[發明專利]一種水壓人工肌肉

有效

• 申請號: 201310308611.8
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103395072A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 張增猛;弓永軍;侯交義
• 申請（專利權）人: 大連海事大學
• 主分類號: B25J19/00
• 分類號: B25J19/00;A61F2/50
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術領域

本發明涉及機器人、特種作業機械手和自動化生產線等領域應用的流體驅動人工肌肉，特別是一種高強度水壓人工肌肉。

背景技術

在機器人關節驅動與控制中，流體驅動的人工肌肉是一種新型的驅動器，可以分為氣動人工肌肉和水壓人工肌肉。氣動人工肌肉已經在機器人和自動化生產線等領域中應用，具有結構簡單、動作平滑、輸出力/重量比大等優點。水壓人工肌肉不但具有結構簡單，有利于實現小型化和輕型化的優勢，相比氣動人工肌肉輸出力更大、響應速度更快、工作噪聲更低。人工肌肉無相對摩擦運動部件，對于水下作業工況，不會產生液壓缸伸出桿受環境污染或其他影響的問題，成本低廉且可維護性好，因而水壓人工肌肉特別適用于水下作業機械手的關節驅動與控制。

水壓人工肌肉與氣動人工肌肉傳動介質不同，空氣容易壓縮，氣壓傳動一般壓力在1MPa以下，壓力高于1MPa的屬于高壓氣動，較高壓力下用氣體驅動人工肌肉存在很多安全性問題。因此，氣動人工肌肉工作壓力不超過1MPa，氣動人工肌肉自身對于強度的要求也不高。但是，流體驅動的人工肌肉的輸出力是隨著工作壓力的提高而增大的，提高人工肌肉的工作壓力能夠大幅提高其輸出力。并且，現有水壓傳動元件，如泵、控制閥等的工作壓力比氣動人工肌肉的工作壓力范圍高很多，提高人工肌肉的壓力也有利于與水壓傳動元件的工作壓力相匹配。

現有的水壓人工肌肉仍采用氣動人工肌肉的結構，一般采用橡膠筒的形式，兩端用緊固的接頭連接起來，其強度較低，主要與兩個方面有關：一是纖維編織網較稀疏，強度不高，在較高壓力下橡膠筒會從編織網孔隙中漲出，產生破壞；二是兩端連接用的接頭僅是通過緊固作用卡住橡膠筒和纖維編織網，在較高的拉力負載下會產生脫開的現象。現有人工肌肉的結構無法滿足水壓人工肌肉的強度要求，目前也沒有能夠在較高壓力和輸出力工作的高強度水壓人工肌肉，所以需要研制新型的高強度水壓人工肌肉來滿足耐壓和高輸出力的需求。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能承受較高壓力和拉力負載的水壓人工肌肉。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種水壓人工肌肉，包括封閉端接頭、彈性橡膠管、高強度纖維編織網、通水端接頭、兩個端扣壓環、兩個中扣壓環和兩個倒錐齒面扣壓環；所述的高強度纖維編織網由高強度纖維緊密編織成管狀，其軸向長度比彈性橡膠管長，彈性橡膠管穿入高強度纖維編織網中；所述的封閉端接頭和通水端接頭上都有倒錐齒面和凸肩，倒錐齒面和凸肩之間的外圓面是中扣壓面，封閉端接頭的倒錐齒面和通水端接頭的倒錐齒面均朝向彈性橡膠管的內部從兩端插入彈性橡膠管，彈性橡膠管覆蓋封閉端接頭和通水端接頭的倒錐齒面及中扣壓面，高強度纖維編織網比彈性橡膠管長出的部分跨過封閉端接頭和通水端接頭的凸肩，覆蓋封閉端接頭和通水端接頭的端扣壓面，并由兩個端扣壓環分別扣壓在封閉端接頭和通水端接頭的端扣壓面上，高強度纖維編織網翻過來覆蓋端扣壓環，再跨過凸肩，并覆蓋中扣壓面和倒錐齒面，高強度纖維編織網翻過來覆蓋中扣壓面和倒錐齒面的部分連同高強度纖維編織網和內層的彈性橡膠管一起，由兩個中扣壓環和兩個倒錐齒面扣壓環扣壓在封閉端接頭和通水端接頭的中扣壓面和倒錐齒面上；

所述的通水端接頭中心開有通水孔和螺紋孔，封閉端接頭在端扣壓面一頭開有螺紋盲孔。

本發明所述的高強度纖維編織網使用的纖維材料是芳綸1414或高強度聚乙烯纖維或PBO纖維；所述的封閉端接頭和通水端接頭使用的材料是不銹鋼或耐海水腐蝕的不銹鋼。

本發明工作時，通水端接頭的螺紋孔連接用于固定和通水的連接接頭，封閉端接頭的螺紋盲孔連接驅動對象。當水壓人工肌肉通入一定壓力的水后，在水壓的作用下，彈性橡膠管和高強度纖維編織網發生變形，使水壓人工肌肉直徑增大，長度減小，進而對封閉端接頭的螺紋盲孔連接的驅動對象產生拉力作用。彈性橡膠管把一定壓力的水封閉在內部，由于高強度纖維編織網是由高強度纖維緊密編織成管狀的，覆蓋在彈性橡膠管外面，使水壓人工肌肉能夠承受足夠大的內部水壓力。在封閉端接頭和通水端接頭的倒錐齒面結構和凸肩結構，以及端扣壓環、中扣壓環和倒錐齒面扣壓環的扣壓作用下，使水壓人工肌肉能夠承受大拉力載荷。