專利名稱：人工肌肉的制作方法
技術領域：
本發明屬于機器人制造、動態運動模擬技術領域，具體涉及一種人工肌肉。
背景技術：
人工肌肉可廣泛應用于機器人、機械手、假肢、仿生玩具、道具等領域。現有技術在人工肌肉的設計方面有多種方式，中國專利97110134.5公開了一種人工管狀肌肉及其應用，其具體設計是由高分子彈性材料和纖維制成管狀結構，纖維均勻分布在管壁中，管狀結構一端封閉，另一端通過接口、軟管、控制閥與泵連接，管狀肌肉在泵的驅動下沿管軸向伸縮，而不產生橫向擴張。該人工肌肉具有一定的肌肉收縮功能，但具有以下幾個技術問題1、該人工肌肉是靠作用在管狀人工肌肉端面的氣、液壓力實現徑向伸縮，當直徑很小時(如該發明中的0.3-1毫米，減去管壁厚，有效直徑應更小)，作用在端面上的壓力勢必很小，而作用在側面的壓力要比端面上的大得多，要使管狀人工肌肉有效地伸縮，只能增加壓強，壓強越高，壓力越大，從而難以保證管狀人工肌肉管壁的密封。
2、當壓強較大時，泵、接口、軟管、控制閥之間的密封難以保證，且這類密封劑價格昂貴。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，設計了一種人工肌肉，以磁流效應實現肌肉的收縮，結構簡單，方便靈活，肌肉收縮力強。
本發明的技術方案如下本人工肌肉以單束人工肌肉纖維為構成單元，單束人工肌肉纖維由雙螺旋線圈、彈性膠、磁流變液微團構成，雙螺旋線圈外表及內部由彈性膠包覆填充，彈性膠內充滿磁流變液微團，磁流變液微團由磁流變液載體和可極化磁性顆粒組成。雙螺旋線圈兩端通電，使磁流變液微團極化，單束人工肌肉纖維產生變形。
所述的磁流變液載體選擇硅油，可極化磁性顆粒選擇純鐵粉或氧化物粉。雙螺旋線圈由直徑很細(如為20絲)的金屬絲繞制而成。整塊肌肉由多根單束人工肌肉纖維構成。
本發明提供的人工肌肉由磁流效應實現肌肉的收縮，收縮能力強、重量輕、方便靈活、結構簡單。通過使用不同尺寸的人工肌肉群，按照預期的目的進行安裝，以及對電流強度進控制，人工肌肉可以產生不同程度的收縮和扭轉。本發明可廣泛應用于機器人制造、控制論、動態運動模擬等領域，為使用人工肌肉組織模擬生物運動提供了一種手段。
圖1是單束人工肌肉纖維的正面透視圖；圖2是單束人工肌肉纖維的側面透視圖；圖3是當通以電流，雙螺旋線圈周圍產生磁場的示意圖；圖4是磁流變液內可極化詞性顆粒在磁場作用下產生極化，排列成長磁鏈的示意圖；
圖5是整塊人工肌肉的斷面示意圖。
具體實施例方式
參見圖1和圖2，本人工肌肉是由多根單束人工肌肉纖維為基本構成單元。單束人工肌肉纖維由雙螺旋線圈1、彈性膠2、磁流變液微團3構成，雙螺旋線圈1外表及內部由彈性膠2包覆填充，制作時由雙螺旋線圈1淋以彈性膠液，彈性膠液遇空氣逐漸固化，固化過程中緩慢旋轉螺旋線圈1，使彈性膠2均勻覆蓋于其上。彈性膠2內充滿磁流變液微團3，磁流變液微團3由磁流變液載體和可極化的磁性顆粒組成。磁流變液載體選擇硅油，可極化磁性顆粒選擇純鐵粉或氧化物粉。雙螺旋線圈1由直徑很細(如為20絲)的金屬絲繞制而成。
在無外加磁場的情況下，可極化磁性顆粒在磁流變液載體中是雜亂無序地分布的。當雙螺旋線圈兩端通以直流電流A后，在雙螺旋線圈1周圍空間將產生磁場，參見圖3。磁場磁力線C方向是沿著雙螺旋線圈1的中心軸B方向。參見圖4，磁流變液4內的可極化磁性顆粒5在磁場作用下產生極化效果，極化的方向沿著磁場磁力線的方向，同一磁流變液微團的可極化磁性顆粒排列為整齊的磁鏈，當磁場強度達到某一定值時，所有的可極化磁性顆粒都排列到磁鏈中來，此時磁流變液微團的引力最強，即人工肌肉收縮達到最大值。磁流變液中可極化磁性顆粒的數量由飽和磁流變液的顆粒數量確定。于是相鄰和相近的磁流變液微團之間相互吸引。就兩個磁流變液微團而言，它們之間的引力是沿其中心連線方向，而不一定是沿雙螺旋線圈的中心軸方向，但由于彈性膠中存在著大量的磁流變液微團，各磁流變液微團間引力的合力必定是沿著磁力線方向，即雙螺旋線圈的中心軸的方向，這種合力使得彈性膠連同雙螺旋線圈的形狀發生改變，即收縮變短，產生類似肌肉收縮的運動。電流增強，引力增大，變形量增加，人工肌肉的收縮力增強，從而可實現人肌肉收縮力的可控制性。當斷開直流電流后，雙螺旋線圈周圍的磁場消失，磁流變液微團內可極化磁性顆粒的極化效應隨之消失，從而使磁鏈崩潰，可極化磁性顆粒又回到雜亂無序的狀態。磁流變液微團間的引力消失，雙螺旋線圈及彈性膠恢復原狀。
參見圖5，整塊的人工肌肉由多根單束人工肌肉纖維6組成，表面用彈性膠形成包覆層7。
本專利中的彈性膠可用選擇乳膠、人造橡膠等。
權利要求
1.一種人工肌肉，其特征在于以單束人工肌肉纖維為構成單元，單束人工肌肉纖維由雙螺旋線圈、彈性膠、磁流變液微團構成，雙螺旋線圈外表及內部由彈性膠包覆填充，彈性膠內充滿磁流變液微團，磁流變液微團由磁流變液載體和可極化的磁性顆粒組成。
2.根據權利要求1所述的人工肌肉，其特征在于在雙螺旋線圈兩端通電，使磁流變液微團極化，單束人工肌肉纖維產生變形。
3.根據權利要求1或2所述的人工肌肉，其特征在于磁流變液載體選擇硅油，可極化磁性顆粒選擇純鐵粉或氧化物粉。
4.根據權利要求1或2所述的單束人工肌肉纖維，其特征在于整塊肌肉由多根單束人工肌肉纖維構成。
5.根據權利要求1或2所述的單束人工肌肉纖維，其特征在于雙螺旋線圈由金屬絲繞制而成。
全文摘要
本發明涉及一種人工肌肉，它以單束人工肌肉纖維為構成單元，整塊肌肉由多根單束人工肌肉纖維構成。單束人工肌肉纖維由雙螺旋線圈、彈性膠、磁流變液微團構成，雙螺旋線圈外表及內部由彈性膠包覆填充，彈性膠內充滿磁流變液微團，磁流變液微團由磁流變液載體和可極化磁性顆粒組成。雙螺旋線圈兩端通電，使磁流變液微團極化，單束人工肌肉纖維產生變形，產生類似肌肉收縮的效果。通過使用不同尺寸的人工肌肉群，按照預期的目的進行安裝，以及對電流強度進行控制，人工肌肉可以產生不同程度的收縮和扭轉。本發明的優點是由磁流效應實現肌肉的收縮，收縮能力強、重量輕、方便靈活、結構簡單，為使用人工肌肉組織模擬生物運動提供了一種手段。
文檔編號A61F2/00GK1413562SQ02133908
公開日2003年4月30日 申請日期2002年10月14日 優先權日2002年10月14日
發明者廖林清, 楊含離, 楊翔宇, 楊辰初 申請人:重慶工學院