[发明专利]基于连通结构的人工肌肉气压供给结构及其设计方法

权利要求书

1.基于连通结构的人工肌肉气压供给结构，其特征在于，包括空心圆管(1)、磁性活塞(2)和电磁铁(3)，电磁铁(3)由外部电路供电，空心圆管(1)为封闭结构，其两端设计有软管接口，以通过软管(4)连接被供气设备的进气口；电磁铁(3)固定套设在空心圆管外侧壁上，磁性活塞(2)设置在空心圆管(1)内部并沿其左右滑动。

2.根据权利要求1所述的基于连通结构的人工肌肉气压供给结构，其特征在于：所述磁性活塞(2)的两端呈子弹头式的流线型结构，磁性活塞(2)的最大外径小于空心圆管(1)内径，磁性活塞(2)与空心圆管(1)间涂有润滑剂。

3.根据权利要求1所述的基于连通结构的人工肌肉气压供给结构，其特征在于：所述软管(4)与空心圆管(1)之间通过连接丝帽(5)固定连接。

4.基于权利要求1-3任一项所述基于连通结构的人工肌肉气压供给结构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A、对磁性活塞两端的气-力关系进行建模；

设磁性活塞位于空心圆管中间位置时的位移为0，向右侧运动为正，左侧运动记为负，得到磁性活塞左右两端的气体压力变化满足：

其中，p_l，p_r分别是磁性活塞左右两端的气体压力，V_l0，V_r0为磁性活塞位于零点时左右端容器体积，且V_l0≈V_r0，s为磁性活塞横截面积，x为磁性活塞位移，k_l(T_emp)＝n_airlrT，n_airl为容器左端空气物质的量，k_r(T_emp)＝n_airrrT，n_airr为容器右端空气物质的量，T_emp为体系温度，单位K，r是气体常量，单位是J/(mol·K)；

进而可以分析得到：

式中f_l，f_r分别为磁性活塞左右端气压施加在磁性活塞上的力，则其合力f即为磁性活塞在位移x处受到的气体压力大小：

f＝f_r-f_l

步骤B、根据磁性活塞的受力关系，推导出磁性活塞的动力学模型；

步骤C、根据动力学模型，对各个结构参数对磁性活塞的动力学模型固有特性的影响进行仿真分析，实现各结构参数选型设计，所述结构参数包括空心圆管长度、磁性活塞质量以及磁性活塞横截面积。

5.据权利要求4所述的基于连通结构的人工肌肉气压供给结构的设计方法，其特征在于，所述步骤B中，建立磁性活塞动力学模型过程如下：

(1)磁性活塞受力分析：

(2)磁性活塞位移与结构参数之间满足动力学方程：

式中x₀为磁性活塞初始位置，m为磁性活塞质量，f_f为滑动摩擦力，f_G为磁铁引力。

6.根据权利要求4所述的基于连通结构的人工肌肉气压供给结构的设计方法，其特征在于，所述步骤C中，首先用控制变量法对模型参数进行分析，分别阐明结构参数对结构固有频率的影响，然后根据模型动力学方程得到预期周期下结构参数间的耦合关系图，进而基于耦合关系图采用图上取点的方式协调选取模型参数。