CN110125925A - 多功能电磁动力/电磁肌肉系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能新型电磁动力/电磁肌肉系统。属于机器人领域。其具有动作行程检测模块，控制电路，外壳和内部若干具有创新性的镂空支撑结构，以及安装在支撑结构上面的一系列电磁铁和永磁体，其结构颠覆了以往常规设计，可以在一个装置上实现以往两个或多个装置才能实现的功能。

Description

多功能电磁动力/电磁肌肉系统

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体为一种多功能电磁动力/电磁肌肉系统

背景技术

目前机器人行业发展如火如荼，但其中绝大部分使用的动力为伺服电机或者液压系统。二者受限于其基本原理，采用电机作为动力的机器人不够灵活动作僵硬，采用液压系统虽然一定程度上解决了此问题，但液压系统需要通过微型压缩机持续运转来为液压组件提供动力，噪声和能耗问题迟迟无法解决，而且液压系统本身及其遍布各处的高压管线增重较大，也为后期使用维护上带来许多不便之处。

发明内容

为解决上述问题，本发明设计了一种全新带有控制芯片的多功能电磁肌肉系统，不仅结构简单小巧，还可以在一个组件内实现收缩，伸展以及介于收缩和伸展之间的多种状态。大幅缩减了机器人所需动力组件，增强了机器人设计灵活性，同时降低了噪音和能耗。

本发明的一种创新是，在一个电磁肌肉单元内可以同时实现收缩，舒张和中间状态多种功能。

本发明的一种创新是，有完整的控制电路及活动组件动作行程检测装置，能根据外部控制系统指令进行相应动作，并自主确定电磁肌肉单元工作状态，然后将所得检测数据及时反馈给外部控制系统，减少了外部控制系统数据处理负载。

本发明的一种创新是，创新型的镂空支撑结构，且主要镂空支撑结构和外壳之间可互相约束，无需额外的导轨或其它约束结构，使得电磁肌肉单元所占空间大幅减小，并且可根据其原理制作出异型的产品，如带有一定弧度的弯曲电磁动力系统等等。

本发明的一种创新是，模块化的设计方案。可基于其原理，在实际应用中按需求增加或改变相应镂空结构和动力单元，如增加电磁铁或永磁体，获得更大幅度的性能增强。

根据这种结构设计，本发明可以最大限度的利用空间，做出结构简单，实用性强，易于维护和使用的电磁动力/电磁肌肉系统

附图说明

图1所示出的为多功能电磁肌肉系统正面半剖壳结构示意图，本示意图仅按最少的基本零部件组成展示其原理。实际应用可根据本专利原理增加相应镂空结构和电磁铁或永磁体，以获得更好的性能。

其图中0为电磁肌肉两端负载结构示意

其图中1为壳内中部固定镂空支撑结构中的上部电磁铁

其图中2为壳内中部固定镂空支撑结构中的中部电磁铁

其图中3为壳内中部固定镂空支撑结构中的下部电磁铁

其图中4为壳内上部活动镂空支撑结构中的首部永磁体

其图中5为壳内上部活动镂空支撑结构中的尾部永磁体

其图中6为壳内下部活动镂空支撑结构中的首部永磁体

其图中7为壳内下部活动镂空支撑结构中的尾部永磁体

其图中8为电磁肌肉控制电路示意图

其图中9为电磁肌肉外壳剖面示意图

其图中10为活动组件动作行程检测模组示意图

其图中11为上部可安装永磁体的镂空活动支撑结构主体

其图中12为下部可安装永磁体的镂空活动支撑结构主体

其图中13为中间可安装电磁铁的固定镂空支撑结构主体

其图中14为镂空支撑结构中支撑片示意图

图2为分解后的主要零部件展示示意图，可以更方便直观的展示本专利各组件的基本原理，可以与其它附图互相对照方便理解

图3为组合后的侧视图

图4电磁动力单元的三种工作状态示意图，可以对照说明书内容加深其基本原理的理解

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本发明的优选设计方案。在说明书和附图中对具有相同功能和结构的组件用相同附图标记表示，并且省略对这些组件的重复说明。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

制造一种全新的电磁肌肉单元，包括外壳，嵌入外壳上的动作行程检测单元，以及控制芯片。

外壳内部两端分别有两个一模一样但方向相反的镂空活动支撑结构，活动支撑结构的外部顶端有承力结构，活动支撑结构中装有若干永磁体(也可以用电磁铁，为方便理解其原理，简化内容，故按永磁体论述)。

壳内中部为装有若干个电磁铁单元的固定镂空支撑结构，如附图中13所标示的支撑结构和安装在上面的1，2，3号电磁铁。

通过将活动支撑杆末端的永磁体，如附图中11和12所标示的活动支撑结构和安装在上面的6，7号尾端永磁体。分别嵌套进对向电磁铁中间的方式，如附图所示，7号永磁体嵌入1，2号电磁铁中间，5号永磁体嵌入2，3号电磁铁中间，而4，6号永磁体则分别位于1，3号电磁铁外侧。

这样就形成如附图1和附图3所示的一个由外壳包裹，两端有活动连杆的电磁动作系统。当活动组件上安装的是若干永磁体时，磁体极性方向趋于一致，即任意相邻两个永磁体有一定几率隔着未通电的电磁铁互相吸引，即不通电可自发保持完全收缩或伸展的状态。

当电磁动作系统起作用时，则由控制模块根据所输入指令，控制电磁铁的极性。形成如下动作：

假设两个活动支撑杆上的若干永磁体向上一面(图中标注11方向)为N极，向下一面(图中标注12方向)则为S极，此时控制中部电磁铁2产生反向磁力，则永磁体7，5则被推离2号电磁铁。同时两端电磁铁1，3产生正向磁力，则分别对永磁体4，7和5，6产生吸引力，形成图4中的收缩状态。

如同时控制1，2，3号电磁铁产生反向磁力，则7，5号永磁体会在斥力作用下处于三个电磁铁中间位置，形成图4中的半伸展状态。

如同时控制两端电磁铁1，3产生反向磁力，则分别对永磁体4，7和5，6产生斥力，将其推离。同时中部2号电磁铁产生正向磁力，则会吸引永磁体7，5。形成图4中的完全伸展状态。

而且在实际应用中还可以通过微调所有电磁铁的电流改变永磁体所处位置，或同时使用多个基于此原理的电磁肌肉以实现强的性能和更多的功能。

Claims (6)

1.一种新型电磁动力/电磁肌肉系统。包括控制芯片，外壳，动作行程检测装置，多个创新型的活动镂空支撑结构和固定镂空支撑结构，以及支撑结构上安装的一系列电磁铁和永磁体。两端活动支撑结构互为对称，上面装有若干永磁体或电磁体，磁体极性方向趋于一致。而中间固定支撑结构上装有电磁铁。组装时将活动支撑结构末端永磁体放置在固定支撑结构上中部电磁铁的另一侧，当电磁铁通入直流电时，会产生稳定带有极性的磁场，通过控制多个电磁铁互相配合，以实现收缩，伸展和中间状态。

2.如权利要求1所述的新型新型电磁动力/电磁肌肉系统。其特征在于，拥有控制电路及活动组件动作行程检测装置，能根据外部控制系统指令进行相应动作，并自主确定电磁肌肉单元工作状态，然后将所得检测数据及时反馈给外部控制系统，减少了外部控制系统数据处理负载。

3.如权利要求1所述的新型新型电磁动力/电磁肌肉系统。其特征在于创新型的镂空支撑结构，该支撑结构由两片或多片支撑片，以及与支撑片连接的磁体安装座以及连杆组成，且主要镂空支撑结构和外壳之间可互相约束，无需额外的导轨或其它约束结构，使得电磁肌肉单元所占空间大幅减小，并且可根据其原理制作出异型的产品，如带有一定弧度的弯曲电磁动力系统等等。

4.如权利要求1所述的新型新型电磁动力/电磁肌肉系统。其特征在于，活动镂空支撑结构上的磁体极性方向趋于一致，且末端永磁体放置在固定支撑结构中部电磁铁的反方向一侧，形成两个活动支撑结构和一个固定支撑结构互相嵌套的模式，而上面安装的永磁体和电磁铁间隔排列。

5.如权利要求1所述的新型新型电磁动力/电磁肌肉系统。其特征在于，可通过控制芯片对若干电磁铁的极性控制，相互配合，以实现不同的工作状态。

6.如权利要求1所述的新型新型电磁动力/电磁肌肉系统。其特征在于，灵活的设计理念，可基于其原理，在实际应用中按需求改变相应镂空结构和动力单元数量，获得更大幅度的性能增强。