[发明专利]基于形状记忆合金驱动的新型仿生骨骼肌

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生骨骼肌，尤其涉及一种基于形状记忆合金驱动的仿生骨骼肌。

背景技术

形状记忆合金(SMA)作为一种智能材料，是一种新型的驱动元件。目前，SMA在航空、医疗等领域都有广泛的应用，很多应用都已经产业化。但是SMA在仿生肌肉的驱动方面发展相对落后。SMA和人体肌肉，尤其是骨骼肌，有很多类似的特性，比如高功率密度、大输出力、柔软性、单向收缩、自感知等功能。此外，SMA驱动简单，电流加热即可实现，从而有条件实现“机构-传感-驱动”于一体的集成仿生骨骼肌的设计。

现阶段国内外在利用SMA作为人工肌肉驱动仿生假肢的研究相对较多，比如美国麻省理工学院做的机械手(Kyu-Jin Cho，Harry Asada.Multi-Axis SMA Actuator Array for Driving Anthropomorphic Robot Hand.Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation Barcelona，Spain，April 2005)，利用SMA实现了多自由度仿生手的驱动。然而该设计仅仅实现了手部的动作，并没有真正利用上SMA大输出力的特性。人体肌肉，尤其是骨骼肌不仅仅能够实现关节的运动，更能够适应不同的负载变化。比如人体小腿三头肌在人体正常步态中，需要承载1.2倍的人体自身重量。SMA作为具有高功率密度，大输出力特性的驱动元件，有能力实现大负载下的仿生骨骼肌的设计。然而到目前为止，还没有真正基于SMA驱动的可以适应可变的大负载力的仿生骨骼肌。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种仿生骨骼肌，由形状记忆合金丝驱动，通过将多个形状记忆合金丝连接构成纺锤形仿生骨骼肌，实现了适应可变的大负载力。

为实现上述目的，本发明提供了一种仿生骨骼肌，由形状记忆合金丝驱动，其特征在于，包括多个形状记忆合金丝、第一加热电路板、第二加热电路板、至少一个散热绝缘板、柔性绝缘丝和储能弹簧；所述散热绝缘板在所述第一加热电路板与所述第二加热电路板之间；所述多个形状记忆合金丝的两端分别固定于所述第一加热电路板和所述第二加热电路板，并围绕所述散热绝缘板，形成所述仿生骨骼肌，所述仿生骨骼肌呈纺锤形；所述柔性绝缘丝纵向穿过所述仿生骨骼肌并固定于所述第一加热电路板和所述第二加热电路板；外界负载力作用在所述储能弹簧的一端，所述储能弹簧的另一端与所述柔性绝缘丝相连。

进一步地，所述散热绝缘板为圆形且具有齿状外缘，所述形状记忆合金丝穿过所述齿状外缘的齿间凹槽。

进一步地，所述各形状记忆合金丝具有相同的长度和直径。

进一步地，通过所述第一加热电路板上的电路和所述第二加热电路板上的电路，所述多个形状记忆合金丝形成多组彼此并联连接的形状记忆合金丝组。

进一步地，通过所述第一加热电路板上的电路和所述第二加热电路板上的电路，每个所述形状记忆合金丝组内的各个所述形状记忆合金丝串联连接。

进一步地，各所述形状记忆合金丝组内具有数目相同的所述形状记忆合金丝。

进一步地，所述柔性绝缘丝的表面是绝缘的。

进一步地，所述形状记忆合金丝在通电被加热时收缩。

进一步地，所述柔性绝缘丝在所述形状记忆合金丝发生的伸长量小于所述形状记忆合金丝的最大可恢复伸长量时处于松弛状态。