CN1454690A - 仿生运动纤维 - Google Patents

Abstract

仿生运动纤维是用于非工业专用类型的机器人的运动动力纤维，该纤维具有响应速度快，运动形式简单，能够产生直线拉伸力。该纤维通过用电荷控制纤维的膨胀腔内的可逆电化学反应获得拉伸力。在纤维之间设有传感元件，实现位置、距离的信息反馈。该纤维可用于娱乐型机器人，能使机器人在模仿动物行为方面更容易。

Description

仿生运动纤维

仿生运动纤维是用于非工业专用类型的机器人运动动力纤维，该部件具有动物肌肉运动纤维的收缩、舒张效果。

目前非工业专用类型的机器人比如足球赛机器人、拳击赛机器人等娱乐型机器人在运动速度及模拟动物行为等方面还很不尽人意。

仿生运动纤维能直接由电子系统控制的电荷的电化学反应产生一定的拉伸力，使控制路径短，无中间过程，提高了机器人运动速度，运动形式简单。该纤维是直接作用在运动部位的直线型拉伸力，运动部位空间位置由传感元件反馈信息。

仿生运动纤维是由若干纤维节、若干膨胀腔组成的细管状结构。内部有电荷导线，膨胀腔内物质，膨胀腔膜壁，膜壁内有无弹性或弹性很小的纵向纤丝，膨胀腔内物质包括流体介质和电解质物质和催化剂等。电荷导线分主导线和副导线，膨胀腔内物质是通过膜壁及纤维节与外界相隔绝的独立体，流体介质是液体或胶体或气体，流体介质中的电解质与电荷导线送来的电荷发生电化学反应，电解质通过电子的得失发生的化学反应产生反应生成物，生成物使膨胀腔体积增加(或减小)，膜壁内的纵向纤丝使该纤维节之间的距离缩短(或伸长)，因此产生了拉伸力。纵向纤丝的作用是把电化学反应产生的膨胀压力转变为拉伸力。电荷导线的功能是向膨胀腔内电解质提供电化学反应的电荷。仿生运动纤维之间的位置传感、距离传感、压力传感等元件构成信息反馈系统，纤维之间由润滑液(或气体)填充，该纤维集合成纤维束，一个纤维束构成一个仿生运动纤维单元。膨胀腔内的物质也可以是在电荷(或电流、电压)作用下向一定方向发生形变的合成物，形变使膨胀腔膜壁向外产生扩张力。

仿生运动纤维使运动形式简单化，是直接作用在运动部位的直线拉伸，与运动形式是一种直接关系，运动部位的运动方向只和与其相对应部分的运动纤维有关；其仿生意义是相当于肌肉的收缩与舒展。仿生运动纤维有较好的运动部位响应速度。电荷导线所传送的电荷速度快，电化学反应速度较快，电荷量决定电化学反应生成物产生的“力”的大小。传感反馈信息系统和电荷导线的仿生意义是相当于肌肉的神经系统。

附图说明：

图(1)是管状膨胀腔一部分纵向纤丝和支持纤丝结构示意图。纵向纤丝①位置在支持纤丝②的外层，纤丝位于膨胀腔膜壁内，支持纤丝对膜壁有一定的结构支持作用外，同时又是电荷导线的副导线，支持纤丝与膨胀腔内的流体介质接触。图(2)、(3)是仿生运动纤维结构示意图。电荷导线的主导线⑤贯穿纤维的中心，在与膨胀腔膜壁接触的纤维节(一定长度)部位，主导线外部有一层绝缘膜，与膜壁上的副导线相互绝缘，纤维节的作用是使各腔体内物质成为封闭的独立体。①是纵向纤丝，②是支持纤丝，③是膨胀腔体，④是膨胀腔膜壁，⑤是电荷导线的主导线，⑥是纤维节，⑦是膨胀腔内的物质，其中流体介质是液体或胶体或气体。

仿生运动纤维的电荷导线主导线为弹性导体，使用弹性复合材料制成，比如碳纤维(碳晶须)与金属复合或者聚脂、树脂与金属复合或者其它聚合物与导电材料复合。主导线在仿生运动纤维收缩后依然保持直线，副导线是金属线，是多条环绕的结构形式。膨胀腔内流体介质最好是PH值接近中性的物质，膨胀腔内发生电化学反应的物质，只要满足以下条件无论是无机电化学反应、有机电化学反应、生化反应等均可，条件是：电化学反应是可逆的反应过程，在电荷作用下的电子得失使反应物产生的液体、固体(析出)、气体等使反应前后的体积发生变化，能对膨胀腔膜壁产生一定的作用力，并且反应速度较快。膨胀腔膜壁如果腔内物质是以体积增大为主要动力，那么膜壁选用有较强的弹性形变，所产生的弹力较小的弹性物质，如果腔内物质是以体积减小为主要动力，那么膜壁可以选用弹性形变较强，所产生的弹力较大的弹性物质，膜壁是不导电的材料，如橡胶类等。仿生运动纤维的粗细在膨胀腔内化学反应物质量适合的情况下依据实际需要来决定，也可以本着越细越好的原则制造。该纤维的制造工艺过程可以是先制成直管形一定长度的膨胀腔膜壁，加入主导线后边加注膨胀腔内物质边压制(或粘接)纤维节，后一过程可以在有利于腔内物质的气体及气压保护环境下生产，纤维节之间的距离应适合最佳的腔体膨胀与纤维收缩的比值。膨胀腔内物质中可加入一定的辅助剂，使仿生运动纤维有更长的使用寿命。

Claims (2)

1、仿生运动纤维是一种模仿动物肌肉运动形式的动力纤维，由若干纤维节和膨胀腔组成的细管状结构，其特征是：通过内部的电荷导线，为膨胀腔内物质提供电化学反应的电荷；通过膨胀腔膜壁内的纵向纤丝把电化学反应产生的压力转变成拉伸力；通过对电化学反应的电荷的控制实现仿生运动纤维的收缩、舒张；通过该纤维之间的传感元件组成运动部位位置、距离等信息反馈系统。

2、如权利要求1所述仿生运动纤维之间填充润滑液(或气体)，并将若干该纤维集合成仿生运动纤维单元。

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