取部件一，10为抓取部件二，21为弹性水囊，22为端部配件一，23为纤维编织层，24为端部配件二，25为支架，26为通孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1～图3所示，本实施例所涉及的第一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，包括：第一人工肌肉3、第二人工肌肉4、抓取部件连杆一7、抓取部件连杆二8、抓取部件一9和抓取部件二10，所述第一人工肌肉3的一端与第一固定部件1铰接，第一人工肌肉3的另一端与抓取部件一9的一端铰接，抓取部件连杆一7的一端与抓取部件一9的一侧固定连接，抓取部件连杆一7的另一端与第三固定部件5铰接，所述第二人工肌肉4的一端与第二固定部件2铰接，第二人工肌肉4的另一端与抓取部件二10的一端铰接，抓取部件连杆二8的一端与抓取部件二10的一侧固定连接，抓取部件连杆二8的另一端与第四固定部件6铰接；所述第一人工肌肉3或第二人工肌肉4由弹性水囊21、端部配件一22、纤维编织层23和端部配件二24组成，所述纤维编织层23套设在弹性水囊21的外部，纤维编织层23及弹性水囊21的一端固定有端部配件一22，纤维编织层23及弹性水囊21的另一端固定有端部配件二24。
所述弹性水囊21由乳胶管、硅胶管、天然橡胶管或尼龙软管等柔性材料制成。
所述纤维编织层23为聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、尼龙线或碳纤线等构成的编制网套。
所述端部配件一22或端部配件二24由不锈钢材料制成。
如图3～图6所示，本实施例所涉及的第二种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，包括第一人工肌肉3和第二人工肌肉4，所述第一人工肌肉3和第二人工肌肉4对称设置，所述第一人工肌肉3或第二人工肌肉4由弹性水囊21、纤维编织层23和支架25组成，所述纤维编织层23套设在弹性水囊21的外部，支架25上开有通孔26，纤维编织层23及弹性水囊21设在支架25的通孔26内。
所述支架25上开有三个、四个或五个通孔26，支架25上的三个、四个或五个通孔26内均设有纤维编织层23及弹性水囊21。
所述弹性水囊21由乳胶管、硅胶管、天然橡胶管或尼龙软管等柔性材料制成。
所述纤维编织层23为聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)、尼龙线或碳纤线等构成的编制网套。
所述支架25由不锈钢材料制成。
利用人工肌肉在充放压过程产生的伸长、缩短行为驱动抓取部件张开或合拢从而对目标物体进行抓取。
其安装及使用方法通过以下步骤实现：(一)按照设计的结构制备基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置的抓取部件。(二)在抓取部件两侧对称位置上分别铰接两个可伸展型人工肌肉。(三)将抓取部件的两个特定点以及两个人工肌肉的另一端铰接在整个抓取装置连接的基座上。(四)当抓取机构和目标物距离达到抓取范围时，给人工肌肉充入有压力的水使其伸长，推动抓取部件张开一定角度。(五)当抓取部件包围住目标物体时，释放人工肌肉中的压力使其缩短，拉动抓取部件合拢，直至夹住目标物体，停止降压并保持压力恒定，即完成抓取任务。
其安装及使用方法通过以下步骤实现：(一)将若干根(根据空间以及目标物大小而定，可为三根、四根、五根等)长度、外径相同的可伸展型液压驱动人工肌肉均匀分布安装在两个面积适当的盘形支架之间。(二)根据人工肌肉长度采用若干个相同的支架均匀分布在其全长上，每个支架中间都分布有与人工肌肉相同数目的直径等于其外径的孔，人工肌肉可从其中嵌套而过，从而固定住机构中人工肌肉的相对位置，以防止在伸长和弯曲过程中产生屈曲。(三)采用两组上述装置作为抓取机构的两个抓取臂。(四)当靠近目标物时，对两个抓取臂上距离抓取目标较远一侧的几根人工肌肉加压驱动使之伸长，距离目标较近一侧的几根人工肌肉不加压保持原长。由于支架的约束，两个抓取臂会向目标物体弯曲，夹住目标物，从而达到抓取的目的。根据目标物大小调整充压大小即伸长与弯曲程度。
所用的人工肌肉由液压泵、调压阀、减压阀、接头和软管等组成的液压系统进行驱动，工作液体为水。
该装置可安装在潜艇或船只底部，根据目标物大小及其他特征用两种方案进行抓取。
通过调整人工肌肉中水的压力可改变其伸长量，从而控制抓取装置开合角度、改变抓取臂弯曲程度以适应不同大小的目标物体。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，包括：第一人工肌肉(3)、第二人工肌肉(4)、抓取部件连杆一(7)、抓取部件连杆二(8)、抓取部件一(9)和抓取部件二(10)，其特征在于，所述第一人工肌肉(3)的一端与第一固定部件(1)铰接，第一人工肌肉(3)的另一端与抓取部件一(9)的一端铰接，抓取部件连杆一(7)的一端与抓取部件一(9)的一侧固定连接，抓取部件连杆一(7)的另一端与第三固定部件(5)铰接，所述第二人工肌肉(4)的一端与第二固定部件(2)铰接，第二人工肌肉(4)的另一端与抓取部件二(10)的一端铰接，抓取部件连杆二(8)的一端与抓取部件二(10)的一侧固定连接，抓取部件连杆二(8)的另一端与第四固定部件(6)铰接；所述第一人工肌肉(3)或第二人工肌肉(4)由弹性水囊(21)、端部配件一(22)、纤维编织层(23)和端部配件二(24)组成，所述纤维编织层(23)套设在弹性水囊(21)的外部，纤维编织层(23)及弹性水囊(21)的一端固定有端部配件一(22)，纤维编织层(23)及弹性水囊(21)的另一端固定有端部配件二(24)。
2.根据权利要求1所述的基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，其特征在于，所述弹性水囊(21)由乳胶管、硅胶管、天然橡胶管或尼龙软管柔性材料制成。
3.根据权利要求2所述的基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，其特征在于，所述纤维编织层(23)为聚乙烯对苯二甲酸酯、尼龙线或碳纤线构成的编制网套。
4.根据权利要求3所述的基于液压驱动人工肌肉的深海柔性抓取装置，其特征在于，所述端部配件一(22)或端部配件二(24)由不锈钢材料制成。
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