[發(fā)明專利]一種基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉

有效

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• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112428259B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 左思洋;解迪生;劉建彬
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10;B25J9/14
• 代理公司: 天津市三利專利商標代理有限公司 12107
• 代理人: 韓新城

本發(fā)明公開一種基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉，包括：矩形扁平狀的多腔室氣囊以及與所述多腔室氣囊配合的收縮率放大機構(gòu)，所述收縮率放大機構(gòu)包括由兩個橫板與一個縱板連接成的工字形的框架以及安裝在兩個橫板間的兩個金屬柱，兩個所述金屬柱對稱布置在所述縱板的兩側(cè)且所述縱板之間分別形成第一縫隙與第二隙縫；所述多腔室氣囊依次穿過第一個縫隙、縱板頂端、第二個縫隙與所述框架連接，且氣囊腔室均勻分布在所述縱板一側(cè)；所述框架與多腔室氣囊之間設(shè)置有反饋人工肌肉位移的位移傳感器。本發(fā)明氣動肌肉具有高收縮率，高集成性，自傳感，易于拓展的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及人工肌肉技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉。

背景技術(shù)

氣動人工肌肉是一種由外部氣壓源供能向外輸出推拉作用力的執(zhí)行器。在仿生機器人，醫(yī)療機器人，外骨骼，工業(yè)等場景應(yīng)用廣泛，具有高順應(yīng)性、高功率質(zhì)量比、高人機兼容性等特點。

然而現(xiàn)有正壓驅(qū)動的人工肌肉收縮率一般在百分之三十左右，且作用時厚度或徑向產(chǎn)生劇烈變化，使其在高緊湊性的應(yīng)用中無法使用，且若要提高收縮率，以Mckibben肌肉為例，則需要極大提高其徑向的膨脹倍數(shù)。收縮率越高，徑向變化越大，造成其在可穿戴設(shè)備應(yīng)用中會導(dǎo)致對皮膚造成額外擠壓，穿戴舒適性降低。另外，現(xiàn)有人工肌肉控制一般依靠外置傳感器，一般為測力計，位移傳感器等，這造成了設(shè)備臃腫，且給設(shè)備中帶來了不必要的剛性原件。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，而提供一種基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉，能獲得更高收縮率，且在作用時厚度不會發(fā)生變化避免額外擠壓，可以兼具更高的收縮率且不會對皮膚造成擠壓；且具有自傳感性，使設(shè)備體積更緊湊。

為實現(xiàn)本發(fā)明的目的所采用的技術(shù)方案是：

一種基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉，包括：

矩形扁平狀的多腔室氣囊以及與所述多腔室氣囊配合的收縮率放大機構(gòu)，所述收縮率放大機構(gòu)包括由兩個橫板與一個縱板連接成的工字形的框架以及安裝在兩個橫板間的兩個金屬柱，兩個所述金屬柱對稱布置在所述縱板的兩側(cè)且所述縱板之間分別形成第一縫隙與第二隙縫；所述多腔室氣囊依次穿過第一個縫隙、縱板頂端、第二個縫隙與所述框架連接，且氣囊腔室均勻分布在所述縱板一側(cè)；所述框架與多腔室氣囊之間設(shè)置有反饋人工肌肉位移的位移傳感器。

其中，所述多腔室氣囊包括結(jié)合部以及非結(jié)合部，所述非結(jié)合部形成相通的氣囊與氣道，相鄰兩個氣囊之間有一個結(jié)合部。

其中，所述位移傳感器包括所述框架與多腔室氣囊的接觸面上分別設(shè)置的電極片，其中一個電極片上涂上絕緣層，形成電容傳感器，所述電容傳感器與電容轉(zhuǎn)電壓模塊通過導(dǎo)線連接，形成所述位移傳感器。

其中，所述橫板上開孔，以安裝所述金屬柱。

其中，所述橫板為三角板，以所述縱板軸對稱布置。

本發(fā)明提高了正壓人工肌肉收縮率，解決了正壓氣動肌肉應(yīng)用于可穿戴輔助設(shè)備時由于厚度膨脹對人體造成的額外擠壓的問題，解決了現(xiàn)有人工肌肉無合適的內(nèi)置位移傳感器的問題；相比于傳統(tǒng)氣動肌肉具有高收縮率，高集成性，自傳感，易于拓展的特點。

附圖說明

圖1a-1b分別為基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉的的多腔室的氣囊充氣前以及充氣后膨脹示意圖；

圖1c-1d分別為基于收縮率放大機構(gòu)的自傳感袋式氣動人工肌肉的充氣前以及充氣后膨脹示意圖；

圖2a-2b為本發(fā)明的收縮率放大機構(gòu)的三維圖以及俯視圖；

圖3a為多腔室氣囊的制作方法示意圖；

圖3b為氣囊安裝入框架的方法示意圖；