CN109648552A - 内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉。本发明包括电磁线圈、空心铁球囊、薄壁橡胶膜和气动肌肉。所述的电磁线圈固定在气动肌肉上下两个接头内部，通过外接电源产生磁场，用于平衡气动肌肉内腔中的空心铁球囊的重力；所述的空心铁球囊的外部由薄壁橡胶膜包裹，薄壁橡胶膜内充入气压高于大气压的高压气体，所述的空心铁球囊有多个，多个空心铁球囊将内腔基本填满。本发明实现气动肌肉快速充放气同时又能减少用气量。
Description
技术领域
本发明属于气动肌肉技术领域，具体涉及一种内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉。
背景技术
磁悬浮技术( Electromagnetic levitation)是指利用磁力克服重力从而使得物体悬浮的一种技术。给电磁线圈通电，电流的磁效应产生磁场，磁场方向可通过调节电流方向调节。磁场中的浮子受到向下的重力的扰动，而磁场产生的向上的磁力与浮子的重力相同时，浮子就会处于悬浮状态。
仿生技术一直都是近几年来各个国家研究和发展的热门技术，而随着科学家研究的不断深入，气动肌肉的越来越受到人们的青睐跟气动肌肉相关的应用也愈加的广泛。气动肌肉( Pneumatic Muscle, PM )是根据人类肌肉运动原理而设计的一款新型的柔性驱动器，主要由外层编织网、橡胶管和卡箍三部分组成。通入压缩空气后，橡胶管膨胀后和编织网紧紧贴住，将气体的作用力传递到编织网上，使得膨胀转变成轴向收缩力。与传统驱动装置相比，气动肌肉具有柔性高、功重比大、易于小型化、使用方便安全、成本低廉等优点，被大量的应用于各种仿生机械的驱动领域。
现有的技术中，如SHADOW公司生产的气动肌肉，存在充放气缓慢、用气量多的问题，并且在未充气时橡胶管难以撑起气动肌肉，使其形状干瘪。充放气时间的长短也取决于充气气压的大小，气动肌肉实际工作长度的变化而改变，并且由于橡胶管的弹性特性，增加了其膨胀和收缩的时间，从而使充放气的时间变长。
因此，如何实现气动肌肉快速充放气，又能减少用气量成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉，以实现气动肌肉快速充放气同时又能减少用气量。
本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
本发明包括电磁线圈、空心铁球囊、薄壁橡胶膜和气动肌肉。所述的电磁线圈固定在气动肌肉上下两个接头内部，通过外接电源产生磁场，用于平衡气动肌肉内腔中的空心铁球囊的重力；所述的空心铁球囊的外部由薄壁橡胶膜包裹，薄壁橡胶膜内充入气压高于大气压的高压气体，所述的空心铁球囊有多个，多个空心铁球囊将内腔基本填满。
本发明的有益效果：（1）在气动肌肉内腔未充气时，球囊填充了内腔的大部分空间，使得气动肌肉保持基本的圆柱体形状；（2）气动肌肉充气时，由于球囊占据了内腔的大部分空间，从而节省了高压气体的流量，实现节能；（3）气动肌肉内腔充入高压气体时，球囊会被压缩，从而不干涉气动肌肉碰撞缩短，使得气动肌肉的灵活性得以保持；（4）气动肌肉放气伸展时，球囊会膨胀，从而加快放气速度，提高气动肌肉的动作响应，提高了气动肌肉的工作效率；（5）通过磁悬浮减少球囊重力对气动肌肉收缩的影响；并且防止了球囊出现堆积阻碍气动肌肉的正常充放气。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为内腔铁球磁悬浮式气动肌肉的结构示意图；
图2为气动肌肉内腔未通电（左）和通电（右）示意图；
图3为上下气动肌肉接头内部结构图；
图4为线圈未通电（左）和通电后（右）对比图；
图5为未冲入气体（左）和充入气体（右）气动肌肉对比图；
图中，1、空心铁球囊；2、上气动肌肉接头；3、下气动肌肉接头；4、薄壁橡胶膜；5、高于大气压的气体；6、电磁线圈；7、进/出气口；8、电流方向；9、开关电源。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“向上”、“向下”、“垂直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明包括了电磁线圈、空心铁球囊、薄壁橡胶膜、气动肌肉、开关电源，其能实现气动肌肉快速充放气同时又能减少用气量。具体结构如下：所述的电磁线圈固定在气动肌肉上下两个接头内部，通过外接电源产生磁场来平衡球囊的重力；空心铁球囊的外部由薄壁的橡胶膜包裹，橡胶膜内充入气压高于大气压的高压气体，并放置于气动肌肉的内腔中，放置的个数根据橡胶管的具体容积决定，要将内腔基本填满；将内部嵌有电磁线圈的两个接头分别组装在橡胶管即内腔的两端，将内腔密封，只留出一个进/出气口供气体进出；此时内腔被球囊撑起，使得气动肌肉保持圆柱体的形状；电磁线圈通电后，产生垂直向上的磁力，与球囊自身的重力平衡，使得球囊悬浮在内腔中，防止了球囊堆积阻碍气动肌肉正常的充放气；充气过程中，充入高压气体的气压比橡胶膜中的气压高，所以橡胶膜受气体的挤压缩小，整个球体的体积也随之减小，对于气动肌肉的收缩和灵活性的影响不大；放气伸展过程中，橡胶膜重新回到原来大小，加速将内腔中的气体排出，从而缩短了放气的时间，提高了效率。
实施例：
本发明实施例公开了一种内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉，具体请参考图1~5，本实施例包括橡胶膜包裹的空心铁球囊1、上气动肌肉接头2、下气动肌肉接头3、薄壁橡胶膜4、高于大气压的气体5、电磁线圈6、进/出气口7、电流方向8、开关电源9；本实施例中，所述气动肌肉为自主设计的一款气动肌肉，所述空心铁球囊1、电磁线圈6均为市面上已有的；将薄壁橡胶膜4包裹在空心铁球囊1外部，并在橡胶膜中充入高于大气压气体5，将薄壁橡胶膜4包裹好的空心铁球囊1放入气动肌肉的内腔中，直到基本充满内腔；上下两个气动肌肉接头2、3内部分别嵌入一个电磁线圈6，两个电磁线圈分别外接一个开关电源9；上下两个气动肌肉接头2、3将内腔密封只留出一个进/出气口6供气体进入，此时的气动肌肉内腔被内部的空心铁球囊1撑起，使其形状更接近于人体肌肉的圆柱体形状，并且空心铁球囊1占据了内腔大部分空间，使得所充入内腔中的气体的总量减少，大大节省了每次充放气的气体用量，起到了节能的作用；电磁线圈6通电后，产生垂直向上的磁力，与空心铁球囊1自身的重力平衡，使得空心铁球囊1悬浮在内腔中，防止了空心铁球囊1堆积阻碍气动肌肉正常的充放气；充气过程中，充入高压气体的气压比薄壁橡胶膜4中的气压高，所以薄壁橡胶膜4受气体的挤压缩小，整个球体的体积也随之减小，对于气动肌肉的收缩和灵活性的影响不大；放气伸展过程中，薄壁橡胶膜4重新回到原来大小，加速将内腔中的气体排出，从而缩短了放气的时间，提高了效率。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而非对实施方法的限定。对于所属邻域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方法予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (1)
1.内腔铁球磁悬浮式气动人工肌肉，包括电磁线圈、空心铁球囊、薄壁橡胶膜和气动肌肉，其特征在于：
所述的电磁线圈固定在气动肌肉上下两个接头内部，通过外接电源产生磁场，用于平衡气动肌肉内腔中的空心铁球囊的重力；所述的空心铁球囊的外部由薄壁橡胶膜包裹，薄壁橡胶膜内充入气压高于大气压的高压气体，所述高压气体的压强低于气动人工肌肉工作时的气体压强，所述的空心铁球囊有多个，多个空心铁球囊将内腔基本填满。
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