[实用新型]一种人工肌肉装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种人工肌肉，具体的说是一种符合Hill肌肉力学模型的人工肌肉。

背景技术

肌肉是生物学上可收缩的组织，具有信息传递、能量传递、废物排除、能量供给、传动 及自修复功能。在受到运动神经信号的刺激后，便会收缩产生肌肉力，驱动骨骼运动，不需 要减速装置和传动元件，属于单向力装置，运动形式是直线往复式。一直以来就是研究者开 发驱动器灵感的来源，人类很早就致力于生物肌肉的研究工作。Hill肌肉模型就是人类研究 工作的典型代表，Hill肌肉模型是对肌肉宏观力学性质的描述，该模型及其修正模型在生物 力学及运动仿真领域被广泛应用。随着仿生学技术的发展，对于肌肉的仿生已成为学者们研 究的热点，许多国家开展了人工肌肉的研究。目前常用的人工肌肉分为气动人工肌肉和智能 材料人工肌肉，但这两类人工肌肉也存在着一定的缺陷：气动人工肌肉虽然具有柔顺性又可 产生足够的驱动力，但其伸长量有限、本征非线性明显、控制困难、使用气流噪声大、可使 用环境有限；智能材料人工肌肉具有质量轻、功率密度高、形变精度高等特点，但根据材料 不同，会带来响应速度慢、形变作用力太大、形变量小、环境友好性差等问题。因此，研究 一种结构简单、质量轻、体积小、柔顺性好、控制方便，并且对肌肉仿生程度高的人工肌肉 极为重要。

目前国内外对于人工肌肉的研究已日趋广泛，关于人工肌肉的公开文献也很多。但基于 Hill肌肉力学模型所发明的人工肌肉的公开文献不是很多。专利申请号为201410424839.8的 专利文献中公开的是基于Hill二元素力学模型所建立的人工肌肉，它将一个阻尼收缩单元与 一个弹性单元串联在一起用来模拟人类肌肉，但其并没有考虑并联弹性单元这一因素，因而 该装置对于肌肉的仿生程度不高。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种结构简单、柔顺性好、重量轻、精度高、易于控制、响 应速度快、对肌肉仿生程度高的人工肌肉装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

包括机架、柔索驱动装置、拉力传感器以及编码器，所述的柔索驱动装置包括电机、第 一柔性绳索、第二柔性绳索、柔索牵引轮、第一弹簧、第二弹簧，电机与拉力传感器安装在 机架上，柔索牵引轮安装在电机输出轴上，第一柔性绳索的一端与柔索牵引轮固定，第一柔 性绳索的另一端穿过拉力传感器连接到第二弹簧的一端，第二柔性绳索与第二弹簧的另一端 连接，第一弹簧的一端固定于机架上，第一弹簧的另一端通过弹簧并联装置并联到第一柔性 绳索上，光电编码器安装在电机上。

本实用新型还可以包括：

1、在第二弹簧中设置有限位绳索，所述限位绳索的两端分别连接第二弹簧的两端。

2、还包括第一弹簧引导限位装置，所述第一弹簧引导限位装置包括导杆和限位螺母，导 杆位于第一弹簧中，导杆的下端固定于机架上，限位螺母位于导杆的上端。

3、所述电机为永磁直流力矩电机。

本实用新型提供了一种结构简单、柔顺性好、重量轻、精度高、易于控制、响应速度快、 性能稳定，对肌肉仿生程度高的人工肌肉。

本实用新型的人工肌肉包括机架、柔索驱动装置、第一弹簧、第二弹簧、限位装置、拉 力传感器以及编码器。力矩电机以及拉力传感器均安装固定在机架上。

柔索驱动装置包括永磁直流力矩电机、柔索牵引轮、光电编码器、拉力传感器，永磁直 流力矩电机与拉力传感器安装在机架上，力矩电机的输出轴带动柔索牵引轮转动，驱动与牵 引轮固连的第一柔性绳索运动，柔索的另一端穿过拉力传感器连接到第二弹簧上。光电编码 器安装在永磁直流力矩电机上。

第二弹簧中含有一个起到限位作用的限位绳索。两端分别连接在变刚度弹簧两端。

第一弹簧一端固定于机架上，另一端通过弹簧并联装置并联到第一柔性绳索上。

限位装置包括一个对并联的第一弹簧起到引导限位作用的引导限位装置。