CN107618028A - 一种双向的人工肌肉 - Google Patents
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Abstract
一种双向的人工肌肉，本发明涉及人工肌肉技术领域，它为了解决人工肌肉难以实现双向作用的问题。该双向的人工肌肉是在气动肌肉的弹性软管的外表面包裹有编织网管，其中编织网管是由异质性双股尼龙纤维编织而成，异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维紧密绞合形成双股绞线，所述的异质性尼龙纤维是在纤维表面缠绕有一层碳纳米纸。本发明对碳纳米纸通电情况下，碳纳米纸会产生大量的热量，捻在一起的异质性肌肉编织成的网套和气囊受热伸长，伸长率可达到67％，当加上气压激励作用，捻在一起的异质性肌肉编织成的网套和气囊在气压激励的作用下实现主动收缩，该高性能的人工肌肉实现了双向作用。
Description
技术领域
本发明涉及人工肌肉技术领域，具体为一种双向的人工肌肉。
背景技术
目前，仿生型的肌肉主要有三种，包括：电致收缩聚合物人工肌肉、形状记忆合金和气动肌肉。电致收缩聚合物人工肌肉主要是指在外电场诱导下，通过材料内部构造改变产生多种形式的力学响应的肌肉结构，响应的形式可以有伸缩、弯曲、束紧或膨胀等，从而实现牵引、紧固等机械功能。形状记忆合金可在特定的温度范围内产生与温度成函数关系的位移和力，可将热能转换为机械能，再通过控制加热或冷却，即可获得重复性良好的设定的循环动作，而且对温度敏感性高，输出应力大；其主要特征是具有形状记忆效应，及某些经过变形的金属具有受热后能恢复其变形前形状的能力，即自身的晶体状态在外界温度变化的情况下发生改变。气动肌肉主要由内部的橡胶管或可膨胀气囊及外部的编制网构成，可以实现直接驱动，具有可弯曲，结构简单，动作灵活，易于控制，功率质量比大等特性。
US009755135B1专利中提出了一种制造新颖、高级、高电活性物质和高度电活性致动器的方法，其作用是人工肌肉、肌腱、筋膜、肌束膜和皮肤上的皱纹，以及收缩的首选运动，包括离子束、交叉连接的电活性物质、溶剂、电极、杠杆或其他物体的附件和涂层。高电活性物质的成分和电极配置的高度由电力电活性激活，当允许放松回到原来的构象或电极的极性反转时，发生扩张，这些运动可以安排，如对抗等。
但上述人工肌肉的结构复杂，难以实现双向的结构变形。
发明内容
本发明的目的是为了解决人工肌肉难以实现双向作用的问题，而提供一种能够实现双向运动的人工肌肉。
本发明双向的人工肌肉是在气动肌肉的弹性软管的外表面包裹有编织网管，其中编织网管是由异质性双股尼龙纤维编织而成，异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维沿反向紧密绞合形成双股绞线，所述的异质性尼龙纤维是在纤维表面缠绕有一层碳纳米纸。
本发明双向的人工肌肉是利用廉价的尼龙纤维(如钓鱼线或缝纫线)，在尼龙纤维上缠绕有一层碳纳米纸，沿反向捻在一起，形成异质性双股肌肉，捻在一起的异质性肌肉编织成网套包裹在气囊上形成高性能人工肌肉；在通电情况下，碳纳米纸会产生大量的热量，捻在一起的异质性肌肉编织成的网套和气囊受热伸长，伸长率可达到67％，此时加上气压激励作用，捻在一起的异质性肌肉编织成的网套和气囊在气压激励的作用下实现主动收缩，高性能的人工肌肉实现了双向作用。
附图说明
图1是两根异质性尼龙纤维反向绞合的结构示意图；
图2是本发明双向的人工肌肉在不同状态下的结构示意图，其中(a)代表自然状态，(b)代表受热伸长状态，(c)代表受气压激励收缩状态。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式双向的人工肌肉是在气动肌肉的弹性软管的外表面包裹有编织网管，其中编织网管是由异质性双股尼龙纤维编织而成，异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维沿反向紧密绞合形成双股绞线，所述的异质性尼龙纤维是在纤维表面缠绕有一层碳纳米纸。
本实施方式两根异质性尼龙纤维沿反向紧密绞合的结构示意图如图1所示。
本实施方式利用廉价尼龙纤维(如钓鱼线或缝纫线)，在尼龙纤维(如钓鱼线或缝纫线)上缠绕一层碳纳米纸，沿反向(顺时针)捻在一起，形成异质性双股肌肉，捻在一起的异质性肌肉编织成网套包裹在气囊上形成高性能人工肌肉，编织网套受热伸长，带动气囊的伸长，通过气压激励，气动肌肉主动收缩。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述的弹性软管为软橡胶管。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维紧密绞合形成双股绞线，两根尼龙纤维的尺寸和材质相同。
本实施方式两根尼龙纤维的性质相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是编织网管上设置有电极。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是编织网管通入直流电，使编织网管受热伸长。
本实施方式编织网管通电加热。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是尼龙纤维的直径为100μm～600μm。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是该双向的人工肌肉与导气管相连。
实施例：本实施例双向的人工肌肉是在气动肌肉的弹性软管的外表面包裹有编织网管，其中编织网管是由异质性双股尼龙纤维编织而成，异质性双股尼龙纤维束是两根相同性质异质性尼龙纤维沿反向紧密绞合形成双股绞线，所述的异质性尼龙纤维是在直径为300μm的尼龙纤维上缠绕一层碳纳米纸，编织网管上设置有电极。
本实施例利用尼龙纤维(如钓鱼线或缝纫线)，在尼龙纤维(如钓鱼线或缝纫线)上缠绕一层碳纳米纸，沿反向捻在一起，形成异质性双股绞线，捻在一起的异质性双股绞线编织成网套包裹在气囊上形成高性能人工肌肉；在通电情况下，碳纳米纸会产生大量的热量，捻在一起的异质性绞线编织成的网套和气囊受热伸长，伸长率可达到67％，当加上气压激励作用，捻在一起的异质性肌肉编织成的网套和气囊在气压激励的作用下实现主动收缩，高性能的人工肌肉实现双向作用，该人工肌肉在不同状态下的结构示意图如图2所示，整体工作过程可逆。
Claims (7)
1.一种双向的人工肌肉，其特征在于该双向的人工肌肉是在气动肌肉的弹性软管的外表面包裹有编织网管，其中编织网管是由异质性双股尼龙纤维编织而成，异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维沿反向紧密绞合形成双股绞线，所述的异质性尼龙纤维是在纤维表面缠绕有一层碳纳米纸。
2.根据权利要求1所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于所述的弹性软管为软橡胶管。
3.根据权利要求1所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于异质性双股尼龙纤维是两根异质性尼龙纤维紧密绞合形成双股绞线，两根尼龙纤维的尺寸和材质相同。
4.根据权利要求1所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于编织网管上设置有电极。
5.根据权利要求4所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于编织网管通入直流电，使编织网管受热伸长。
6.根据权利要求1所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于尼龙纤维的直径为100μm～600μm。
7.根据权利要求1所述的一种双向的人工肌肉，其特征在于该双向的人工肌肉与导气管相连。
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