專利名稱：一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，屬于可變形飛行器技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
可變形飛行器技術(shù)已成為當(dāng)今航空領(lǐng)域研究的熱點，可變形蒙皮技術(shù)無疑是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)之一。目前，可變形飛行器研究所采用的變形蒙皮主要有三類。第一類是彈性區(qū)間極大的橡膠類材料，通過材料自身的彈性變形就可以實現(xiàn)蒙皮的變形功能；第二類是通過滑動或轉(zhuǎn)動機構(gòu)來實現(xiàn)變形的蒙皮結(jié)構(gòu)，比如“魚鱗疊片”變形蒙皮；最后一類是變形結(jié)構(gòu)和硅橡膠材料復(fù)合而成的蒙皮結(jié)構(gòu)，比如可變形蜂窩和波紋板?？偠灾F(xiàn)有的蒙皮材料或結(jié)構(gòu)變形均是被動的，需要在變形機翼的內(nèi)部搭配復(fù)雜的機械傳動機構(gòu)或驅(qū)動結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量代價大等缺點。如果能夠在變形蒙皮內(nèi)部埋入驅(qū)動器，那么就可 以實現(xiàn)蒙皮的主動變形，簡化驅(qū)動機構(gòu)或結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到蒙皮結(jié)構(gòu)驅(qū)動/變形/承載一體化設(shè)計的目的?，F(xiàn)有技術(shù)中沒有提供這樣的技術(shù)方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對有的蒙皮材料或結(jié)構(gòu)變形均是被動的，需要在變形機翼的內(nèi)部搭配復(fù)雜的機械傳動機構(gòu)或驅(qū)動結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量代價大等問題，進(jìn)而提出了一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)。本發(fā)明將氣動肌纖維埋入到變形蒙皮內(nèi)部，從而實現(xiàn)了蒙皮結(jié)構(gòu)驅(qū)動/變形/承載的一體化設(shè)計。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是本發(fā)明所述的基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)包括多個氣動肌纖維；所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)還包括柔性基體、第一連接部件和第二連接部件；所述多個氣動肌纖維平行設(shè)置且插裝在柔性基體內(nèi)(即柔性基體填充在氣動肌纖維之間的空隙)，所述多個氣動肌纖維的前端連同柔性基體的前端與第一連接部件連接，氣動肌纖維的后端連同柔性基體的后端與第二連接部件連接；每個氣動肌纖維由橡膠囊體和用于保形的編織網(wǎng)筒構(gòu)成，所述用于保形的編織網(wǎng)筒套裝在橡膠囊體上。本發(fā)明的有益效果是在本發(fā)明中借鑒生物骨骼肌的組織結(jié)構(gòu)，提出了一種基于氣動仿生肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了可變形蒙皮驅(qū)動/變形/承載的一體化設(shè)計，實現(xiàn)了蒙皮的主動變形，簡化了驅(qū)動機構(gòu)或結(jié)構(gòu)。因此，本發(fā)明同現(xiàn)在廣泛采用的魚鱗疊片或柔性蒙皮材料相比，具有驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、驅(qū)動/變形/承載一體化等優(yōu)點。本發(fā)明將氣動肌纖維埋入到變形蒙皮內(nèi)部，即在變形蒙皮內(nèi)部埋入驅(qū)動器，實現(xiàn)了蒙皮的主動變形，簡化驅(qū)動機構(gòu)或結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到蒙皮結(jié)構(gòu)驅(qū)動/變形/承載一體化設(shè)計的目的。氣動肌肉模仿了生物肌肉的運動，可以像生物的肌肉一樣伸縮變形，具有功率質(zhì)量比大、收縮比大、柔軟性好、質(zhì)輕、無噪聲等特點，在機器人和航空領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。能夠把小型氣動肌肉(以下稱為“氣動肌纖維”)嵌入到柔性基體中來設(shè)計和制造變形蒙皮結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)蒙皮結(jié)構(gòu)的主動變形。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、驅(qū)動/變形/承載一體化的優(yōu)點。
圖I是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)主視示意圖，圖2是圖I的剖視圖，圖3是本發(fā)明的立體圖；圖4是氣動肌纖維結(jié)構(gòu)及工作原理圖，具體的，圖4a是每個氣動肌纖維結(jié)構(gòu)示圖，圖4b是氣動肌纖維在拉伸狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示圖，圖4c是氣動肌纖維在靜息狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示圖，圖4d是氣動肌纖維在充壓狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示圖；圖5是氣動肌纖維的排列方式示意圖，具體的，圖5a是氣動肌纖維呈一排排列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5b是氣動肌纖維呈兩排交錯排列的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5c是氣動肌纖維呈矩陣狀排列的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結(jié)合圖I 5說明本實施方式，本實施方式的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)包括多個氣動肌纖維I ;所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)還包括柔性基體2、第一連接部件3和第二連接部件4 ;所述多個氣動肌纖維I平行設(shè)置且插裝在柔性基體2內(nèi)(即柔性基體2填充在氣動肌纖維I之間的空隙)，所述多個氣動肌纖維I的前端連同柔性基體2的前端與第一連接部件3連接，氣動肌纖維I的后端連同柔性基體2的后端與第二連接部件4連接；每個氣動肌纖維I由橡膠囊體1-1和用于保形的編織網(wǎng)筒1-2構(gòu)成，所述用于保形的編織網(wǎng)筒1-2套裝在橡膠囊體1-1上。所述柔性基體作為氣動肌纖維之間的填充材料；所述氣動肌纖維相當(dāng)于骨骼肌中的肌纖維，是主動收縮發(fā)力的主體；所述柔性基體相當(dāng)于生物的皮膚層和肌外膜，起到密封和表面光滑的作用；所述連接部件相當(dāng)于生物的肌腱，起到連接和傳力的作用。
具體實施方式
二 結(jié)合圖I說明本實施方式，本實施方式所述氣動肌纖維I的結(jié)構(gòu)為McKibben型。采用McKibben型具有較大的收縮率和輸出力。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式所述柔性基體2為硅橡膠材料。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖4說明本實施方式，本實施方式所述氣動肌纖維I在靜息狀態(tài)下的直徑為I 2mm，可以根據(jù)不同的纖維排列方式進(jìn)行選擇氣動肌纖維的直徑。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
五結(jié)合圖5說明本實施方式，本實施方式的氣動肌纖維排列形式為一排或上下兩排。所述的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)的氣動肌纖維排列可具有多種形式。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖2說明本實施方式，本實施方式所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)的厚度T為2 4mm。以滿足可變形機翼對蒙皮的厚度要求。其它與具體實施方式
一、二、三或四相同。工作原理本發(fā)明的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)的工作原理為①當(dāng)氣動肌纖維內(nèi)囊充有一定壓力時，氣動肌纖維就會縮短，從而帶動整個蒙皮結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮變形通過調(diào)整氣動肌纖維內(nèi)囊的充氣壓力來改變蒙皮的剛度特性，進(jìn)而抵抗氣動外載荷。
權(quán)利要求
1.一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)包括多個氣動肌纖維(I);其特征在于所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)還包括柔性基體(2)、第一連接部件(3)和第二連接部件(4);所述多個氣動肌纖維(I)平行設(shè)置且插裝在柔性基體(2)內(nèi)，所述多個氣動肌纖維(I)的前端連同柔性基體(2)的前端與第一連接部件(3)連接，氣動肌纖維(I)的后端連同柔性基體(2)的后端與第二連接部件(4)連接；每個氣動肌纖維(I)由橡膠囊體(1-1)和用于保形的編織網(wǎng)筒(1-2)構(gòu)成，所述用于保形的編織網(wǎng)筒(1-2)套裝在橡膠囊體(1-1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述氣動肌纖維(I)的結(jié)構(gòu)為McKibben型。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述柔性基體(2)為硅橡膠材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述氣動肌纖維(I)在靜息狀態(tài)下的直徑為I 2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu),其特征在于氣動肌纖維排列形式為一排或上下兩排。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3或5所述的一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，其特征在于所述主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)的厚度(T)為2 4mm。
全文摘要
一種基于氣動肌肉的主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)，它涉及一種主動變形蒙皮結(jié)構(gòu)。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的蒙皮材料或結(jié)構(gòu)變形均是被動的，需要在變形機翼的內(nèi)部搭配復(fù)雜的機械傳動機構(gòu)或驅(qū)動結(jié)構(gòu)，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量代價大等問題。所述多個氣動肌纖維平行設(shè)置且插裝在柔性基體內(nèi)，所述多個氣動肌纖維的前端連同柔性基體的前端與第一連接部件連接，氣動肌纖維的后端連同柔性基體的后端與第二連接部件連接；每個氣動肌纖維由橡膠囊體和用于保形的編織網(wǎng)筒構(gòu)成，所述用于保形的編織網(wǎng)筒套裝在橡膠囊體上。本發(fā)明同現(xiàn)在廣泛采用的魚鱗疊片或柔性蒙皮材料相比，具有驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、驅(qū)動/變形/承載一體化等優(yōu)點。
文檔編號B64C1/12GK102642611SQ20121012252
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉勇, 尹維龍, 張大為, 張建, 田東奎, 胡平 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)