一种柔索人工肌肉.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105313115A(43)申请公布日2016.02.10(21)申请号201510789839.2(22)申请日2015.11.17(71)申请人哈尔滨工程大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街145号哈尔滨工程大学科技处知识产权办公室(72)发明人王克义吴博松赵文艳冯超豪王岚(51)Int.Cl.B25J9/08(2006.01)B25J19/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图2页(54)发明名称一种柔索人工肌肉(57)摘要本发明提供的是一种柔索人工肌肉。包括框架、柔索驱动装置、拉力传感器和编码器，柔索驱动装置包括电机、第一柔性绳索、第一弹簧、第二弹簧、弹簧并联装置、第二柔性绳索，第一弹簧和第二弹簧的上端通过弹簧并联装置并联，第二弹簧的下端通过支撑板安装在框架上，电机固定在框架上，电机输出轴上安装柔索牵引轮，第一柔性绳索的一端固定在柔索牵引轮上，第一柔性绳索的另端与第一弹簧的下端连接，第二柔性绳索的一端与第一弹簧的上端连接，拉力传感器安装在框架上，第二柔性绳索穿过拉力传感器与接触，编码器安装在电机上。本发明是一种结构简单，重量轻，易于控制，精度高，柔顺性好，动作潜伏期短，性能稳定且对肌肉仿生程度高的人工肌肉。CN105313115ACN105313115A权利要求书1/1页1.一种柔索人工肌肉，包括框架、柔索驱动装置、拉力传感器和编码器，其特征是：所述柔索驱动装置包括电机、第一柔性绳索、第一弹簧、第二弹簧、弹簧并联装置、第二柔性绳索，第一弹簧和第二弹簧的上端通过弹簧并联装置并联，第二弹簧的下端通过支撑板安装在框架上，电机固定在框架上，电机输出轴上安装柔索牵引轮，第一柔性绳索的一端固定在柔索牵引轮上，第一柔性绳索的另端与第一弹簧的下端连接，第二柔性绳索的一端与第一弹簧的上端连接，拉力传感器安装在框架上，第二柔性绳索穿过拉力传感器与接触，编码器安装在电机上。2.根据权利要求1所述的一种柔索人工肌肉，其特征是：第一弹簧中设置限位绳索，限位绳索的两端分别连接第一弹簧的两端。3.根据权利要求1或2所述的一种柔索人工肌肉，其特征是：还包括引导限位装置，所述引导限位装置包括导杆和安装在导杆上的限位螺母，导杆位于第二弹簧中，导杆下端固定在第二弹簧的支撑板上。4.根据权利要求1或2所述的一种柔索人工肌肉，其特征是：所述的电机为永磁直流力矩电机。5.根据权利要求3所述的一种柔索人工肌肉，其特征是：所述的电机为永磁直流力矩电机。2CN105313115A说明书1/3页一种柔索人工肌肉技术领域[0001]本发明涉及的是一种人工肌肉，具体地说是一种用于机器人制造、仿生机械的符合Hill肌肉力学模型的人工肌肉。背景技术[0002]肌肉(骨骼肌)是人或动物运动的动力源，作为人或动物的重要组织机构，他能够实现化学能与机械能之间的转换。在受到运动神经信号的刺激后，便会收缩产生肌肉力，直接驱动骨骼运动，并且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。大多数的肌肉是以“颉颃肌”的形式存在，这种结构可使机械杠杆在任何位置保持稳定，承受各种压力。因此，构建合理的肌肉模型为肌肉的研究提供了新思路。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。人工肌肉根据其材料结构和能量来源分为内在收缩式和外在收缩式。内在收缩式人工肌肉是一种具有简单收缩功能的化合物材料，可实现能量的转化。外在收缩式人工肌肉以气、液和电磁为工作介质，是利用人工肌肉的结构特点，在工作介质的参与下完成轴向的收缩功能。存在的问题：肌肉结构复杂，功能实现起来麻烦；重量以及体积大；不易控制，柔顺性差；动作潜伏期长，收缩速度、收缩率有待改善。因此，研究一种具有质量轻、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。[0003]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。专利申请号为201410424839.8的专利文件中公开的是基于Hill二元素功能模型利用一个阻尼收缩单元与一个弹性单元串联的装置来模拟人类肌肉，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[0004]本发明的目的在于提供一种结构简单，重量轻，易于控制，精度高，柔顺性好，动作潜伏期短，对肌肉仿生程度高的柔索人工肌肉。[0005]本发明的目的是这样实现的：[0006]包括框架、柔索驱动装置、拉力传感器和编码器，所述柔索驱动装置包括电机、第一柔性绳索、第一弹簧、第二弹簧、弹簧并联装置、第二柔性绳索，第一弹簧和第二弹