CN107081748A - 一种气体或液体机械肌肉群 - Google Patents

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    • B25J9/10—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/1075—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with muscles or tendons

Abstract

一种气体或液体机械肌肉群，包括控制器(4)、两个肌肉索连接器(1)，两个肌肉索连接器(1)之间布设有多条并联的机械肌肉索(2)；每条机械肌肉索(2)由若干个机械肌肉单元(3)串联组成，其两端分别设有第一总接线端(21)、第二总接线端(22)；多个第一总接线端(21)在一个肌肉索连接器(1)中并联设置后与控制器(4)相连，多个第二总接线端(22)在另一个肌肉索连接器(1)中并联设置后与控制器(4)相连。本发明提出的机械肌肉群结构简单，可小微型化批量生产，成本低，同时借助气体或液体的特性，肌肉收缩、放松过程缓慢平稳，能够实现精准化、精细化的操作，非常适用于小微型机器人领域。

Description

一种气体或液体机械肌肉群
技术领域
本发明属于机械肌肉技术领域，特别是涉及一种气体或液体机械肌肉群。
背景技术
在实际应用中，目前机器人的机械臂主要是通过电动机、气动和液压三种驱动方式来实现往复运动，进而实现各种功能，但由于其结构决定了尺寸不可能实现小型化和微型化，因此在小微型机器人上的应用受到限制。此外，现有机器人的运动精度不高、运动方式僵硬，难以实现精细化、精准化的操作。有鉴于上述现有机械臂存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年的实际经验和专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的机械肌肉群，能够解决现有存在的问题，使其更具有实用性。经过不断研究、设计，并反复试作样品及改进后，终于创设出具有实用性的本发明。
发明内容
本发明的目的在于克服现有机械肌肉存在的缺陷，而提出一种可以实现机械肌肉微型化的机械肌肉群，并将其应用于小微型机器人上以实现精度高、灵活性强的操作，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种气体或液体机械肌肉群，包括控制器4、两个肌肉索连接器1，两个肌肉索连接器1之间布设有多条并联的机械肌肉索2；每条机械肌肉索2由若干个机械肌肉单元3串联组成，其两端分别设有第一总接线端21、第二总接线端22；多个第一总接线端21在一个肌肉索连接器1中并联设置后与控制器4相连，多个第二总接线端22在另一个肌肉索连接器1中并联设置后与控制器4相连。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的气体或液体机械肌肉群，每个所述机械肌肉单元3包括动磁钢31、软铁芯36及夹固在二者之间的弹性囊33，该动磁钢31、软铁芯36上分别凸设一单元连接器32；该软铁芯36沿圆周方向布设有励磁线圈35，该励磁线圈35具有两个接线端；该弹性囊35由弹力膜34包裹气体或液体组成；
若干个机械肌肉单元3的励磁线圈35的一个接线端并联形成第一总接线端21，另一个接线端并联形成第二总接线端22。
前述的气体或液体机械肌肉群，相邻的两个机械肌肉单元3通过单元连接器32相连。
前述的气体或液体机械肌肉群，所述软铁芯36沿圆周方向加工有环形凹槽，励磁线圈35布设在该环形凹槽内。
本发明由控制器对多条机械肌肉索施加控制电流，各条肌肉索的机械肌肉单元的励磁线圈产生磁场，进而产生收缩力和收缩位移，每条机械肌肉索的收缩力等于单个机械肌肉单元的收缩力，每条机械肌肉索的收缩位移等于各个机械肌肉单元收缩位移之和；机械肌肉群的收缩力等于多条机械肌肉索的收缩力之和，机械肌肉群的收缩位移等于单个机械肌肉索的收缩位移。本发明解决了机械肌肉群在控制器控制电流的作用下产生任意收缩位移及扩大机械肌肉收缩力的技术问题，控制器施加的控制电流大，机械肌肉群的收缩力和收缩位移大；控制器施加的控制电流小，机械肌肉群的收缩力和收缩位移小，控制电流为零，机械肌肉群放松复位.
本发明提出的机械肌肉群结构简单，可小微型化批量生产，成本低，同时借助气体或液体的特性，肌肉收缩、放松过程缓慢平稳，能够实现精准化、精细化的操作，非常适用于小微型机器人领域。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明一种气体或液体机械肌肉群的结构示意图。
图2是本发明中机械肌肉索的示意图。
图3是本发明中机械肌肉单元的示意图。
【主要元件符号说明】
1：肌肉索连接器
2：机械肌肉索
21：第一总接线端 22：第二总接线端
3：机械肌肉单元
31：动磁钢 32：单元连接器
33：弹性囊 34：弹力膜
35：励磁线圈 36：软铁芯
4：控制器
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种气体或液体机械肌肉群其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1、图2及图3，本发明提出的机械肌肉群，包括控制器4、两个肌肉索连接器1，两个肌肉索连接器1之间布设有多条并联的机械肌肉索2；每条机械肌肉索2由若干个机械肌肉单元3串联组成，其两端分别设有第一总接线端21、第二总接线端22；多个第一总接线端21在一个肌肉索连接器1中并联设置后与控制器4相连，多个第二总接线端22在另一个肌肉索连接器1中并联设置后与控制器4相连，形成一个闭合的电路。
请参阅图3，每个机械肌肉单元3包括动磁钢31、软铁芯36及夹固在二者之间的弹性囊33，该动磁钢31、软铁芯36上分别凸设一单元连接器32；该软铁芯36沿圆周方向布设有励磁线圈35，该励磁线圈35具有两个接线端；该弹性囊35由弹力膜34包裹气体或液体组成。
优选的，相邻的两个机械肌肉单元3通过单元连接器32相连，即一个机械肌肉单元3的动磁钢31上的单元连接器2与相邻的另一个机械肌肉单元3的软铁芯36上的单元连接器2配套连接，实现两个机械肌肉单元3的串联。
具体的，两个单元连接器2之间的连接可为箍接或胶接或螺纹连接或榫接或单向插入的卡接或嵌套连接等常见的连接方式，本发明不对此限制。
优选的，每个机械肌肉单元3具有一个励磁线圈35，那么由若干个机械肌肉单元3组成的一条机械肌肉索2应具有若干个励磁线圈35.若干个励磁线圈35的一个接线端并联形成第一总接线端21，另一个接线端并联形成第二总接线端22.
优选的，所述软铁芯36沿圆周方向加工有环形凹槽，励磁线圈35布设在该环形凹槽内。
本发明一种气体或液体机械肌肉单元的工作原理如下：
通过控制器4开启电源，每个励磁线圈35产生第一个磁场，同时软铁芯36被磁化，也会产生第二个磁场，两个磁场叠加产生更大的磁力。每个机械肌肉单元3的动磁钢31在磁力的吸引下朝软铁芯6移动，开始压缩相应的弹性囊33，进而使得整个机械肌肉单元3产生收缩位移，进而使整条机械肌肉索2产生位移，最终实现整个机械肌肉群产生位移。具体的，控制器4控制电源通入的电流大则机械肌肉群产生的位移大，电流小则位移小。其中每条机械肌肉索2的位移行程等于该索上所有机械肌肉单元3的位移总和，机械肌肉群的位移行程等于单条机械肌肉索2的位移行程。每条机械肌肉索2产生的收缩力等于单个机械肌肉单元3的收缩力，机械肌肉群产生的收缩力等于该肌肉群上的所有机械肌肉索2收缩力的总和。
当机械肌肉群正常工作时，如需肌肉群产生的位移减小时，则按实际需求减小输入的电流，则被压缩的弹性囊33提供机械肌肉单元3放松的复位力，使得机械肌肉单元3的收缩位移减小，进而使肌肉群位移减小。当控制器4控制输入机械肌肉群的电流为零时，则弹性囊33缓慢平稳复位，使机械肌肉单元3复位，最终使整个机械肌肉群放松复位。
本发明提出的机械肌肉群具有三个特点：
一是微型化。根据实际需要调整磁钢、铁芯及弹性囊的大小，每个机械肌肉单元能够做成微米级别以下的尺寸，进而实现机械肌肉群的微型化；
二是双重调节。不但可通过控制电流的大小调节整个机械肌肉群的收缩位移，也可通过控制弹性囊的压力调节整个机械肌肉群的收缩位移；
三是复位过程更平稳。由于弹性囊内填充的是气体或液体，当电源关闭后，被压缩的弹性囊会缓慢平稳地复位，最终使整个机械肌肉群平稳复位。
借由上述特点，本发明梯提出的机械肌肉群附着在微型机器人的金属骨架上，可以实现精度极高的位移行程，再结合电路、电磁、仿生等相关领域技术，由本发明的机械肌肉群构成的机器人能实现如人类肌肉般的灵活性、精准性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (4)

1.一种气体或液体机械肌肉群，其特征在于包括控制器(4)、两个肌肉索连接器(1)，两个肌肉索连接器(1)之间布设有多条并联的机械肌肉索(2)；每条机械肌肉索(2)由若干个机械肌肉单元(3)串联组成，其两端分别设有第一总接线端(21)、第二总接线端(22)；多个第一总接线端(21)在一个肌肉索连接器(1)中并联设置后与控制器(4)相连，多个第二总接线端(22)在另一个肌肉索连接器(1)中并联设置后与控制器(4)相连。
2.根据权利要求1所述的气体或液体机械肌肉群，其特征在于每个所述机械肌肉单元(3)包括动磁钢(31)、软铁芯(36)及夹固在二者之间的弹性囊(33)，该动磁钢(31)、软铁芯(36)上分别凸设一单元连接器(32)；该软铁芯(36)沿圆周方向布设有励磁线圈(35)，该励磁线圈(35)具有两个接线端；该弹性囊(35)由弹力膜(34)包裹气体或液体组成；
若干个机械肌肉单元(3)的励磁线圈(35)的一个接线端并联形成第一总接线端(21)，另一个接线端并联形成第二总接线端(22)。
3.根据权利要求2所述的气体或液体机械肌肉群，其特征在于相邻的两个机械肌肉单元(3)通过单元连接器(32)相连。
4.根据权利要求2所述的气体或液体机械肌肉群，其特征在于所述软铁芯(36)沿圆周方向加工有环形凹槽，励磁线圈(35)布设在该环形凹槽内。
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