[發(fā)明專利]一種仿生人工肌肉及仿生機器人

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211513875.2
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115847386A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設計）人: 趙云紅;王杰;張金倉
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權代理有限公司 33224
• 代理人: 周濤;曹兆霞

本發(fā)明公開了一種仿生人工肌肉，包括中心軸以及圍繞所述中心軸設置的運動副，所述運動副朝向所述中心軸的一側上設置有均勻分布的球窩觸點，所述中心軸朝向所述運動副的一側上設置有至少一組交替動作且能沿所述中心軸長度方向以及垂直所述中心軸方向移動的連桿，所述連桿沿垂直所述中心軸方向移動時，所述連桿靠近所述運動副的端部能伸入所述球窩觸點內(nèi)。本發(fā)明還公開了一種包含上述仿生人工肌肉的仿生機器人。本發(fā)明能高度還原生物肌肉的結構特征，有效再現(xiàn)生物肌肉的優(yōu)異綜合性能。

技術領域

本發(fā)明涉及人工肌肉技術領域，具體涉及一種仿生人工肌肉及仿生機器人。

背景技術

仿生人工肌肉是一種新型智能柔性材料，可在外界刺激條件下(如電、磁、溫度、光、力、濕度等)產(chǎn)生伸縮、膨脹、彎曲、扭轉等運動并對外做功，在類人機器人、生物醫(yī)療、航空航天等領域具有重要的應用價值。生物肌肉的致動來源于肌原纖維的收縮，由蛋白質(zhì)分子馬達提供的分布式動力實現(xiàn)肌絲間整體相對滑移運動，是一個多時空尺度的動力學過程，其中存在著隨機性、非線性等復雜特征，要全面地理解其跨尺度結構與功能的關聯(lián)，尤其是建立生物肌肉中單根肌原纖維的致動機制和動力學特性的定量物理模型，還存在著巨大的挑戰(zhàn)。

公告號為CN104196816B的專利說明書中公開了一種以氣體作為工作介質(zhì)的人工肌肉，一個具有缸筒活塞機構的阻尼收縮單元與一個彈性單元構成串聯(lián)裝置，阻尼收縮單元和彈性單元的總長度受拉力和工作氣壓的控制，不受其它約束；所述阻尼收縮單元設置為：后端蓋和中端蓋與缸筒通過螺紋密封連接，與活塞通過螺紋連接的活塞桿貫穿中端蓋，在中端蓋上設置進氣接頭安裝孔；在后端蓋上設置排氣口；所述彈性單元的結構設置為：在所述活塞桿的內(nèi)部有空腔，其另一端與前端蓋螺紋連接并穿過中端蓋；在所述活塞桿中設置彈簧，彈簧的一端與活塞桿內(nèi)的圓螺母固定連接，另一端連接導桿；所述導桿穿過前端蓋并在位于活塞桿外部桿端連接第一拉環(huán)，在后端蓋上通過固定支架設置第二拉環(huán)。

公開號為CN111360803A的專利說明書中公開了一種電磁人工肌肉，以單束肌纖維為構成單元，單束肌纖維包括若干電磁鐵、導磁橡膠和磁性液體，所述的導磁橡膠為空心圓柱狀結構，若干電磁鐵均等間距設置在導磁橡膠內(nèi)，若干電磁鐵與導磁橡膠同軸布置，若干電磁鐵和導磁橡膠的內(nèi)壁固定連接，每相鄰兩個電磁鐵及相鄰兩個電磁鐵之間的導磁橡膠均圍成一腔室，在所有的腔室內(nèi)均注入磁性液體，所述的電磁鐵包括線圈和磁芯，所述線圈纏繞在磁芯上，所述的磁性液體為由磁性固體顆粒、基載液和界面活性劑混合而成的膠狀液體，相鄰的兩個電磁鐵、兩個電磁鐵之間的導磁橡膠及兩個電磁鐵之間的磁性液體構成肌節(jié)單元；向磁芯上的線圈通電，電磁鐵極化，磁性液體和導磁橡膠極化，相鄰的電磁鐵端部磁極相同或相反，每一肌節(jié)單元伸長或收縮，從而使單束肌纖維伸長或收縮。

上述仿生人工肌肉的設計只能模仿人體肌肉的一個或數(shù)個特征，并在應力-應變、響應速度、功率密度、能量效率、直驅能力、生命周期等性能指標上達到一定要求。目前能夠同時實現(xiàn)類似生物肌肉在力密度、功率密度、峰值應變、帶寬、低成本、循環(huán)壽命和效率等方面綜合性能的仿生人工肌肉尚未實現(xiàn)，基于生物肌肉的分布式動力、多時空尺度的仿生肌肉結構也沒有成熟的報道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的在于提供一種仿生人工肌肉，能高度還原生物肌肉的結構特征，有效再現(xiàn)生物肌肉的優(yōu)異綜合性能。

一種仿生人工肌肉，包括中心軸以及圍繞所述中心軸設置的運動副，所述運動副朝向所述中心軸的一側上設置有均勻分布的球窩觸點，所述中心軸朝向所述運動副的一側上設置有至少一組交替動作且能沿所述中心軸長度方向以及垂直所述中心軸方向移動的連桿，所述連桿沿垂直所述中心軸方向移動時，所述連桿靠近所述運動副的端部能伸入所述球窩觸點內(nèi)。

本方案通過交替動作的連桿來驅動運動副動作，連桿可以沿垂直所述中心軸方向移動，移動范圍與球窩觸點的深度相匹配，可以沿所述中心軸長度方向做往復運動，運動范圍與球窩觸點的距離相匹配。