[實用新型]一種嵌套式形狀記憶合金氣動人工肌肉

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201720025481.0
• 申請日: 2017-01-10
• 公開（公告）號: CN206367008U
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李中雯;靳明濤;王斌銳;金英連;金海龍
• 申請（專利權(quán)）人: 中國計量大學(xué)
• 主分類號: B25J9/14
• 分類號: B25J9/14;B25J9/10
• 代理公司: 杭州奧創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司33272
• 代理人: 王佳健

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型屬于氣動肌肉技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種嵌套式形狀記憶合金氣動人工肌肉。

背景技術(shù)

近年來，隨著仿生技術(shù)的研究和發(fā)展，氣動肌肉越來越得到人們的重視，國內(nèi)外大批專家和學(xué)者在廣泛的研究與應(yīng)用氣動肌肉。氣動肌肉( Pneumatic Muscle, PM ) 是根據(jù)人類肌肉運動原理而設(shè)計的一款新型的柔性驅(qū)動器，主要由外層編織網(wǎng)、橡膠管和卡箍三部分組成。通入壓縮空氣時，橡膠管膨脹后和編織網(wǎng)緊緊貼住, 將氣體的作用力傳遞到編織網(wǎng)上, 使得膨脹轉(zhuǎn)變成軸向收縮力。與傳統(tǒng)驅(qū)動裝置相比，氣動肌肉具有柔性高、功重比大、易于小型化、使用方便、成本低廉等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用于各種仿生機械的驅(qū)動領(lǐng)域。

然而，目前市面上成熟的氣動肌肉，如FESTO公司和SHADOW公司生產(chǎn)的氣動肌肉，存在收縮率小的問題。氣動肌肉均有軸向主動收縮來改變剛度功能，但不具備繞軸向的主動旋轉(zhuǎn)來改變剛度的功能，改變剛度的形式單一；同時，氣動肌肉結(jié)構(gòu)參數(shù)一定的情況下，其剛度隨充氣壓力大小、氣動肌肉實際工作長度的變化而變化，由于氣動肌肉本身的材料限制，剛度變化范圍有限。氣動肌肉在使用時，通常采用固接的方式來驅(qū)動負載，當負載發(fā)生振動時，這種固接方式不能很好的緩解振動帶來的影響，對連接裝置會造成一定的損壞。

現(xiàn)在也有使用輔助裝置或新型材料來輔助氣動肌肉工作、改變其收縮量、驅(qū)動力和剛度等性能的設(shè)計方案。如中國專利文獻[申請?zhí)枺?01610385406.5]公開了一種具有自感知和驅(qū)動功能的氣動人工肌肉，包括纖維絲、彈性軟管、集絲卡箍、壓電體、圓柱套管、氣管接頭、卡箍、電極、驅(qū)動電路、感知電路和集絲孔，在氣動肌肉正常工作時，通過驅(qū)動電路的壓電體的逆壓電效應(yīng)，壓電體可帶動纖維絲收縮，能夠提高氣動肌肉收縮量及剛度調(diào)節(jié)范圍。上述發(fā)明中的壓電體逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生的形變較小，如果增加壓電體的尺寸，整個氣動肌肉的尺寸也會隨之增加。

形狀記憶合金（Shape Memory Alloy, 簡稱SMA）作為一種新型的智能材料，其主要是利用形狀記憶效應(yīng)，通過溫度變化來發(fā)生形狀變化產(chǎn)生收縮力，對連接件進行驅(qū)動，是應(yīng)用很廣的一種驅(qū)動元件。將形狀記憶合金與氣動肌肉結(jié)合可很好的改善氣動肌肉性能，從而促進康復(fù)醫(yī)療和仿生機器人等領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的就是針對上述技術(shù)的缺陷和不足，提出了一種嵌套式形狀記憶合金氣動人工肌肉。

為解決上述問題，本實用新型采用了以下技術(shù)方案：

它包括上固定盤、固定桿、軸向SMA絲、滑動盤、氣動肌肉、PM下安裝盤、下固定盤、滑動方軸、轉(zhuǎn)軸、PM上安裝盤、彈簧、徑向SMA絲、驅(qū)動電路。所述固定桿外表面光滑，兩端帶有螺紋，一端連接上固定盤，另一端連接下固定盤，四根固定桿和上固定盤、下固定盤組成外固定結(jié)構(gòu)；滑動盤具有穿桿孔，可在固定桿上滑動；軸向SMA絲通過上固定盤穿絲孔、下固定盤穿絲孔、滑動盤穿絲孔，在上、下固定盤之間多次“S”型纏繞，一端固定在下固定盤，另一端固定在滑動盤，并通過外接驅(qū)動電路進行驅(qū)動；多根氣動肌肉圍成圓周狀氣動肌肉束，且每根氣動肌肉之間存在一定間隙，氣動肌肉束一端固定在PM上安裝盤，另一端固定在PM下安裝盤，整個氣動肌肉束結(jié)構(gòu)置于外固定結(jié)構(gòu)內(nèi)部；滑動方軸通過下固定盤上的方孔，可沿軸向滑動，滑動方軸一端與PM下安裝盤連接，另一端與負載連接；轉(zhuǎn)軸穿過滑動盤上的轉(zhuǎn)軸孔，且一端的直徑大于轉(zhuǎn)軸孔的直徑，另一端固定在PM上安裝盤，可帶動PM上安裝盤轉(zhuǎn)動；一對彈簧采用在轉(zhuǎn)軸側(cè)面反向平行的安裝方式，一端固定在滑動盤上，另一端固定在轉(zhuǎn)軸側(cè)面，兩個安裝點的連線是轉(zhuǎn)軸側(cè)面所在安裝點的切線；一對徑向SMA絲安裝方式與彈簧相同，且徑向SMA絲與彈簧在滑動盤平面上的投影相互垂直。

優(yōu)選地，所述上固定盤、下固定盤和滑動盤用絕緣、耐磨、光滑的聚合物制備而成或用聚合物進行內(nèi)涂覆，如聚四氟乙烯。