CN110281541B - 一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法 - Google Patents

一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法，所述负压线性收缩气动人工肌肉包括多个长方体气室单元，所述长方体气室单元具有基本相同尺寸，其在所述直线运动的方向排列成多排，并且相邻两排的长方体气室单元数量不同，从而在负压线性收缩气动人工肌肉的外侧形成缺口。本发明的负压线性收缩气动人工肌肉能够保证长方体气室单元在纵向收缩时的一致性，避免所述负压线性收缩气动人工肌肉在厚度方向上发生扭曲。

Description

一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法
技术领域
本发明属于气动人工肌肉以及柔性执行器技术领域，特别涉及一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法。
背景技术
传统的液压驱动、电机驱动存在如噪声、功率密度低等缺点。近年来，以充气型气动人工肌肉为代表的新型气动元件发展迅猛，相比液压驱动和电机驱动，充气型气动人工肌肉具有较高的功率密度比、功率体积比等优点，但是也存诸如要求气压阈值高、非线性时变强难以实现精确控制、易爆等缺点，同时由于充气型气动肌肉充气变形后会使径向体积变大，不适合对空间受限的场合，
专利号为US9790968B2的美国专利披露了一种线性驱动装置，其包括多个长方体的柔性结构，整体基本为长方体形。这种结构的线性驱动装置在收缩时，最外层的壁可能弯曲也可能不弯曲，形变不一致会使线性驱动装置整体产生扭曲。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种负压线性收缩气动人工肌肉及其制造方法。所述负压线性收缩气动人工肌肉能够将负压能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力；当外界负压卸载时，逐渐恢复到不受力的初始状态，并且在此过程中整个气动人工肌肉外侧的形变具有一致性，避免产生扭曲。
本发明一方面提供了一种负压线性收缩气动人工肌肉，包括多个长方体气室单元，相邻长方体气室单元之间有通孔，形成气线性收缩型气动人工肌肉内部的气流通道；所述负压线性收缩气动人工肌肉能够将负压能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力；当外界负压卸载时，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的直线位移；
其中，所述长方体气室单元具有基本相同尺寸，其在所述直线运动的方向排列成多排，并且相邻两排的长方体气室单元数量不同，从而在负压线性收缩气动人工肌肉的外侧形成缺口。
优选地，所述气室单元在横向X轴上以所述抽气线性收缩型气动人工肌肉中心线Y轴为对称轴对称分布；沿纵向，第一排N个长方体气室单元，第二排(N-1)个长方体气室单元，以下按上述规则依次交替排列，奇数排为N个长方体气室单元，偶数排为(N-1)个长方体气室单元，并且以奇数排开始，偶数排结束，其中N为大于等于2的整数；
相邻各排的纵向气室壁位于每个长方体气室单元横向气室壁的中点，保证长方体气室在纵向收缩时的一致性；奇数排长方体气室单元个数比偶数排长方体气室单元个数多一个，形成在偶数排长方体气室两边各形成半个长方体气室体积大小的缺口结构形式，避免所述负压线性收缩气动人工肌肉在厚度方向上的扭曲。
优选地，每个所述长方体气室单元的横向气室壁与纵向气室壁之间存在厚度差，从而当对所述负压线性收缩气动人工肌肉施加负压时，由于较薄的横向气室壁受到负压作用而发生可恢复的溃缩性屈曲变形，较厚的纵向气室壁较厚能够承受负压作用不变形，楔入到长方体气室单元内，产生纵向的直线位移，最终整个负压线性收缩气动人工肌肉产生直线运动，将压力能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力；当外界负压卸载时，所述横向气室壁受到的负压作用力消失，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的纵向位移。
优选地，每个长方体气室单元的纵向气室壁厚度是横向气室壁厚度的约3.5倍。
优选地，相邻各排的纵向气室壁位于相邻长方体气室单元横向气室壁的中点。
优选地，所述负压线性收缩气动人工肌肉使用硅胶材料或者橡胶材料制成。
本发明另一方面提供了以上任一项所述的负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，加工负压线性收缩气动人工肌肉半成品；
步骤2，将负压线性收缩气动人工肌肉半成品复合粘接定位；
步骤3，将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉固定静置；
步骤4，将所述负压线性收缩气动人工肌肉恒温干燥，以及
步骤5，试压测试。
优选地，所述步骤1进一步包括：
把模具固定到硫化机台上，预热至设定温度175°；
称重计量胶料，设置硫化程序，待模具温度升至设定温度175°后打开模具，把计量好的甲基乙烯基硅橡胶胶料放入模具型腔内，合模；
按设定硫化时间为600s，压力15MPa，硫化温度175°，进行加温硫化定型，负压线性收缩气动人工肌肉半成品出模；
对出模后的负压线性收缩气动人工肌肉半成品进行修边整理、检验。
优选地，所述步骤2进一步包括：
将负压线性收缩气动人工肌肉半成品粘接面清洁处理静置自然干燥；
放置在工装上均匀涂抹粘接剂；
进行复合粘接定位。
优选地，所述步骤3进一步包括：将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉通过模具固定静置，时间约为24小时。
优选地，所述步骤4进一步包括：将经过静置工序后所述负压线性收缩气动人工肌肉放入干燥箱内恒温5-6小时，温度约100℃，而后取出降温并进行整理检验。
优选地，所述步骤5进一步包括：对经过静置和恒温工艺后负压线性收缩气动人工肌肉进行抽真空测试，若试压合格则包装。
通过以上技术方案，本发明的负压线性收缩气动人工肌肉保证气室在纵向收缩时的一致性；奇数排气室单元个数比偶数排气室单元个数多一个，形成在偶数排气室两边各形成半个气室体积大小的缺口结构形式，避免所述负压线性收缩气动人工肌肉在厚度方向上的扭曲。
当对所述负压线性收缩气动人工肌肉施加负压、也即抽真空时，由于每个气室单元的横向气室壁与纵向气室壁之间存在较大厚度差，较薄的横向气室壁受到负压作用而发生可恢复的溃缩性屈曲变形，较厚的纵向气室壁较厚能够承受负压作用不变形，楔入到长方体气室单元内，从而产生纵向的直线位移，最终整个负压线性收缩气动人工肌肉产生直线运动，将压力能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力。当外界负压卸载时，所述横向气室壁受到的负压作用力消失，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的纵向位移。
同时，本发明负压驱动的气动人工肌肉采用负压输入，通过组成气室单元气室壁横向气室壁和纵向厚度的差异和比例设计，实现单方向的线性位移输出和力输出，具有较高的功率密度比、功率体积比，并且具有线性变形等特点，容易实现精确控制，并且负压阈值低，抽气变形后体积减小，适合空间受限和不受限场合，且没有爆炸隐患。
附图说明
图1是本发明负压线性收缩气动人工肌肉的外形图；
图2是本发明负压线性收缩气动人工肌肉内部结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施案例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种负压线性收缩气动人工肌肉。
图1为本发明负压线性收缩气动人工肌肉外形图，负压线性收缩气动人工肌肉采用开模加工的方式加工，然后将上述两部分复合粘接定位成型。
图2为负压线性收缩气动人工肌肉内部结构图。如图所示，所述负压线性收缩气动人工肌肉由长方体气室单元组成，每个气室单元的纵向气室壁厚度是横向气室壁厚度的3.5倍，相邻长方体气室单元之间有通孔，形成气线性收缩型气动人工肌肉内部的气流通道。
所述负压线性收缩气动人工肌肉的气室单元在横向(X轴)上以Y轴(Y轴，Y轴是所述负压线性收缩气动人工肌肉中心线)为对称轴对称分布；沿纵向，第一排N个(N为大于等于2的整数，)气室单元，第二排2个气室单元(N-1个)，以下按上述规则依次交替排列，即奇数排为N个气室单元，偶数排为(N-1)个气室单元，并且以奇数排开始，偶数排结束；相邻各排的纵向气室壁位于每个气室单元横向气室壁的中点，保证气室在纵向收缩时的一致性；奇数排气室单元个数比偶数排气室单元个数多一个，形成在偶数排气室两边各形成半个气室体积大小的缺口结构形式，避免所述负压线性收缩气动人工肌肉在厚度方向上的扭曲。
当对所述负压线性收缩气动人工肌肉通过通气孔施加负压、也即抽真空时，由于每个气室单元的横向气室壁与纵向气室壁之间存在较大厚度差，较薄的横向气室壁受到负压作用而发生可恢复的溃缩性屈曲变形，较厚的纵向气室壁较厚能够承受负压作用不变形，楔入到长方体气室单元内，从而产生纵向的直线位移，最终整个负压线性收缩气动人工肌肉产生直线运动，将压力能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力。当外界通过通气孔对所述负压线性收缩气动人工肌肉进行负压卸载时，所述横向气室壁受到的负压作用力消失，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的纵向位移。
在一优选的实施方式中，所述负压线性收缩气动人工肌肉为硅胶材料或者橡胶材料。
实施例2
本实施例提供了如实施例1所述的负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，包括以下工艺步骤：
步骤1，加工负压线性收缩气动人工肌肉半成品；
步骤2，将负压线性收缩气动人工肌肉半成品复合粘接定位；
步骤3，将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉固定静置；
步骤4，将所述负压线性收缩气动人工肌肉恒温干燥，以及
步骤5，试压测试。
其中，以上每个步骤的具体工艺如下：
工艺步骤1：
把模具固定到硫化机台上，预热至设定温度175°；
称重计量胶料，设置硫化程序，待模具温度升至设定温度175°后打开模具，把计量好的甲基乙烯基硅橡胶胶料放入模具型腔内，合模；
设定硫化时间为600s，压力15MPa，硫化温度175°，加温硫化定型，负压线性收缩气动人工肌肉半成品出模；
对出模后的负压线性收缩气动人工肌肉半成品进行修边整理、检验。
工艺步骤2：
将负压线性收缩气动人工肌肉粘接面清洁处理静置自然干燥；
放置在工装上均匀涂抹粘接剂；
进行复合粘接定位。
工艺步骤3：
将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉通过模具固定静置。在一优选的实施方式中，静置时间约为24小时。
工艺步骤4：
将经过静置工序后所述负压线性收缩气动人工肌肉放入干燥箱内恒温约100℃，时间为5-6小时，而后取出降温并进行整理检验。
工艺步骤5：
对经过静置和恒温工艺后负压线性收缩气动人工肌肉进行抽真空测试，若试压合格则包装。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，包括以下步骤：
步骤1，加工负压线性收缩气动人工肌肉半成品；
步骤2，将负压线性收缩气动人工肌肉半成品复合粘接定位；
步骤3，将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉固定静置；
步骤4，将所述负压线性收缩气动人工肌肉恒温干燥，以及
步骤5，试压测试；
所述步骤1进一步包括：
把模具固定到硫化机台上，预热至设定温度175°；
称重计量胶料，设置硫化程序，待模具温度升至设定温度175°后打开模具，把计量好的甲基乙烯基硅橡胶胶料放入模具型腔内，合模；
按设定硫化时间为600s，压力15MPa，硫化温度175°，进行加温硫化定型，负压线性收缩气动人工肌肉半成品出模；
对出模后的负压线性收缩气动人工肌肉半成品进行修边整理、检验；
所述步骤2进一步包括：
将负压线性收缩气动人工肌肉半成品粘接面清洁处理静置自然干燥；
放置在工装上均匀涂抹粘接剂；
进行复合粘接定位；
所述步骤3进一步包括：将经过复合粘接定位后的负压线性收缩气动人工肌肉通过模具固定静置，时间为24小时；
所述步骤4进一步包括：将经过静置工序后所述负压线性收缩气动人工肌肉放入干燥箱内恒温5-6小时，温度100℃，而后取出降温并进行整理检验；
所述负压线性收缩气动人工肌肉包括多个长方体气室单元，相邻长方体气室单元之间有通孔，形成气线性收缩型气动人工肌肉内部的气流通道；所述负压线性收缩气动人工肌肉能够将负压能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力；当外界负压卸载时，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的直线位移;
所述长方体气室单元具有基本相同尺寸，其在所述直线运动的方向排列成多排，并且相邻两排的长方体气室单元数量不同，从而在负压线性收缩气动人工肌肉的外侧形成缺口。
2.根据权利要求1所述的负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，其特征在于，所述气室单元在横向X轴上以所述负压线性收缩气动人工肌肉中心线Y轴为对称轴对称分布；沿纵向，第一排N个长方体气室单元，第二排(N-1)个长方体气室单元，以下按上述规则依次交替排列，奇数排为N个长方体气室单元，偶数排为(N-1)个长方体气室单元，并且以奇数排开始，偶数排结束，其中N为大于等于2的整数；
相邻各排的纵向气室壁位于每个长方体气室单元横向气室壁的中点，保证长方体气室在纵向收缩时的一致性；奇数排长方体气室单元个数比偶数排长方体气室单元个数多一个，形成在偶数排长方体气室两边各形成半个长方体气室体积大小的缺口结构形式，避免所述负压线性收缩气动人工肌肉在厚度方向上的扭曲。
3.根据权利要求1所述的负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，其特征在于，每个所述长方体气室单元的横向气室壁与纵向气室壁之间存在厚度差，从而当对所述负压线性收缩气动人工肌肉施加负压时，由于较薄的横向气室壁受到负压作用而发生可恢复的溃缩性屈曲变形，较厚的纵向气室壁较厚能够承受负压作用不变形，楔入到长方体气室单元内，产生纵向的直线位移，最终整个负压线性收缩气动人工肌肉产生直线运动，将压力能转化为能够实现直线运动的机械能，提供拉力；当外界负压卸载时，所述横向气室壁受到的负压作用力消失，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成与负压作用下相反方向的纵向位移。
4.根据权利要求3所述的负压线性收缩气动人工肌肉的制造方法，其特征在于，每个长方体气室单元的纵向气室壁厚度是横向气室壁厚度的3.5倍。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105666484A (zh) * 2016-04-11 2016-06-15 中国计量学院 双管套装型气动人工肌肉
CN106695772A (zh) * 2015-08-28 2017-05-24 刘伟 一种人工肌肉及其应用、机器人
CN108161929A (zh) * 2018-01-02 2018-06-15 北京理工大学 一种负压驱动的气动人工肌肉
CN108582058A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 黄郁惠 一种负压旋转型人工肌肉
CN108714893A (zh) * 2018-06-29 2018-10-30 深圳大学 一种仿生肌肉条索单元及仿生肌肉系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016011345A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 President And Fellows Of Harvard College Soft actuators and soft actuating devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106695772A (zh) * 2015-08-28 2017-05-24 刘伟 一种人工肌肉及其应用、机器人
CN105666484A (zh) * 2016-04-11 2016-06-15 中国计量学院 双管套装型气动人工肌肉
CN108161929A (zh) * 2018-01-02 2018-06-15 北京理工大学 一种负压驱动的气动人工肌肉
CN108582058A (zh) * 2018-04-25 2018-09-28 黄郁惠 一种负压旋转型人工肌肉
CN108714893A (zh) * 2018-06-29 2018-10-30 深圳大学 一种仿生肌肉条索单元及仿生肌肉系统

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