[實(shí)用新型]一種驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)一體化的仿骨骼肌驅(qū)動(dòng)器及其性能測(cè)試裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201721389327.8
• 申請(qǐng)日: 2017-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN207280742U
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任雷;劉春寶;丁鵬;錢(qián)志輝;任露泉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春吉大專利代理有限責(zé)任公司22201
• 代理人: 劉馳宇

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于仿生工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及到機(jī)器人的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，具體涉及一種驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)一體化的仿骨骼肌驅(qū)動(dòng)器及其性能測(cè)試裝置。

背景技術(shù)

生物力學(xué)研究表明，骨骼肌通過(guò)肌纖維羽狀角(肌纖維與肌肉力作用線的夾角)的變化進(jìn)行輸出力和速度的調(diào)節(jié)。當(dāng)承受低負(fù)載時(shí)，肌肉收縮其厚度增加，肌纖維旋轉(zhuǎn)后羽狀角增大，肌肉輸出力減少、運(yùn)動(dòng)速度增加；當(dāng)肌肉承受高負(fù)載時(shí)，其寬度增加，纖維旋轉(zhuǎn)使羽狀角減少，運(yùn)動(dòng)速度降低、輸出力增加。這表明，人體骨骼肌既是驅(qū)動(dòng)單元又是傳動(dòng)單元，同時(shí)兼具無(wú)級(jí)變速功能，是一種驅(qū)動(dòng)、變速與傳動(dòng)一體化的柔性動(dòng)力系統(tǒng)，這與目前工程中普遍采用復(fù)雜機(jī)構(gòu)組合和控制實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速的機(jī)械系統(tǒng)相比，具有簡(jiǎn)單、直接、經(jīng)濟(jì)、高效等優(yōu)點(diǎn)。

目前，現(xiàn)有的復(fù)制模擬骨骼肌可變傳動(dòng)行為，量化傳動(dòng)比范圍的測(cè)試裝置采用多個(gè)McKibben型氣動(dòng)人工肌肉構(gòu)成的陣列，當(dāng)加壓時(shí)McKibben型氣動(dòng)人工肌肉表現(xiàn)出伴有徑向膨脹的軸向收縮的固有特性，這種形狀變化跟骨骼肌纖維相似，而這也被認(rèn)為是骨骼肌中可變傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵特征。但是，McKibben型氣動(dòng)人工肌肉輸出拉力大小會(huì)受到摩擦和橡膠的非彈性變形的影響，其中主要的摩擦包括編織套與彈性管之間產(chǎn)生的摩擦、纖維絲之間的互相摩擦，摩擦力和橡膠的非彈性變形使氣動(dòng)人工肌肉在工作過(guò)程中出現(xiàn)遲滯和壓力死區(qū)，這樣就導(dǎo)致充氣收縮所產(chǎn)生的有效拉力的減少，效率低；另外，肌肉在收縮期間需要保持恒定體積，所以任何肌肉在收縮時(shí)需要沿著與其作用線正交的方向擴(kuò)展，而抵抗這種擴(kuò)展的組織可能會(huì)調(diào)解肌肉的形狀如何變化，最終決定肌肉運(yùn)作的傳動(dòng)比，但是此McKibben型氣動(dòng)人工肌肉陣列缺乏恒定體積的控制，忽略了肌肉形狀的動(dòng)態(tài)變化的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提供了一種驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)一體化的仿骨骼肌驅(qū)動(dòng)器及其性能測(cè)試裝置，其目的是模仿并功能驗(yàn)證骨骼肌響應(yīng)可變負(fù)荷條件自動(dòng)變化力和速度的可變傳動(dòng)行為以及探索肌肉結(jié)構(gòu)的形態(tài)變化對(duì)肌肉本身的可變傳動(dòng)裝置的影響。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本實(shí)用新型提供了一種驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)一體化的仿骨骼肌驅(qū)動(dòng)器，其特征在于，包括四個(gè)封裝在柔性基質(zhì)內(nèi)的仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元，每個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元包括一個(gè)中空的且兩端封閉的圓柱狀的彈性內(nèi)軟管，彈性內(nèi)軟管由彈性體材料制成，從彈性內(nèi)軟管的一端中心處向彈性內(nèi)軟管的內(nèi)腔插入一個(gè)第一變徑接頭并用硅膠粘接劑將第一變徑接頭與彈性內(nèi)軟管的插接處密封，彈性內(nèi)軟管的外壁上套裝有一個(gè)編織網(wǎng)套，并使用扎帶將編織網(wǎng)套的兩端網(wǎng)口與彈性內(nèi)軟管兩端的接觸處扎緊，第一變徑接頭與一個(gè)驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)氣管連接，將四個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元平行且等間隔排列在形腔為底面是平行四邊形的直四棱柱狀的鋁合金模具里，通過(guò)鋁合金模具將四個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元澆注封裝在彈性體材料內(nèi)部，即澆注出一個(gè)底面是平行四邊形的直四棱柱狀的柔性基質(zhì)，并使第一變徑接頭與驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)氣管的連接處位于柔性基質(zhì)內(nèi)，驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)氣管的進(jìn)氣口位于柔性基質(zhì)外部，使每個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元與柔性基質(zhì)靠近驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)氣管進(jìn)氣口的那個(gè)側(cè)面所成的夾角均為銳角θ。

進(jìn)一步的技術(shù)方案包括：

所述的制成彈性內(nèi)軟管和柔性基質(zhì)的彈性體材料為硅膠。

所述的彈性內(nèi)軟管的內(nèi)徑為6mm、外徑為10mm、長(zhǎng)為120mm。

所述的四個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元，相鄰的兩個(gè)仿肌纖維驅(qū)動(dòng)單元在柔性基質(zhì)中的間隔距離為5mm，所述的銳角θ為30°，即每個(gè)肌纖維驅(qū)動(dòng)單元與柔性基質(zhì)靠近單元進(jìn)氣管的進(jìn)氣口的側(cè)面的夾角為30°。

所述的編織網(wǎng)套由尼龍材料制成。