CN106426146B - 一种双作用气动人工肌肉 - Google Patents

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Abstract

一种双作用气动人工肌肉，包括推程气囊、拉程气囊、端盖和紧固件。端盖包括端盖A、B；压盖包括压盖A、B、C、D；推程气囊和拉程气囊为同轴内外布置，压盖A和压盖C分别连接在推程气囊的两端并与端盖A、B进行固定连接；压盖B、压盖D分别连接在拉程气囊的两端并与压盖A、C进行固定连接。当在推程气囊的内腔冲入气体时，气体压力挤压内壁使内腔的直径变大，梭形的环形孔在推程气囊的径向上变窄，轴向上变宽，从而使推程气囊伸长，实现双作用气动人工肌肉的推行程作用；当在拉程气囊内腔冲入气体时，拉程气囊在径向上变大，轴向缩短，使拉程气囊缩短，实现双作用气动人工肌肉的拉行程作用。本发明具有结构精巧、使用便利、操作简单等优点。

Description

一种双作用气动人工肌肉
技术领域
本发明涉及人工肌肉领域，尤其涉及一种双作用气动人工肌肉。
背景技术
人工肌肉是随机器人技术的发展对驱动元件的功能需求而提出的，总得来说是指具有类似于生物骨骼肌生物力学特性的材料或装置。现在国内外广泛研究的人工肌肉主要可以分为三大类：电致聚合物类、形状记忆合金类和气动人工肌肉类。
其中，气动人工肌肉通过压缩空气使其产生形变，从而对外界产生力和位移效应。按结构形式可将气动人工肌肉分为四类：编织型气动人工肌肉、网孔型气动人工肌肉、嵌入型气动人工肌肉和特种型气动人工肌肉。目前，气动人工肌肉在人工肌肉领域应用最广，并且具有以下优点：结构简单，重量轻，功率密度较大，工作介质无污染；动作平滑，具有柔性，应用领域广泛，特别适用于仿人机械的驱动；无相对滑动间隙配合,元件木身可以做到无泄漏；价格低廉，安装和维护方便。
1972年，Yarlott发明了一种气动人工肌肉，它的内部是一个长圆形的弹性球，外面是纤维编织成的网，外形呈福射状，有经线和玮线，在充分膨胀状态下呈椭球状,当承受负载力时外形出现峰谷形状；1986年，设计了一种ROMAC气动人工肌肉，该人工肌肉做成鞘壳形状，织网由不能伸长的柔性粗纤维做成，网孔做成四边钻石形，工作时封闭体积发生变化从而产生位移效应；1988年，Kukolj设计了Kukolj型气动人工肌肉，该人工肌肉与McKibben型气动人工肌肉结构相似，主要区别在于它们的编织网套不同，McKibben型气动人工肌肉的编织网套比较紧密，而Kukolj型气动人工肌肉的网孔较大；1969年，Baldwin设计了Baldwin型气动人工肌肉，它的柔性件中的纤维丝沿经向布置，这种类型的气动人工肌肉有较小的迟滞和较低的压力死区，但这种气动人工肌肉不能承受较大的负载，工作压力较低；1998年，F.Daerden设计了一种折叠型气动人工肌肉，它的表面柔性膜可以折叠，在自由状态时，气动人工肌肉的柔性膜沿轴向进行折叠，当充气时，折叠的柔性膜就会伸展，气动人工肌肉膨胀起来，在此过程巾不存在摩擦。在国内也有很多气动人工肌肉的相关专利，如中国专利CN101306535A，该专利公布了一种气动人工肌肉，其主要由外层编织网，内层膨胀管，密封组件和带通气孔密封组件组成。外层编织网和内层膨胀管两端对齐，套装在内层膨胀管之外，其原长度比内层膨胀管原长度要长一些；将一端插入密封组件，另一端插入带通气孔密封组件。气动人工肌肉经通气孔和通气孔向气动人工肌肉的内层膨胀管内部充入一定压力的空气，内层膨胀管变形，并迫使外层编织网一同沿径向膨胀，使气动人工肌肉沿径向膨胀，沿轴向收缩，并输出一定的拉力。再如中国专利CN101850551B，该专利公布了一种双体人工肌肉，在上端盖和下端盖之间，设有双环双向圆柱螺旋弹簧，在双环双向圆柱螺旋弹簧形成的两个空腔内分别设有两个胶囊，构成并联管状物，在下端盖上分别设有一个流体入口，以充入流体每个流体入口处设有节流环，双体充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹，当双体充入非等压流体时，可实现双向主动弯曲。
目前，这些类人工肌肉大多为单作用气动人工肌肉，有一些为拉力型，还有一些为压力型。在实际应用过程中大多情况都存在压力和拉力两种情况，单作用气动人工肌肉显然不能完全满足现在应用的需要，这也极大的限制了气动人工肌肉的推广和应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种能够同时实现推程作用和拉程作用的双作用气动人工肌肉。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明主要包括端盖、压盖、推程气囊和拉程气囊，所述端盖包括端盖A、端盖B；所述压盖包括压盖A、压盖B、压盖C和压盖D；所述推程气囊和拉程气囊为同轴内外布置，推程气囊置于拉程气囊的内部，压盖A和压盖C分别连接在推程气囊的两端，推程气囊通过压盖A、C与端盖A、B进行固定连接；压盖B、压盖D分别连接在拉程气囊的两端，拉程气囊通过压盖B、D分别与压盖A、C进行固定连接。
进一步的，所述拉程气囊为编织型人工气囊。
进一步的，所述推程气囊为橡胶材料制成，在推程气囊的囊壁上顺次设有横截面为梭形的环状孔，在相邻的两个孔之间设有两个横截面为圆形的环状孔；在推程气囊朝向拉程气囊内壁的一侧囊壁上嵌入环形的刚性保持架。
进一步的，所述的端盖B为铝合金材质，设有连接用的内螺纹和外螺纹以及安装用的外六角卡面，端盖B与推程气囊接合面具有锥度，并且设有凸棱，绕端盖B中轴线均匀分布八个通孔用来通气。
进一步的，所述的端盖A为铝合金材质，设有连接用的内螺纹和外螺纹以及安装用的外六角卡面，端盖A与推程气囊接合面具有锥度，并且设有凸棱。
进一步的，所述的压盖C为铝合金材质，压盖C上设有凸棱以及设有沿圆周方向均布的八个沟槽，所述的八个沟槽作为拉程气囊的通气孔。
工作过程大致如下：
当在推程气囊的内腔充入气体时，气体的压力会挤压内壁使内腔的直径变大，梭形的环形孔在推程气囊的径向上变窄，轴向上变宽，从而使推程气囊伸长，实现双作用气动人工肌肉的推行程作用；当在拉程气囊内腔冲入气体时，拉程气囊在径向上变大，轴向缩短，从而使拉程气囊缩短，实现双作用气动人工肌肉的拉行程作用。为了减少推程气囊和拉程气囊在充放气过程中彼此之间的影响，在推程气囊靠近外壁处嵌入环形的保持架。另外，推程气囊和拉程气囊的充放气过程是相互协调，即推行程过程中推程气囊充气，拉程气囊放气，拉行程过程中则相反。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：既保持气动人工肌肉质量轻、柔顺性好的优点，又能够同时实现推行程作用和拉行程作用，丰富了气动人工肌肉功能，扩大了气动人工肌肉的应用范围。
附图说明
图1为本发明的整体效果图。
图2为图1的A-A剖面图。
图3为本发明中端盖A零件图。
图4为本发明中端盖B零件图。
图5为本发明中压盖A零件图。
图6为本发明中压盖B零件图。
图7为本发明中压盖C零件图。
附图标号：1-端盖A，2-压盖A，3-压盖B，4-推程气囊，5-拉程气囊，6-压盖D，7-压盖C，8-端盖B，9-保持架，10-凸棱A，11-卡槽A，12-外六角卡面A，13-外螺纹A，14-内螺纹A，15-通孔，16-凸棱B，17-卡槽B，18-外六角卡面B，19-外螺纹B，20-内螺纹B，21-凸棱C，22-凸棱D，23-沟槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1和图2所示，本发明主要包括端盖、压盖、推程气囊4和拉程气囊5，所述端盖包括端盖A1、端盖B8；所述压盖包括压盖A2、压盖B3、压盖C7和压盖D6；所述推程气囊和拉程气囊为同轴内外布置，推程气囊置于拉程气囊的内部；所述推程气囊为橡胶材料制成，在推程气囊的囊壁上顺次设有横截面为梭形的环状孔，在相邻的两个孔之间设有两个横截面为圆形的环状孔；在推程气囊朝向拉程气囊内壁的一侧囊壁上嵌入环形的刚性保持架9。压盖A和压盖C分别连接在推程气囊的两端，推程气囊通过压盖A、C与端盖A、B进行固定连接；所述拉程气囊为编织型人工气囊，主要由具有气密性的弹性橡胶和具有承载能力的编织网构成，编织网的丝由高抗拉强度材料制成。压盖B、压盖D分别连接在拉程气囊的两端，拉程气囊通过压盖B、D分别与压盖A、C进行固定连接。
如图3所示，端盖A为铝合金材质，端盖A与推程气囊接合面具有锥度，并且设有凸棱10，目的是为了使端盖A与推程气囊连接更牢固，密封性更好。端盖A上的卡槽A11用以卡紧压盖A，外螺纹A13用来连接其它设备，内螺纹A14用来连接气管接头，外六角卡面A12作为工装时的固定面。
如图4所示，端盖B为铝合金材质，端盖B与推程气囊接合面具有锥度，并且设有凸棱B16，目的是为了使端盖B与推程气囊连接更牢固，密封性更好。端盖B上的卡槽B17用以卡紧压盖C，外螺纹B19用来连接其他设备，内螺纹B20用来连接气管接头，沿圆周方向均布的八个通孔15为拉程气囊的通气孔，外六角卡面B18作为工装时的固定面。
如图4、图5、图6所示，压盖A、压盖B和压盖C为铝合金材质，压盖A上设有凸棱C21，压盖C设有凸棱D22用以更牢固的固定拉程气囊。另外，如图7所示，压盖C上设有沿圆周方向均布的八个沟槽23作为拉程气囊的通气孔，压盖D和压盖B材料和结构相同。
如图2所示，所述的双作用气动人工肌肉的推程气囊的一端通过压盖A利用旋压的方式固定在端盖A上，另一端通过压盖C利用旋压的方式固定在端盖B上。拉程气囊的一端通过压盖B利用旋压的方式固定在压盖A上，另一端通过压盖D利用旋压的方式固定在压盖C上。推程气囊的通气孔设在端盖A上，拉程气囊的通气孔设在端盖B和压盖C上。
本发明双作用气动人工肌肉的推行程过程是通过给推程气囊充气，气体压力挤压推程气囊内壁，使内腔的直径变大，梭形的环形孔在推程气囊的径向上变窄，轴向上变宽，与此同时拉程气囊放气，从而使推程气囊伸长，实现双作用气动人工肌肉的推行程作用；拉行程过程是通过给拉程气囊充气，使拉程气囊在径向上变大，轴向缩短，与此同时推程气囊放气，从而使拉程气囊缩短，实现双作用气动人工肌肉的拉行程作用。另外，在推程气囊靠近外壁处嵌入环形的钢制保持架，在推程气囊充放气过程中推程气囊外臂直径变化很小，减小了推程气囊对拉程气囊体积的影响；同理，当拉程气囊充气时，保持架也减小了拉程气囊对推程气囊体积的影响。
本发明双作用气动人工肌肉的径向尺寸和轴向尺寸可根据需要进行匹配，可以实现标准化，既保持气动人工肌肉质量轻，柔顺性好的优点，又能够同时实现推行程作用和拉行程作用，丰富了气动人工肌肉功能，扩大了气动人工肌肉的应用范围。
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做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 (1)

1.一种双作用气动人工肌肉，主要包括端盖、压盖、推程气囊和拉程气囊，其特征在于：所述端盖包括端盖A、端盖B；所述压盖包括压盖A、压盖B、压盖C和压盖D；所述推程气囊和拉程气囊为同轴内外布置，推程气囊置于拉程气囊的内部，压盖A和压盖C分别连接在推程气囊的两端，推程气囊通过压盖A、C与端盖A、B进行固定连接；压盖B、压盖D分别连接在拉程气囊的两端，拉程气囊通过压盖B、D分别与压盖A、C进行固定连接；所述推程气囊为橡胶材料制成，在推程气囊的囊壁上顺次设有横截面为梭形的环状孔，在相邻的两个孔之间设有两个横截面为圆形的环状孔；在推程气囊朝向拉程气囊内壁的一侧囊壁上嵌入环形的刚性保持架。
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