CN107486853B - 一种电磁式仿生肌肉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁式仿生肌肉，涉及生物工程领域，其包括电路，线圈以及电磁体，所述线圈连接所述电路且包裹住所述电磁体，所述电磁体的一端设有能被所述电磁体吸引的磁性物质，所述磁性物质与电磁体之间设有在所述线圈通电后用于起缓冲作用的弹性机构。本发明具有弯曲度高，反应速度快，伸缩率高，产生力量大的优点。
Description
技术领域
本发明涉及生物工程领域，具体涉及一种电磁式仿生肌肉。
背景技术
随着机器人以及人工智能开发的不断深入，人们对智能机械系统功能的需求越来越高，而现有机器人的运动机构依旧是刚性连接，采用如电机、液压等驱动方式，动作不够灵活。
另外，根据公布号CN105453198A在2016年3月30日公布的专利，该仿生肌肉的每个电磁装置通电产生磁性后吸取下一个电磁装置，下一个电磁装置的电路闭合，也像上一个电磁装置一样产生磁性吸引后续的电磁装置，这种方式存在反应速度慢，伸缩率低，产生的力量小的缺点。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种反应速度快，伸缩率高，产生的力量大的电磁式仿生肌肉。
本发明所采用的技术方案：
第一方面：本发明提供一种电磁式仿生肌肉，其包括电路，线圈以及电磁体，所述线圈连接所述电路且包裹住所述电磁体，所述电磁体的一端设有能被所述电磁体吸引的磁性物质，所述磁性物质与电磁体之间设有在所述线圈通电后用于起缓冲作用的弹性机构。
所述弹性机构包括固定且密封连接在所述电磁体和磁性物质上的纤维套管以及被所述纤维套管、电磁体和磁性物质三者包裹的液态物质。
所述液态物质采用绝缘的液态油。
所述磁性物质的一端面呈内凹或者外凸的第一弧面，所述电磁体的一端面呈与所述磁性物质适配的第二弧面。
第二方面：本发明提供一种电磁式仿生肌肉纤维，其包括若干个如权利要求至任一项所述的电磁式仿生肌肉单元，若干个所述电磁式仿生肌肉单元的电连接采用并联。
若干个所述电磁式仿生肌肉单元沿轴向串联排列，且每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质都与下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体之间都设有弹性机构。
每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质的另一端面呈内凹或者外凸的第三弧面，下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体的另一端面呈与所述第三弧面适配的第四弧面。
每两个所述电磁式仿生肌肉单元之间都可以在通电状态时且在外力作用下沿着所述磁性物质的第一弧面和第二弧面进行滑移。
第三方面：本发明提供一种电磁式仿生肌肉群组，其包括若干个如权利要求至任一项所述的电磁式仿生肌肉纤维，若干个所述电磁式仿生肌肉纤维的外部设有用于包裹的生物相容材料。
所述生物相容材料采用具有弹性的纤维管。
本发明的有益效果是：每个电磁式仿生肌肉单元的线圈通电之后使电磁体产生磁性，并将磁性物质吸引过来，弹性机构中的液态油被电磁体和磁性物质往两侧挤压，被纤维套管包裹住，防止泄露；每个电磁式仿生肌肉纤维由多个电磁式仿生肌肉单元串联组成，且每个线圈在电路中都是并联连接，当通电时，所有电磁体都同时产生磁性，对电磁体两侧的磁性物质都产生吸引力，当受到外力时，第一弧面和第二弧面之间以及第三弧面和第四弧面之间会产生相对滑移，当断电后，电磁体和磁性物质受电磁式仿生肌肉纤维两端的外力恢复远离的状态；与背景技术中被公开的技术相比，具有传动结构简单，成本低，弯曲度高，反应速度快，伸缩率高，产生力量大的优点，而且在相同节数下本发明的伸缩率提高了70%以上，伸缩长度占器械总长的20%，通电后产生的力量也提高了80%，在受外力作用时，在同样长度的范围内可用于弯曲的关节增加75%，也就是说每一个关节弯曲的度数相同的情况下，可以增加75%的弯曲量。
附图说明
图1为组成本发明的电磁式仿生肌肉单元的结构示意图。
图2为组成本发明的电磁式仿生肌肉纤维的结构示意图。
图3为电磁式仿生肌肉纤维中磁性物质的两端面为内凹且线圈未通电时的结构示意图。
图4为电磁式仿生肌肉纤维中线圈通电时的结构示意图。
图5为电磁式仿生肌肉纤维中线圈通电且整体受力弯曲时的结构示意图。
图6为线圈电连接的电路图。
图7为组成本发明的电磁式仿生肌肉群组的机构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：
如图所示，一种电磁式仿生肌肉单元，其包括电路，线圈1以及电磁体2，所述线圈1连接所述电路且包裹住所述电磁体2，所述电磁体2的一端设有能被所述电磁体2吸引的磁性物质3，所述磁性物质3与电磁体2之间设有在所述线圈1通电后用于起缓冲作用的弹性机构5，所述弹性机构5包括固定且密封连接在所述电磁体2和磁性物质3上的纤维套管51以及被所述纤维套管51、电磁体2和磁性物质3三者包裹的液态物质52，所述液态物质52采用绝缘的液态油，所述磁性物质3的一端面呈内凹或者外凸的第一弧面31，所述电磁体2的一端面呈与所述磁性物质3适配的第二弧面21，每个电磁式仿生肌肉单元的线圈通电之后使电磁体产生磁性，并将磁性物质吸引过来，弹性机构中的液态油被电磁体和磁性物质往两侧挤压，被纤维套管包裹住，防止泄露，另外使用绝缘的液态油能防止电磁体产生的电弧击穿磁性物质，带走线圈通电产生的热量，延长使用寿命，在磁性物质被电磁体吸引过程中起缓冲作用。
其中，磁性物质采用铁等磁性金属，由液态油和纤维套管包裹，杜绝了生锈的情况，延长使用寿命。
另外，线圈断电后，电磁体失去对磁性物质的吸引力，电磁体和磁性物质受电磁式仿生肌肉纤维两端的外力恢复远离的状态。
一种电磁式仿生肌肉纤维，其包括若干个电磁式仿生肌肉单元，若干个所述电磁式仿生肌肉单元的电连接采用并联，若干个所述电磁式仿生肌肉单元沿轴向串联排列，且每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质3都与下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体2之间都设有弹性机构5，每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质3的另一端面呈内凹或者外凸的第三弧面32，下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体2的另一端面呈与所述第三弧面32适配的第四弧面22，每两个所述电磁式仿生肌肉单元之间都可以在通电状态时且在外力作用下沿着所述磁性物质3的第一弧面31和第二弧面32进行滑移，每个电磁式仿生肌肉纤维由多个电磁式仿生肌肉单元串联组成，且每个线圈在电路中都是并联连接，当通电时，所有电磁体都同时产生磁性，反应速度快，对电磁体两侧的磁性物质都产生吸引力，同时收缩时产生的力量十分大，当受到外力时，第一弧面和第二弧面之间以及第三弧面和第四弧面之间会产生相对滑移，因此肌肉纤维受力弯曲范围也随之扩大，当断电后，纤维套管挤压液态油回到电磁体和磁性物质之间。
电磁式仿生肌肉纤维只是通电后产生从两端向内的拉力，纤维套管由于电磁体和磁性物质之间的距离变短会自然凸起，纤维套管回弹的压力小到可以忽略不计，在机械关节之间电磁式仿生肌肉是只负责产生收缩拉力，回复力由仿生肌肉纤维两端的机械关节产生，带动仿生肌肉纤维伸长至原来长度。
其中，本实施例中的线圈是固定安装在电磁体的外圆周上的，且电磁体和线圈的外圆设有漆包层（未图示），因此每两个纤维套管都在线圈位置处通过紧固连接圈4桥接，固定效果好且密封效果好。
另外，假如一个电磁式仿生肌肉单元失效，也不会影响整个电磁式仿生肌肉纤维的伸缩。
一种电磁式仿生肌肉群组，其包括若干个电磁式仿生肌肉纤维，若干个所述电磁式仿生肌肉纤维的外部设有用于包裹的生物相容材料6，所述生物相容材料6采用具有弹性的纤维管，而且纤维管也可以选用呈网状的，当每个电磁式仿生肌肉纤维弯曲时，生物相容材料也跟随发生形变。
在相同节数下本发明中的电磁式仿生肌肉群组的伸缩率比现有技术提高了70%以上，伸缩长度占器械总长的20%，通电后产生的力量也比现有技术提高了80%，在受外力作用时，在同样长度的范围内可用于弯曲的关节比现有技术增加了75%，也就是说每一个关节弯曲的度数相同的情况下，可以增加75%的弯曲量。
其中，用于连接线圈的电路安装在生物相容材料的内壁或者外壁上；
另外，纤维管不局限于选用呈网状的，也可以选用其他受外力可伸缩形变的管子。
在本发明的一个、一些或者所有实施例中，线圈通电代表肌肉收缩，线圈断电则代表肌肉放松。
本发明可应用在生物领域以及机械领域，组装成基于生物学微观肌肉运动将仿生肌肉与关节相结合的仿生机械手，使人体或者机器人抓取和操作物体成为可能，本发明还可以连接集成模拟信号的驱动源，采用本发明的仿生机械手能满足抓取物体的同时更加趋向于柔和性，仿生化，通过电力控制仿生肌肉的伸缩来实现手指的运动，以仿照骨骼肌运动的方式操作，外部产生的力和力矩引发肌肉纤维的弯曲，仿生机械手整个系统中的电流信号和数字信号相互转化，最大限度的实现手指集成化，模块化和灵活化。
实施例不应视为对发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种电磁式仿生肌肉纤维，其特征在于：其包括若干个电磁式仿生肌肉单元，所述电磁式仿生肌肉单元包括电路，线圈（1）以及电磁体（2），所述线圈（1）连接所述电路且包裹住所述电磁体（2），所述电磁体（2）的一端设有能被所述电磁体（2）吸引的磁性物质（3），所述磁性物质（3）与电磁体（2）之间设有在所述线圈（1）通电后用于起缓冲作用的弹性机构（5）,所述弹性机构（5）包括固定且密封连接在所述电磁体（2）和磁性物质（3）上的纤维套管（51）以及被所述纤维套管（51）、电磁体（2）和磁性物质（3）三者包裹的液态物质（52）；若干个所述电磁式仿生肌肉单元的电连接采用并联；若干个所述电磁式仿生肌肉单元沿轴向串联排列，且每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质（3）都与下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体（2）之间都设有弹性机构（5）。
2.根据权利要求1所述的电磁式仿生肌肉纤维，其特征在于：所述液态物质（52）采用绝缘的液态油。
3.根据权利要求2所述的电磁式仿生肌肉纤维，其特征在于：所述磁性物质（3）的一端面呈内凹或者外凸的第一弧面（31），所述电磁体（2）的一端面呈与所述磁性物质（3）适配的第二弧面（21）。
4.根据权利要求3所述的电磁式仿生肌肉纤维，其特征在于：每个所述电磁式仿生肌肉单元的磁性物质（3）的另一端面呈内凹或者外凸的第三弧面（32），下一个所述电磁式仿生肌肉单元的电磁体（2）的另一端面呈与所述第三弧面（32）适配的第四弧面（22）。
5.根据权利要求4所述的电磁式仿生肌肉纤维，其特征在于：每两个所述电磁式仿生肌肉单元之间都可以在通电状态时且在外力作用下沿着所述磁性物质（3）的第一弧面（31）和第二弧面（32）进行滑移。
6.一种电磁式仿生肌肉群组，其特征在于：其包括若干个如权利要求1至5任一项所述的电磁式仿生肌肉纤维，若干个所述电磁式仿生肌肉纤维的外部设有用于包裹的生物相容材料（6）。
7.根据权利要求6所述的电磁式仿生肌肉群组，其特征在于：所述生物相容材料（6）采用具有弹性的纤维管。
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