[發明專利]基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉

有效

• 申請號: 202111383168.1
• 申請日: 2021-11-22
• 公開（公告）號: CN114102569B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 胡興好;王健;丁建寧;王一倫;程廣貴
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產權代理事務所(普通合伙) 11562
• 代理人: 賈耀淇

1.基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述氣動人工肌肉包括熱定型編織管，管狀彈性氣腔，所述熱定型編織管覆蓋在管狀彈性氣腔表面，所述氣動人工肌肉由編織管覆蓋在管狀彈性氣腔表面，然后將管狀彈性氣腔卷繞在芯軸上并加熱定型形成熱定型編織管，去掉芯軸得到螺旋卷繞式氣動人工肌肉；

所述編織管為初始直徑與軸向壓縮后的最大直徑比為1：3的伸縮式編織軟管，編織管的初始內徑等于管狀彈性氣腔外徑，使得編織管能夠包覆管狀彈性氣腔，所述編織管的制作材料為尼龍66；

氣動人工肌肉末端處的限制機構，用以阻止氣動人工肌肉因充氣而旋轉；氣動人工肌肉封口尾端與負載之間由兩根平行細桿連接，兩平行細桿穿過一有兩對應孔的固定板，從而限制氣壓增大后肌肉尾端的旋轉；

管狀彈性腔體由PS6600系列5號硅膠注入特定模具中制作而成， 組成模具的上下兩長方體長度均為300mm，各有一個直徑2.8mm半圓通槽，兩長方體貼合后兩半圓槽形成直徑2.8mm的通孔，中間芯軸直徑為1mm，芯軸兩端分別被兩個內徑1mm、外徑2.8mm、長10mm的圓管固定，以保證芯軸與通孔同軸心，將配制好的5號硅膠于真空箱內放置五分鐘后取出，從模具上半部分的澆筑孔中注入直至硅膠充滿模具腔體，之后將模具放置于45℃環境下放置30min后取出,管狀彈性腔體制備完成；

所述氣動人工肌肉使用氣壓泵作為動力源，根據管狀彈性氣腔內外徑與熱定型編織管直徑大小來選擇合適的輸入氣壓，輸入氣壓大于0.04MPa時，氣動人工肌肉即可輸出線性位移與力；對于不同負載，氣動人工肌肉達到最大收縮率或最大伸長率所需的輸入氣壓的范圍僅為0.07MPa～0.1MPa。

2.如權利要求1所述的基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述管狀彈性氣腔在內部充氣后發生徑向膨脹，為所述熱定型編織管提供徑向力，所述熱定型編織管具有膨脹各向異性，受膨脹時其直徑變大、長度變小；所述熱定型編織管的螺旋角隨管狀彈性腔體的氣壓增大而增大，螺旋角為熱定型后的編織線相互形成的銳角。

3.如權利要求1所述的基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述氣動人工肌肉的剛度和彈性系數隨輸入氣壓增大而增大，氣動人工肌肉在發生伸縮形變后，會產生趨向于恢復原長的回復力；具體而言，所述氣動人工肌肉處于拉伸狀態時，其螺旋角隨氣壓增大而增大，進而氣動人工肌肉收縮；當氣動人工肌肉處于壓縮狀態時，其螺旋角隨氣壓增大而減小，從而氣動人工肌肉伸長。

4.如權利要求1所述的基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述氣動人工肌肉既可伸長，也可以收縮，能夠輸出雙向力與位移；其伸長與收縮的最大形變量決定于氣動人工肌肉螺旋結構的螺距，螺距減小則最大收縮量減小，最大伸長量增大；螺距增大則最大收縮量增大，最大伸長量減小。

5.如權利要求1所述的基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述氣動人工肌肉螺旋結構的直徑與熱定型編織管的直徑之比為氣動人工肌肉的彈簧指數。

6.如權利要求5所述的基于編織管的雙向線性快響應螺旋卷繞式氣動人工肌肉，其特征在于，所述氣動人工肌肉的彈簧指數為5。