專利名稱：仿生運(yùn)動纖維的制作方法
仿生運(yùn)動纖維是用于非工業(yè)專用類型的機(jī)器人運(yùn)動動力纖維，該部件具有動物肌肉運(yùn)動纖維的收縮、舒張效果。
目前非工業(yè)專用類型的機(jī)器人比如足球賽機(jī)器人、拳擊賽機(jī)器人等娛樂型機(jī)器人在運(yùn)動速度及模擬動物行為等方面還很不盡人意。
仿生運(yùn)動纖維能直接由電子系統(tǒng)控制的電荷的電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生一定的拉伸力，使控制路徑短，無中間過程，提高了機(jī)器人運(yùn)動速度，運(yùn)動形式簡單。該纖維是直接作用在運(yùn)動部位的直線型拉伸力，運(yùn)動部位空間位置由傳感元件反饋信息。
仿生運(yùn)動纖維是由若干纖維節(jié)、若干膨脹腔組成的細(xì)管狀結(jié)構(gòu)。內(nèi)部有電荷導(dǎo)線，膨脹腔內(nèi)物質(zhì)，膨脹腔膜壁，膜壁內(nèi)有無彈性或彈性很小的縱向纖絲，膨脹腔內(nèi)物質(zhì)包括流體介質(zhì)和電解質(zhì)物質(zhì)和催化劑等。電荷導(dǎo)線分主導(dǎo)線和副導(dǎo)線，膨脹腔內(nèi)物質(zhì)是通過膜壁及纖維節(jié)與外界相隔絕的獨(dú)立體，流體介質(zhì)是液體或膠體或氣體，流體介質(zhì)中的電解質(zhì)與電荷導(dǎo)線送來的電荷發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，電解質(zhì)通過電子的得失發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生反應(yīng)生成物，生成物使膨脹腔體積增加(或減小)，膜壁內(nèi)的縱向纖絲使該纖維節(jié)之間的距離縮短(或伸長)，因此產(chǎn)生了拉伸力?？v向纖絲的作用是把電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槔炝?。電荷?dǎo)線的功能是向膨脹腔內(nèi)電解質(zhì)提供電化學(xué)反應(yīng)的電荷。仿生運(yùn)動纖維之間的位置傳感、距離傳感、壓力傳感等元件構(gòu)成信息反饋系統(tǒng)，纖維之間由潤滑液(或氣體)填充，該纖維集合成纖維束，一個纖維束構(gòu)成一個仿生運(yùn)動纖維單元。膨脹腔內(nèi)的物質(zhì)也可以是在電荷(或電流、電壓)作用下向一定方向發(fā)生形變的合成物，形變使膨脹腔膜壁向外產(chǎn)生擴(kuò)張力。
仿生運(yùn)動纖維使運(yùn)動形式簡單化，是直接作用在運(yùn)動部位的直線拉伸，與運(yùn)動形式是一種直接關(guān)系，運(yùn)動部位的運(yùn)動方向只和與其相對應(yīng)部分的運(yùn)動纖維有關(guān)；其仿生意義是相當(dāng)于肌肉的收縮與舒展。仿生運(yùn)動纖維有較好的運(yùn)動部位響應(yīng)速度。電荷導(dǎo)線所傳送的電荷速度快，電化學(xué)反應(yīng)速度較快，電荷量決定電化學(xué)反應(yīng)生成物產(chǎn)生的“力”的大小。傳感反饋信息系統(tǒng)和電荷導(dǎo)線的仿生意義是相當(dāng)于肌肉的神經(jīng)系統(tǒng)。


圖(1)是管狀膨脹腔一部分縱向纖絲和支持纖絲結(jié)構(gòu)示意圖?？v向纖絲①位置在支持纖絲②的外層，纖絲位于膨脹腔膜壁內(nèi)，支持纖絲對膜壁有一定的結(jié)構(gòu)支持作用外，同時又是電荷導(dǎo)線的副導(dǎo)線，支持纖絲與膨脹腔內(nèi)的流體介質(zhì)接觸。圖(2)、(3)是仿生運(yùn)動纖維結(jié)構(gòu)示意圖。電荷導(dǎo)線的主導(dǎo)線⑤貫穿纖維的中心，在與膨脹腔膜壁接觸的纖維節(jié)(一定長度)部位，主導(dǎo)線外部有一層絕緣膜，與膜壁上的副導(dǎo)線相互絕緣，纖維節(jié)的作用是使各腔體內(nèi)物質(zhì)成為封閉的獨(dú)立體。①是縱向纖絲，②是支持纖絲，③是膨脹腔體，④是膨脹腔膜壁，⑤是電荷導(dǎo)線的主導(dǎo)線，⑥是纖維節(jié)，⑦是膨脹腔內(nèi)的物質(zhì)，其中流體介質(zhì)是液體或膠體或氣體。
仿生運(yùn)動纖維的電荷導(dǎo)線主導(dǎo)線為彈性導(dǎo)體，使用彈性復(fù)合材料制成，比如碳纖維(碳晶須)與金屬復(fù)合或者聚脂、樹脂與金屬復(fù)合或者其它聚合物與導(dǎo)電材料復(fù)合。主導(dǎo)線在仿生運(yùn)動纖維收縮后依然保持直線，副導(dǎo)線是金屬線，是多條環(huán)繞的結(jié)構(gòu)形式。膨脹腔內(nèi)流體介質(zhì)最好是PH值接近中性的物質(zhì)，膨脹腔內(nèi)發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)，只要滿足以下條件無論是無機(jī)電化學(xué)反應(yīng)、有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)等均可，條件是電化學(xué)反應(yīng)是可逆的反應(yīng)過程，在電荷作用下的電子得失使反應(yīng)物產(chǎn)生的液體、固體(析出)、氣體等使反應(yīng)前后的體積發(fā)生變化，能對膨脹腔膜壁產(chǎn)生一定的作用力，并且反應(yīng)速度較快。膨脹腔膜壁如果腔內(nèi)物質(zhì)是以體積增大為主要動力，那么膜壁選用有較強(qiáng)的彈性形變，所產(chǎn)生的彈力較小的彈性物質(zhì)，如果腔內(nèi)物質(zhì)是以體積減小為主要動力，那么膜壁可以選用彈性形變較強(qiáng)，所產(chǎn)生的彈力較大的彈性物質(zhì)，膜壁是不導(dǎo)電的材料，如橡膠類等。仿生運(yùn)動纖維的粗細(xì)在膨脹腔內(nèi)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)量適合的情況下依據(jù)實(shí)際需要來決定，也可以本著越細(xì)越好的原則制造。該纖維的制造工藝過程可以是先制成直管形一定長度的膨脹腔膜壁，加入主導(dǎo)線后邊加注膨脹腔內(nèi)物質(zhì)邊壓制(或粘接)纖維節(jié)，后一過程可以在有利于腔內(nèi)物質(zhì)的氣體及氣壓保護(hù)環(huán)境下生產(chǎn)，纖維節(jié)之間的距離應(yīng)適合最佳的腔體膨脹與纖維收縮的比值。膨脹腔內(nèi)物質(zhì)中可加入一定的輔助劑，使仿生運(yùn)動纖維有更長的使用壽命。
權(quán)利要求
1.仿生運(yùn)動纖維是一種模仿動物肌肉運(yùn)動形式的動力纖維，由若干纖維節(jié)和膨脹腔組成的細(xì)管狀結(jié)構(gòu)，其特征是通過內(nèi)部的電荷導(dǎo)線，為膨脹腔內(nèi)物質(zhì)提供電化學(xué)反應(yīng)的電荷；通過膨脹腔膜壁內(nèi)的縱向纖絲把電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的壓力轉(zhuǎn)變成拉伸力；通過對電化學(xué)反應(yīng)的電荷的控制實(shí)現(xiàn)仿生運(yùn)動纖維的收縮、舒張；通過該纖維之間的傳感元件組成運(yùn)動部位位置、距離等信息反饋系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述仿生運(yùn)動纖維之間填充潤滑液(或氣體)，并將若干該纖維集合成仿生運(yùn)動纖維單元。
全文摘要
仿生運(yùn)動纖維是用于非工業(yè)專用類型的機(jī)器人的運(yùn)動動力纖維，該纖維具有響應(yīng)速度快，運(yùn)動形式簡單，能夠產(chǎn)生直線拉伸力。該纖維通過用電荷控制纖維的膨脹腔內(nèi)的可逆電化學(xué)反應(yīng)獲得拉伸力。在纖維之間設(shè)有傳感元件，實(shí)現(xiàn)位置、距離的信息反饋。該纖維可用于娛樂型機(jī)器人，能使機(jī)器人在模仿動物行為方面更容易。
文檔編號A63H9/00GK1454690SQ0211877
公開日2003年11月12日 申請日期2002年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月4日
發(fā)明者李曉晨 申請人:李曉晨