CN207014354U - 人工肌肉及仿真手臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于机器人技术领域，提供了一种人工肌肉及具有该人工肌肉的仿真手臂，包括驱动单元，驱动单元包括控制器、与控制器电性连接的第一电磁铁、与控制器电性连接的第二电磁铁以及两端分别与第一电磁铁和第二电磁铁连接的伸缩机构，第一电磁铁和第二电磁铁的相邻端部的磁极相异。本实用新型提供的人工肌肉避免了离子型聚合物的使用，无需使用液体溶剂，不用担心液体泄漏的问题，也无需设计密闭环境，结构简单。

Description

人工肌肉及仿真手臂

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种人工肌肉及具有该人工肌肉的仿真手臂。

背景技术

现有人形机器人的“人工肌肉”主要是指电活性聚合物，电活性聚合物人工肌肉材料通常采用离子型聚合物制造。离子型聚合物即电流活性材料，包括聚合物电解质凝胶、碳纳米管复合材料、离子聚合物金属复合材料和导电聚合物，因为体系需在湿态环境下工作，也称湿驱动体系，主要通过离子的运动所引起的形变来达到驱动的目的。而离子材料必须浸浴在液体溶剂中，在实际的应用中，这种人工肌肉要包含一个密闭的容器去盛装这些液体溶剂，并且，由于这种人工肌肉需要具有收缩的功能，所以密闭容器也需要可形变，这就会导致人工肌肉结构复杂，并且容易发生液体溶剂泄漏的风险。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种人工肌肉，旨在解决现有技术中人工肌肉的结构复杂，且容易导致液体溶剂泄漏的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种人工肌肉，包括驱动单元，所述驱动单元包括控制器、与所述控制器电性连接的第一电磁铁、与所述控制器电性连接的第二电磁铁以及两端分别与所述第一电磁铁和所述第二电磁铁连接的伸缩机构，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的相邻端部的磁极相异。

进一步地，所述第一电磁铁包括面向所述第二电磁铁的第一端面，所述第二电磁铁包括面向所述第一电磁铁的第二端面，所述第一端面上设有第一铰接座，所述第二端面上设有第二铰接座，所述伸缩机构的两端分别与所述第一铰接座和所述第二铰接座铰接。

进一步地，所述人工肌肉包括多个通过所述伸缩机构串联连接的所述驱动单元，相邻所述驱动单元的相邻端部的磁极相异。

进一步地，多个所述驱动单元串联连接形成驱动链，所述人工肌肉包括多个并联连接的所述驱动链。

进一步地，所述驱动单元还包括沿所述第一端面的外边缘向所述第二端面延伸并且与所述第二端面的外边缘连接的伸缩套，所述伸缩套、所述第一端面以及所述第二端面形成密闭空间，所述伸缩机构位于所述密闭空间中。

进一步地，所述伸缩套包括位于所述第一端面和所述第二端面的支撑圈、沿所述支撑圈一侧向所述第一端面延伸并且与所述第一端面的外边缘连接的第一柔性布、沿所述支撑圈的另一侧向所述第二端面延伸并且与所述第二端面的外边缘连接的第二柔性布。

进一步地，所述支撑圈、所述第一柔性布以及所述第二柔性布均具有弹性，所述第一柔性布上固定有多个由所述支撑圈向所述第一端面延伸的第一支撑条，所述第二柔性布上固定有多个由所述支撑圈向所述第二端面延伸的第二支撑条。

进一步地，所述伸缩机构伸长至最长时，所述第一端面和所述第二端面的距离小于所述第一支撑条和所述第二支撑条的长度之和。

进一步地，所述第一端面设有第一凹陷，所述第二端面设有第二凹陷，所述第一铰接座固定于所述第一凹陷的底部，所述第二铰接座固定于所述第二凹陷的底部。

本实用新型还提供了一种仿真手臂，包括上臂、与所述上臂转动连接的下臂以及两端分别与所述上臂和所述下臂连接且用于驱动所述上臂和所述下臂相对转动的人工肌肉，所述人工肌肉为上述人工肌肉。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：本实用新型提供的人工肌肉包括控制器、第一电磁铁、第二电磁铁以及将第一电磁铁和第二电磁铁连接起来的伸缩机构，当人工肌肉需要收缩时，控制器对第一电磁铁和第二电磁铁进行通电，由于第一电磁铁和第二电磁铁相邻端部的磁极相异，即其中一个是N极，另一个是S极，因此，两个电磁铁会相互吸引并且靠近，伸缩机构收缩，因此，便实现了人工肌肉的收缩功能。本实用新型提供的人工肌肉避免了离子型聚合物的使用，无需使用液体溶剂，不用担心液体泄漏的问题，也无需设计密闭空间，结构简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的驱动单元的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的驱动链的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的多个驱动链并列设置的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的伸缩套的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的驱动单元的剖视图；

图6是本实用新型实施例提供的仿真手臂结构示意图。

附图标记说明：

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参见图1，本实用新型实施例提供的人工肌肉100包括驱动单元10，所述驱动单元10包括控制器(未图示)、与所述控制器电性连接的第一电磁铁11、与所述控制器电性连接的第二电磁铁12以及两端分别与所述第一电磁铁11和所述第二电磁铁12连接的伸缩机构13，所述第一电磁铁11和所述第二电磁铁12的相邻端部的磁极相异。所述控制器可以为单片机、可编辑逻辑控制器等具有控制功能的元件。可以理解地，控制器可以通过控制电磁铁上电流的方向来控制电磁铁的磁极，使得第一电磁铁11和第二电磁铁12的相邻端部，磁极不同。

请参见图1，本实用新型提供的人工肌肉100包括控制器、第一电磁铁11、第二电磁铁12以及将第一电磁铁11和第二电磁铁12连接起来的伸缩机构13，当人工肌肉100需要收缩时，控制器对第一电磁铁11和第二电磁铁12进行通电，由于第一电磁铁11和第二电磁铁12相邻端部的磁极相异，即其中一个是N极，另一个是S极，因此，两个电磁铁会相互吸引并且靠近，此时，伸缩机构13收缩，便实现了人工肌肉100的收缩功能。本实用新型提供的人工肌肉100避免了离子型聚合物的使用，无需使用液体溶剂，不用担心液体泄漏的问题，也无需设计密闭空间，结构简单。

请参见图1，进一步地，所述第一电磁铁11包括面向所述第二电磁铁12的第一端面111，所述第二电磁铁12包括面向所述第一电磁铁11的第二端面121，所述第一端面111上设有第一铰接座14，所述第二端面121上设有第二铰接座15，所述伸缩机构13的两端分别与所述第一铰接座14和所述第二铰接座15铰接。可以理解地，在人工肌肉100的实际应用当中，例如作为手臂的动力来源时，由于手臂部分结构复杂并且交织一些导电线路，使得人工肌肉100所处的环境十分复杂，因此，本实用新型实施例通过将伸缩机构13与第一端面111和第二端面121的连接方式设为铰接，使得驱动单元10可弯曲，人工肌肉100可以在复杂的环境中穿设，实现力的传递。

请参见图2，进一步地，所述人工肌肉100包括多个通过所述伸缩机构13串联连接的所述驱动单元10，相邻所述驱动单元10的相邻端部的磁极相异。可以理解地，处于收缩状态的驱动单元10的数量越多，人工肌肉100的收缩长度越长，因此，基于此结构，控制器可以控制特定数量的驱动单元10通电，以此来控制人工肌肉100的收缩长度；另外，控制器也可以通过控制不同驱动单元10收缩动作的间隔时间，来控制人工肌肉100的收缩速度，例如，第一驱动单元10收缩后，间隔一定时间控制收缩另一个驱动单元10，中间间隔的时间越短，人工肌肉100的收缩速度越快。基于上述结构和操作，能够使得人工肌肉100的仿真效果更佳。

请参见图3，进一步地，多个所述驱动单元10串联连接形成驱动链20，所述人工肌肉100包括多个并联连接的所述驱动链20。本实用新型实施例通过多个并联的驱动链20进行驱动，能够使得人工肌肉100的力量成倍增加。

请参见图4和图5，进一步地，所述驱动单元10还包括沿所述第一端面111的外边缘向所述第二端面121延伸并且与所述第二端面121的外边缘连接的伸缩套16，所述伸缩套16、所述第一端面111以及所述第二端面121形成密闭空间161，所述伸缩机构13位于所述密闭空间161中。本实用新型实施例通过设置伸缩套16将伸缩机构13包裹在密闭空间161内，避免外部异物的入侵，例如，外部线路、零件以及灰尘等，干扰伸缩机构13的伸缩，损坏伸缩机构13，或者，卡在第一电磁铁11和第二电磁铁12之间，导致人工肌肉100无法收缩。

请参见图4和图5，进一步地，所述伸缩套16包括位于所述第一端面111和所述第二端面121的支撑圈162、沿所述支撑圈162一侧向所述第一端面111延伸并且与所述第一端面111的外边缘连接的第一柔性布163、沿所述支撑圈162的另一侧向所述第二端面121延伸并且与所述第二端面121的外边缘连接的第二柔性布164。进一步地，所述支撑圈162、所述第一柔性布163以及所述第二柔性布164均具有弹性，所述第一柔性布163上固定有多个由所述支撑圈162向所述第一端面111延伸的第一支撑条165，所述第二柔性布164上固定有多个由所述支撑圈162向所述第二端面121延伸的第二支撑条166。支撑圈162、第一柔性布163以及第二柔性布164均具有弹性，那么，在人工肌肉100收缩后，第一支撑条165的两端会分别抵持在第一端面111的外边缘和支撑圈162上，同样的，第二支撑条166的两端会分别抵持在第二端面121的外边缘和支撑圈162上，第一柔性布163和第二柔性布164会靠拢，并迫使第一支撑条165和第二支撑条166靠拢，第一支撑条165和第二支撑条166会抵推支撑圈162，由于支撑圈162具有弹性，支撑圈162的直径会变大，同时，两侧柔性布也会变形，以此实现在将伸缩机构13包裹后，人工肌肉100仍然能顺畅的收缩。

请参见图5，为了避免驱动单元10收缩时，伸缩套16向里凹陷，即向伸缩机构13的方向凹陷，干扰驱动单元10的收缩，进一步地，所述伸缩机构13伸长至最长时，所述第一端面111和所述第二端面121的距离小于所述第一支撑条165和所述第二支撑条166的长度之和。这样，通过将第一支撑条165和第二支撑条166设计为特定的长度，使得当伸缩机构13伸长至最长时，伸缩套16依然向外突出，并且，支撑圈162被第一支撑条165和第二支撑条166撑起，在下一次收缩时，支撑圈162直接被第一支撑条165和第二支撑条166向外撑开，不会向里凹陷，因此避免了对伸缩机构13的干扰，使得人工肌肉100的收缩更加顺畅。

请参见图5，进一步地，所述第一端面111设有第一凹陷1111，所述第二端面121设有第二凹陷1211，所述第一铰接座14固定于所述第一凹陷1111的底部，所述第二铰接座15固定于所述第二凹陷1211的底部。基于此结构，本实用新型实施例能够实现在驱动单元10收缩后，第一电磁铁11和第二电磁铁12可以无需考虑伸缩机构13的存在，并且尽可能的靠近甚至抵接，由此，大大提高了驱动单元10的伸缩行程。

请参见图5，进一步地，所述伸缩机构13包括与所述第一电磁铁11铰接的第一套管131、一端与所述第一套管131套接且于所述第一套管131内滑动的第二套管132以及与所述第二套管132另一端连接且于所述第二套管132内滑动的连杆133，所述连杆133远离所述第二套管132的一端与所述第二电磁铁12铰接，所述第一套管131和所述连杆133采用不可磁化材料制成，例如塑胶、铝等，所述第二套管132采用可磁化材料制成，例如，铁、钴、镍等材料。本实施例中，将处于中间位置第二套管132采用可磁化材料制作，这样，当第一电磁铁11和第二电磁铁12通电后，第二套管132会被磁化，第一电磁铁11和第二电磁铁12均会对第二套管132产生吸引的作用力，这样，就可以将第一电磁铁11和第二电磁铁12设置为间隔较远的位置，即使该距离无法使得第一电磁铁11和第二电磁铁12产生吸引力，也可以通过吸引第二套管132来产生收缩力，这样，可以增加人工肌肉100的长度，减少电磁铁的使用个数，降低制造成本。

请参见图6，本实用新型还提供了一种仿真手臂，包括上臂30、与所述上臂30转动连接的下臂40以及两端分别与所述上臂30和所述下臂40连接且用于驱动所述上臂30和所述下臂40相对转动的人工肌肉100，所述人工肌肉100为上述人工肌肉100。该人工肌肉100与上述各实施例中的人工肌肉100具有相同的结构特征，且所起作用相同，此处不赘述。

以上所述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 (10)

1.一种人工肌肉，包括驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括控制器、与所述控制器电性连接的第一电磁铁、与所述控制器电性连接的第二电磁铁以及两端分别与所述第一电磁铁和所述第二电磁铁连接的伸缩机构，所述第一电磁铁和所述第二电磁铁的相邻端部的磁极相异。

2.如权利要求1所述的人工肌肉，其特征在于，所述第一电磁铁包括面向所述第二电磁铁的第一端面，所述第二电磁铁包括面向所述第一电磁铁的第二端面，所述第一端面上设有第一铰接座，所述第二端面上设有第二铰接座，所述伸缩机构的两端分别与所述第一铰接座和所述第二铰接座铰接。

3.如权利要求2所述的人工肌肉，其特征在于，所述人工肌肉包括多个通过所述伸缩机构串联连接的所述驱动单元，相邻所述驱动单元的相邻端部的磁极相异。

4.如权利要求3所述的人工肌肉，其特征在于，多个所述驱动单元串联连接形成驱动链，所述人工肌肉包括多个并联连接的所述驱动链。

5.如权利要求2所述的人工肌肉，其特征在于，所述驱动单元还包括沿所述第一端面的外边缘向所述第二端面延伸并且与所述第二端面的外边缘连接的伸缩套，所述伸缩套、所述第一端面以及所述第二端面形成密闭空间，所述伸缩机构位于所述密闭空间中。

6.如权利要求5所述的人工肌肉，其特征在于，所述伸缩套包括位于所述第一端面和所述第二端面的支撑圈、沿所述支撑圈一侧向所述第一端面延伸并且与所述第一端面的外边缘连接的第一柔性布、沿所述支撑圈的另一侧向所述第二端面延伸并且与所述第二端面的外边缘连接的第二柔性布。

7.如权利要求6所述的人工肌肉，其特征在于，所述支撑圈、所述第一柔性布以及所述第二柔性布均具有弹性，所述第一柔性布上固定有多个由所述支撑圈向所述第一端面延伸的第一支撑条，所述第二柔性布上固定有多个由所述支撑圈向所述第二端面延伸的第二支撑条。

8.如权利要求7所述的人工肌肉，其特征在于，所述伸缩机构伸长至最长时，所述第一端面和所述第二端面的距离小于所述第一支撑条和所述第二支撑条的长度之和。

9.如权利要求2-8任意一项所述的人工肌肉，其特征在于，所述第一端面设有第一凹陷，所述第二端面设有第二凹陷，所述第一铰接座固定于所述第一凹陷的底部，所述第二铰接座固定于所述第二凹陷的底部。

10.一种仿真手臂，包括上臂、与所述上臂转动连接的下臂以及两端分别与所述上臂和所述下臂连接且用于驱动所述上臂和所述下臂相对转动的人工肌肉，其特征在于，所述人工肌肉为权利要求1-9任意一项所述的人工肌肉。