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      一種雙作用氣動人工肌肉的制作方法

      文檔序號:11552336閱讀:631來源:國知局
      一種雙作用氣動人工肌肉的制造方法與工藝

      本實用新型涉及人工肌肉領(lǐng)域,尤其涉及一種雙作用氣動人工肌肉。



      背景技術(shù):

      人工肌肉是隨機器人技術(shù)的發(fā)展對驅(qū)動元件的功能需求而提出的,總得來說是指具有類似于生物骨骼肌生物力學(xué)特性的材料或裝置?,F(xiàn)在國內(nèi)外廣泛研究的人工肌肉主要可以分為三大類:電致聚合物類、形狀記憶合金類和氣動人工肌肉類。

      其中,氣動人工肌肉通過壓縮空氣使其產(chǎn)生形變,從而對外界產(chǎn)生力和位移效應(yīng)。按結(jié)構(gòu)形式可將氣動人工肌肉分為四類:編織型氣動人工肌肉、網(wǎng)孔型氣動人工肌肉、嵌入型氣動人工肌肉和特種型氣動人工肌肉。目前,氣動人工肌肉在人工肌肉領(lǐng)域應(yīng)用最廣,并且具有以下優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,重量輕,功率密度較大,工作介質(zhì)無污染;動作平滑,具有柔性,應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,特別適用于仿人機械的驅(qū)動;無相對滑動間隙配合,元件木身可以做到無泄漏;價格低廉,安裝和維護方便。

      1972年,Yarlott實用新型了一種氣動人工肌肉,它的內(nèi)部是一個長圓形的彈性球,外面是纖維編織成的網(wǎng),外形呈福射狀,有經(jīng)線和瑋線,在充分膨脹狀態(tài)下呈橢球狀,當承受負載力時外形出現(xiàn)峰谷形狀;1986年,設(shè)計了一種ROMAC氣動人工肌肉,該人工肌肉做成鞘殼形狀,織網(wǎng)由不能伸長的柔性粗纖維做成,網(wǎng)孔做成四邊鉆石形,工作時封閉體積發(fā)生變化從而產(chǎn)生位移效應(yīng);1988年,Kukolj設(shè)計了Kukolj型氣動人工肌肉,該人工肌肉與McKibben型氣動人工肌肉結(jié)構(gòu)相似,主要區(qū)別在于它們的編織網(wǎng)套不同,McKibben型氣動人工肌肉的編織網(wǎng)套比較緊密,而Kukolj型氣動人工肌肉的網(wǎng)孔較大;1969年,Baldwin設(shè)計了Baldwin型氣動人工肌肉,它的柔性件中的纖維絲沿經(jīng)向布置,這種類型的氣動人工肌肉有較小的遲滯和較低的壓力死區(qū),但這種氣動人工肌肉不能承受較大的負載,工作壓力較低;1998年,F(xiàn).Daerden設(shè)計了一種折疊型氣動人工肌肉,它的表面柔性膜可以折疊,在自由狀態(tài)時,氣動人工肌肉的柔性膜沿軸向進行折疊,當充氣時,折疊的柔性膜就會伸展,氣動人工肌肉膨脹起來,在此過程巾不存在摩擦。在國內(nèi)也有很多氣動人工肌肉的相關(guān)專利,如中國專利CN101306535A,該專利公布了一種氣動人工肌肉,其主要由外層編織網(wǎng),內(nèi)層膨脹管,密封組件和帶通氣孔密封組件組成。外層編織網(wǎng)和內(nèi)層膨脹管兩端對齊,套裝在內(nèi)層膨脹管之外,其原長度比內(nèi)層膨脹管原長度要長一些;將一端插入密封組件,另一端插入帶通氣孔密封組件。氣動人工肌肉經(jīng)通氣孔和通氣孔向氣動人工肌肉的內(nèi)層膨脹管內(nèi)部充入一定壓力的空氣,內(nèi)層膨脹管變形,并迫使外層編織網(wǎng)一同沿徑向膨脹,使氣動人工肌肉沿徑向膨脹,沿軸向收縮,并輸出一定的拉力。再如中國專利CN101850551B,該專利公布了一種雙體人工肌肉,在上端蓋和下端蓋之間,設(shè)有雙環(huán)雙向圓柱螺旋彈簧,在雙環(huán)雙向圓柱螺旋彈簧形成的兩個空腔內(nèi)分別設(shè)有兩個膠囊,構(gòu)成并聯(lián)管狀物,在下端蓋上分別設(shè)有一個流體入口,以充入流體每個流體入口處設(shè)有節(jié)流環(huán),雙體充入等壓流體時可軸向膨脹、伸長,泄壓時可自動收縮、回彈,當雙體充入非等壓流體時,可實現(xiàn)雙向主動彎曲。

      目前,這些類人工肌肉大多為單作用氣動人工肌肉,有一些為拉力型,還有一些為壓力型。在實際應(yīng)用過程中大多情況都存在壓力和拉力兩種情況,單作用氣動人工肌肉顯然不能完全滿足現(xiàn)在應(yīng)用的需要,這也極大的限制了氣動人工肌肉的推廣和應(yīng)用。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      本實用新型目的在于提供一種能夠同時實現(xiàn)推程作用和拉程作用的雙作用氣動人工肌肉。

      為實現(xiàn)上述目的,采用了以下技術(shù)方案:本實用新型主要包括端蓋、壓蓋、推程氣囊和拉程氣囊,所述端蓋包括端蓋A、端蓋B;所述壓蓋包括壓蓋A、壓蓋B、壓蓋C和壓蓋D;所述推程氣囊和拉程氣囊為同軸內(nèi)外布置,推程氣囊置于拉程氣囊的內(nèi)部,壓蓋A和壓蓋C分別連接在推程氣囊的兩端,推程氣囊通過壓蓋A、C與端蓋A、B進行固定連接;壓蓋B、壓蓋D分別連接在拉程氣囊的兩端,拉程氣囊通過壓蓋B、D分別與壓蓋A、C進行固定連接。

      進一步的,所述拉程氣囊為編織型人工氣囊。

      進一步的,所述推程氣囊為橡膠材料制成,在推程氣囊的囊壁上順次設(shè)有橫截面為梭形的環(huán)狀孔,在相鄰的兩個孔之間設(shè)有兩個橫截面為圓形的環(huán)狀孔;在推程氣囊朝向拉程氣囊內(nèi)壁的一側(cè)囊壁上嵌入環(huán)形的剛性保持架。

      進一步的,所述的端蓋B為鋁合金材質(zhì),設(shè)有連接用的內(nèi)螺紋和外螺紋以及安裝用的外六角卡面,端蓋B與推程氣囊接合面具有錐度,并且設(shè)有凸棱,繞端蓋B中軸線均勻分布八個通孔用來通氣。

      進一步的,所述的端蓋A為鋁合金材質(zhì),設(shè)有連接用的內(nèi)螺紋和外螺紋以及安裝用的外六角卡面,端蓋A與推程氣囊接合面具有錐度,并且設(shè)有凸棱。

      進一步的,所述的壓蓋C為鋁合金材質(zhì),壓蓋C上設(shè)有凸棱以及設(shè)有沿圓周方向均布的八個溝槽,所述的八個溝槽作為拉程氣囊的通氣孔。

      工作過程大致如下:

      當在推程氣囊的內(nèi)腔充入氣體時,氣體的壓力會擠壓內(nèi)壁使內(nèi)腔的直徑變大,梭形的環(huán)形孔在推程氣囊的徑向上變窄,軸向上變寬,從而使推程氣囊伸長,實現(xiàn)雙作用氣動人工肌肉的推行程作用;當在拉程氣囊內(nèi)腔沖入氣體時,拉程氣囊在徑向上變大,軸向縮短,從而使拉程氣囊縮短,實現(xiàn)雙作用氣動人工肌肉的拉行程作用。為了減少推程氣囊和拉程氣囊在充放氣過程中彼此之間的影響,在推程氣囊靠近外壁處嵌入環(huán)形的保持架。另外,推程氣囊和拉程氣囊的充放氣過程是相互協(xié)調(diào),即推行程過程中推程氣囊充氣,拉程氣囊放氣,拉行程過程中則相反。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實用新型具有如下優(yōu)點:既保持氣動人工肌肉質(zhì)量輕、柔順性好的優(yōu)點,又能夠同時實現(xiàn)推行程作用和拉行程作用,豐富了氣動人工肌肉功能,擴大了氣動人工肌肉的應(yīng)用范圍。

      附圖說明

      圖1為本實用新型的整體效果圖。

      圖2為圖1的A-A剖面圖。

      圖3為本實用新型中端蓋A零件圖。

      圖4為本實用新型中端蓋B零件圖。

      圖5為本實用新型中壓蓋A零件圖。

      圖6為本實用新型中壓蓋B零件圖。

      圖7為本實用新型中壓蓋C零件圖。

      附圖標號:1-端蓋A,2-壓蓋A,3-壓蓋B,4-推程氣囊,5-拉程氣囊,6-壓蓋D,7-壓蓋C,8-端蓋B,9-保持架,10-凸棱A,11-卡槽A,12-外六角卡面A,13-外螺紋A,14-內(nèi)螺紋A,15-通孔,16-凸棱B,17-卡槽B,18-外六角卡面B,19-外螺紋B,20-內(nèi)螺紋B,21-凸棱C,22-凸棱D,23-溝槽。

      具體實施方式

      下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明:

      如圖1和圖2所示,本實用新型主要包括端蓋、壓蓋、推程氣囊4和拉程氣囊5,所述端蓋包括端蓋A1、端蓋B8;所述壓蓋包括壓蓋A2、壓蓋B3、壓蓋C7和壓蓋D6;所述推程氣囊和拉程氣囊為同軸內(nèi)外布置,推程氣囊置于拉程氣囊的內(nèi)部;所述推程氣囊為橡膠材料制成,在推程氣囊的囊壁上順次設(shè)有橫截面為梭形的環(huán)狀孔,在相鄰的兩個孔之間設(shè)有兩個橫截面為圓形的環(huán)狀孔;在推程氣囊朝向拉程氣囊內(nèi)壁的一側(cè)囊壁上嵌入環(huán)形的剛性保持架9。壓蓋A和壓蓋C分別連接在推程氣囊的兩端,推程氣囊通過壓蓋A、C與端蓋A、B進行固定連接;所述拉程氣囊為編織型人工氣囊,主要由具有氣密性的彈性橡膠和具有承載能力的編織網(wǎng)構(gòu)成,編織網(wǎng)的絲由高抗拉強度材料制成。壓蓋B、壓蓋D分別連接在拉程氣囊的兩端,拉程氣囊通過壓蓋B、D分別與壓蓋A、C進行固定連接。

      如圖3所示,端蓋A為鋁合金材質(zhì),端蓋A與推程氣囊接合面具有錐度,并且設(shè)有凸棱10,目的是為了使端蓋A與推程氣囊連接更牢固,密封性更好。端蓋A上的卡槽A11用以卡緊壓蓋A,外螺紋A13用來連接其它設(shè)備,內(nèi)螺紋A14用來連接氣管接頭,外六角卡面A12作為工裝時的固定面。

      如圖4所示,端蓋B為鋁合金材質(zhì),端蓋B與推程氣囊接合面具有錐度,并且設(shè)有凸棱B16,目的是為了使端蓋B與推程氣囊連接更牢固,密封性更好。端蓋B上的卡槽B17用以卡緊壓蓋C,外螺紋B19用來連接其他設(shè)備,內(nèi)螺紋B20用來連接氣管接頭,沿圓周方向均布的八個通孔15為拉程氣囊的通氣孔,外六角卡面B18作為工裝時的固定面。

      如圖4、圖5、圖6所示,壓蓋A、壓蓋B和壓蓋C為鋁合金材質(zhì),壓蓋A上設(shè)有凸棱C21,壓蓋C設(shè)有凸棱D22用以更牢固的固定拉程氣囊。另外,如圖7所示,壓蓋C上設(shè)有沿圓周方向均布的八個溝槽23作為拉程氣囊的通氣孔,壓蓋D和壓蓋B材料和結(jié)構(gòu)相同。

      如圖2所示,所述的雙作用氣動人工肌肉的推程氣囊的一端通過壓蓋A利用旋壓的方式固定在端蓋A上,另一端通過壓蓋C利用旋壓的方式固定在端蓋B上。拉程氣囊的一端通過壓蓋B利用旋壓的方式固定在壓蓋A上,另一端通過壓蓋D利用旋壓的方式固定在壓蓋C上。推程氣囊的通氣孔設(shè)在端蓋A上,拉程氣囊的通氣孔設(shè)在端蓋B和壓蓋C上。

      本實用新型雙作用氣動人工肌肉的推行程過程是通過給推程氣囊充氣,氣體壓力擠壓推程氣囊內(nèi)壁,使內(nèi)腔的直徑變大,梭形的環(huán)形孔在推程氣囊的徑向上變窄,軸向上變寬,與此同時拉程氣囊放氣,從而使推程氣囊伸長,實現(xiàn)雙作用氣動人工肌肉的推行程作用;拉行程過程是通過給拉程氣囊充氣,使拉程氣囊在徑向上變大,軸向縮短,與此同時推程氣囊放氣,從而使拉程氣囊縮短,實現(xiàn)雙作用氣動人工肌肉的拉行程作用。另外,在推程氣囊靠近外壁處嵌入環(huán)形的鋼制保持架,在推程氣囊充放氣過程中推程氣囊外臂直徑變化很小,減小了推程氣囊對拉程氣囊體積的影響;同理,當拉程氣囊充氣時,保持架也減小了拉程氣囊對推程氣囊體積的影響。

      本實用新型雙作用氣動人工肌肉的徑向尺寸和軸向尺寸可根據(jù)需要進行匹配,可以實現(xiàn)標準化,既保持氣動人工肌肉質(zhì)量輕,柔順性好的優(yōu)點,又能夠同時實現(xiàn)推行程作用和拉行程作用,豐富了氣動人工肌肉功能,擴大了氣動人工肌肉的應(yīng)用范圍。

      以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述,并非對本實用新型的范圍進行限定,在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案做出的各種變形和改進,均應(yīng)落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。

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