CN205054509U - 一种新型人工肌肉 - Google Patents

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张晴晴
徐兵
张羽
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Abstract

本实用新型公开了一种新型人工肌肉，包括上下平行设置的活动关节平台和底座，活动关节平台和底座之间设置有至少一个弹性连接单元，弹性连接单元的上下两端分别固定连接在述活动关节平台和底座上，活动关节平台和底座之间还设置有多个驱动装置，每个驱动装置的上下两端分别通过万向转动装置与活动关节平台和底座相连接，驱动装置包括缸体和沿着缸体向上伸出的活塞杆，活塞杆在气压或液压的作用下能沿着缸体来回移动。本实用新型相比现有技术具有以下优点：通过控制多个驱动装置带动弹性连接单元收缩或回复，模拟肌肉力学特征，完成了类似于生物肌肉的驱动收缩和自由放松的运动过程。

Description

一种新型人工肌肉
技术领域
本实用新型涉及仿生机械领域，尤其涉及的是一种新型人工肌肉。
背景技术
人或动物的运动系统是以骨骼及依附其上的肌肉所组成的骨骼肌肉系统为主、受神经系统控制的运动系统。分布于动物全身的骨骼肌肉系统是动物运动的支撑和驱动器，是动物可以做出各种复杂运动动作的基础。肌肉在神经信号激励下主动收缩，通过力的作用驱动骨骼关节转动。因此，仿骨骼关节的结构设计和仿肌肉力学的驱动方式是仿生机械的主要研究方向，尤其是符合骨骼肌肉系统运动特性的研究越来越受到重视，在医疗器械、康复医疗、仿生、智能机器人、军用武器、航空航天等诸多领域将发挥很大的作用。
现有的人工肌肉以研究驱动方式为主，分为材料收缩型和结构收缩型。材料收缩型人工肌肉是将化学能或电能直接作用于可收缩的化合物上，使之产出机械能输出；结构收缩型人工肌肉以套管式气动人工肌肉为代表，轴向缩短，拉动两端载荷。无论是材料收缩型还是结构收缩型，都是单向收缩，存在的问题是:未能将骨骼和肌肉作为系统来研究，欠缺骨骼关节偏转对肌肉自身机构变形的影响，因此应用于仿生机器时符合程度不高，难以建立精准的仿生工作模型，动作响应周期长、难以调节、稳定性和适应性差。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种新型人工肌肉。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种新型人工肌肉，包括上下平行设置的活动关节平台和底座，所述活动关节平台和底座之间设置有至少一个弹性连接单元，所述弹性连接单元的上下两端分别固定连接在所述述活动关节平台和底座上，所述活动关节平台和底座之间还设置有多个驱动装置，每个驱动装置的上下两端分别通过万向转动装置与所述活动关节平台和底座相连接，所述驱动装置包括缸体和沿着所述缸体向上伸出的活塞杆，所述活塞杆在气压或液压的作用下能沿着所述缸体来回移动。
所述弹性连接单元为弹簧。
所述多个驱动装置在所述活动关节平台和底座之间均匀排布。
所述万向转动装置为球形铰链。
本实用新型相比现有技术具有以下优点：
本实用新型提供的一种新型人工肌肉，通过控制多个驱动装置带动弹性连接单元收缩或回复，模拟肌肉力学特征，完成了类似于生物肌肉的驱动收缩和自由放松的运动过程。同时，通过控制多个驱动装置还能实现活动关节平台在不同角度和不同方向上的偏转，提高人工肌肉使用时的灵活性。
附图说明
图1为本实用新型放松状态结构示意图；
图2为本实用新型收缩状态结构示意图；
图3为本实用新型的活动关节平台偏转状态结构示意图；
图中标号：1、底座，2、万向转动装置，3、弹性连接单元，4、驱动装置，5活动关节平台。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
参见图1至图3，本实施例提供的一种新型人工肌肉，包括上下平行设置的活动关节平台5和底座1，活动关节平台5和底座1之间设置有至少一个弹性连接单元3，弹性连接单元3的上下两端分别固定连接在述活动关节平台5和底座1上，活动关节平台5和底座1之间还设置有多个驱动装置4，每个驱动装置4的上下两端分别通过万向转动装置2与活动关节平台5和底座1相连接，驱动装置4包括缸体和沿着缸体向上伸出的活塞杆，活塞杆在气压或液压的作用下能沿着缸体来回移动。弹性连接单元3为弹簧,多个驱动装置4在活动关节平台5和底座1之间均匀排布,万向转动装置2为球形铰链。
弹性连接单元3对该新型人工肌肉的作用是：在人工肌肉收缩或活动关节平台5偏转时起到弹性阻尼的作用，防止运动冲击；在人工肌肉收缩或活动关节平台5偏转工作完成后，驱动装置4停止工作，弹性连接单元3为其提供回复力；另外，弹性连接单元3还可以对该人工肌肉起到一定的支撑作用。
下面以三个驱动装置4为例对本实施例的工作原理描述如下：
当该新型人工肌肉处于放松状态时(图1所示)，同时控制所用的三个驱动装置4驱动其活塞杆同步向下运动，克服设置在底座1中间的弹性连接单元3的阻力，使其收缩(图2所示)；当解除驱动力，人工肌肉依靠弹性连接单元3提供的弹性力恢复到放松状态(图1所示)。整个收缩和放松的过程中，驱动力要克服弹性连接单元3的弹性力以及驱动装置4内部阻尼，模拟肌肉力学特征，完成了类似于生物肌肉的驱动收缩和自由放松的运动过程。
当控制新型人工肌肉中的两个驱动装置4不工作，一个驱动装置4收缩，活动关节平台5发生偏转，偏转的角度与收缩程度有关，偏转的方向与控制选择有关；当控制人工肌肉中的三个驱动装置4收缩速度不同，也可实现活动关节平台5发生偏转，偏转的角度和方向与它们收缩速度分配有关。如此以来，大大提高人工肌肉使用时的灵活性。
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种新型人工肌肉，其特征在于：包括上下平行设置的活动关节平台和底座，所述活动关节平台和底座之间设置有至少一个弹性连接单元，所述弹性连接单元的上下两端分别固定连接在所述活动关节平台和底座上，所述活动关节平台和底座之间还设置有多个驱动装置，每个驱动装置的上下两端分别通过万向转动装置与所述活动关节平台和底座相连接，所述驱动装置包括缸体和沿着所述缸体伸出的活塞杆，所述活塞杆在气压或液压的作用下能沿着所述缸体来回移动。
2.如权利要求1所述的一种新型人工肌肉，其特征在于：所述弹性连接单元为弹簧。
3.如权利要求1所述的一种新型人工肌肉，其特征在于：所述多个驱动装置在所述活动关节平台和底座之间均匀排布。
4.如权利要求1所述的一种新型人工肌肉，其特征在于：所述万向转动装置为球形铰链。
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