CN1413562A - 人工肌肉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工肌肉，它以单束人工肌肉纤维为构成单元，整块肌肉由多根单束人工肌肉纤维构成。单束人工肌肉纤维由双螺旋线圈、弹性胶、磁流变液微团构成，双螺旋线圈外表及内部由弹性胶包覆填充，弹性胶内充满磁流变液微团，磁流变液微团由磁流变液载体和可极化磁性颗粒组成。双螺旋线圈两端通电，使磁流变液微团极化，单束人工肌肉纤维产生变形，产生类似肌肉收缩的效果。通过使用不同尺寸的人工肌肉群，按照预期的目的进行安装，以及对电流强度进行控制，人工肌肉可以产生不同程度的收缩和扭转。本发明的优点是由磁流效应实现肌肉的收缩，收缩能力强、重量轻、方便灵活、结构简单，为使用人工肌肉组织模拟生物运动提供了一种手段。

Description

人工肌肉

技术领域

本发明属于机器人制造、动态运动模拟技术领域，具体涉及一种人工肌肉。

技术背景

人工肌肉可广泛应用于机器人、机械手、假肢、仿生玩具、道具等领域。现有技术在人工肌肉的设计方面有多种方式，中国专利97110134.5公开了一种人工管状肌肉及其应用，其具体设计是由高分子弹性材料和纤维制成管状结构，纤维均匀分布在管壁中，管状结构一端封闭，另一端通过接口、软管、控制阀与泵连接，管状肌肉在泵的驱动下沿管轴向伸缩，而不产生横向扩张。该人工肌肉具有一定的肌肉收缩功能，但具有以下几个技术问题：

1、该人工肌肉是靠作用在管状人工肌肉端面的气、液压力实现径向伸缩，当直径很小时(如该发明中的0.3-1毫米，减去管壁厚，有效直径应更小)，作用在端面上的压力势必很小，而作用在侧面的压力要比端面上的大得多，要使管状人工肌肉有效地伸缩，只能增加压强，压强越高，压力越大，从而难以保证管状人工肌肉管壁的密封。

2、当压强较大时，泵、接口、软管、控制阀之间的密封难以保证，且这类密封剂价格昂贵。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，设计了一种人工肌肉，以磁流效应实现肌肉的收缩，结构简单，方便灵活，肌肉收缩力强。

本发明的技术方案如下：

本人工肌肉以单束人工肌肉纤维为构成单元，单束人工肌肉纤维由双螺旋线圈、弹性胶、磁流变液微团构成，双螺旋线圈外表及内部由弹性胶包覆填充，弹性胶内充满磁流变液微团，磁流变液微团由磁流变液载体和可极化磁性颗粒组成。双螺旋线圈两端通电，使磁流变液微团极化，单束人工肌肉纤维产生变形。

所述的磁流变液载体选择硅油，可极化磁性颗粒选择纯铁粉或氧化物粉。双螺旋线圈由直径很细(如为20丝)的金属丝绕制而成。整块肌肉由多根单束人工肌肉纤维构成。

本发明提供的人工肌肉由磁流效应实现肌肉的收缩，收缩能力强、重量轻、方便灵活、结构简单。通过使用不同尺寸的人工肌肉群，按照预期的目的进行安装，以及对电流强度进控制，人工肌肉可以产生不同程度的收缩和扭转。本发明可广泛应用于机器人制造、控制论、动态运动模拟等领域，为使用人工肌肉组织模拟生物运动提供了一种手段。

附图说明

图1是单束人工肌肉纤维的正面透视图；

图2是单束人工肌肉纤维的侧面透视图；

图3是当通以电流，双螺旋线圈周围产生磁场的示意图；

图4是磁流变液内可极化词性颗粒在磁场作用下产生极化，排列成长磁链的示意图；

图5是整块人工肌肉的断面示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，本人工肌肉是由多根单束人工肌肉纤维为基本构成单元。单束人工肌肉纤维由双螺旋线圈1、弹性胶2、磁流变液微团3构成，双螺旋线圈1外表及内部由弹性胶2包覆填充，制作时由双螺旋线圈1淋以弹性胶液，弹性胶液遇空气逐渐固化，固化过程中缓慢旋转螺旋线圈1，使弹性胶2均匀覆盖于其上。弹性胶2内充满磁流变液微团3，磁流变液微团3由磁流变液载体和可极化的磁性颗粒组成。磁流变液载体选择硅油，可极化磁性颗粒选择纯铁粉或氧化物粉。双螺旋线圈1由直径很细(如为20丝)的金属丝绕制而成。

在无外加磁场的情况下，可极化磁性颗粒在磁流变液载体中是杂乱无序地分布的。当双螺旋线圈两端通以直流电流A后，在双螺旋线圈1周围空间将产生磁场，参见图3。磁场磁力线C方向是沿着双螺旋线圈1的中心轴B方向。参见图4，磁流变液4内的可极化磁性颗粒5在磁场作用下产生极化效果，极化的方向沿着磁场磁力线的方向，同一磁流变液微团的可极化磁性颗粒排列为整齐的磁链，当磁场强度达到某一定值时，所有的可极化磁性颗粒都排列到磁链中来，此时磁流变液微团的引力最强，即人工肌肉收缩达到最大值。磁流变液中可极化磁性颗粒的数量由饱和磁流变液的颗粒数量确定。于是相邻和相近的磁流变液微团之间相互吸引。就两个磁流变液微团而言，它们之间的引力是沿其中心连线方向，而不一定是沿双螺旋线圈的中心轴方向，但由于弹性胶中存在着大量的磁流变液微团，各磁流变液微团间引力的合力必定是沿着磁力线方向，即双螺旋线圈的中心轴的方向，这种合力使得弹性胶连同双螺旋线圈的形状发生改变，即收缩变短，产生类似肌肉收缩的运动。电流增强，引力增大，变形量增加，人工肌肉的收缩力增强，从而可实现人肌肉收缩力的可控制性。当断开直流电流后，双螺旋线圈周围的磁场消失，磁流变液微团内可极化磁性颗粒的极化效应随之消失，从而使磁链崩溃，可极化磁性颗粒又回到杂乱无序的状态。磁流变液微团间的引力消失，双螺旋线圈及弹性胶恢复原状。

参见图5，整块的人工肌肉由多根单束人工肌肉纤维6组成，表面用弹性胶形成包覆层7。

本专利中的弹性胶可用选择乳胶、人造橡胶等。

Claims (5)

1、一种人工肌肉，其特征在于以单束人工肌肉纤维为构成单元，单束人工肌肉纤维由双螺旋线圈、弹性胶、磁流变液微团构成，双螺旋线圈外表及内部由弹性胶包覆填充，弹性胶内充满磁流变液微团，磁流变液微团由磁流变液载体和可极化的磁性颗粒组成。

2、根据权利要求1所述的人工肌肉，其特征在于在双螺旋线圈两端通电，使磁流变液微团极化，单束人工肌肉纤维产生变形。

3、根据权利要求1或2所述的人工肌肉，其特征在于磁流变液载体选择硅油，可极化磁性颗粒选择纯铁粉或氧化物粉。

4、根据权利要求1或2所述的单束人工肌肉纤维，其特征在于整块肌肉由多根单束人工肌肉纤维构成。

5、根据权利要求1或2所述的单束人工肌肉纤维，其特征在于双螺旋线圈由金属丝绕制而成。