专利名称：双体人工肌肉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机器人肢体用人工肌肉。
背景技术：
目前，人工肌肉作为仿生关节和机械手的驱动元件，广泛应用于机器人领域、医 疗领域、军事领域和工业领域。人工肌肉有流体驱动和电磁驱动两种类型。流体驱动的 人工肌肉，功率重量比大，控制方便、灵活，柔性和缓冲性能好，一直是研究的热点，中国专 利ZL200810116379. 7公开一种径向膨胀型人工肌肉，中国专利ZL97110134. 5公开一种轴 向伸长型人工肌肉。径向膨胀型人工肌肉，体积大，在小关节上应用受到限制，已有的轴向 伸长型人工肌肉，采用高分子弹性材料夹有高强度纤维制成，成管状结构，这种复合结构内 腔充气时，纤维构成的螺旋结构会绕其轴线发生扭转，会造成机器人执行端，如手、脚错位， 影响其操作准确度，为了降低其影响，则可加大包复层刚度，若橡胶刚度大于螺旋结构刚度 时，形成内力加大，影响肌肉的使用寿命；由于管壁采用复合结构，制造困难，工艺要求高， 价格较贵，其应用也受到了限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型双体人工肌肉。一种双体人工肌肉，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有双环双向柱形螺旋 弹簧，在双环双向柱形螺旋弹簧形成的两个空腔内分别设有一个胶囊，构成并联管状物，在 下端盖上分别设有一个流体入口，以充入流体，在每个流体入口处设有节流环，使之具有自 缓冲、自阻尼功能，保证双体人工肌肉动作平稳、柔缓；所述双环双向柱形螺旋弹簧，设有一 根弹簧丝，弹簧呈多层分布，每层甲段成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段；乙段的弹 簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段；丙段的弹簧丝沿同一螺旋角方向， 成弧形顺时针方向上弯，进丁段；丁段的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上 弯，进入双环双向柱形螺旋弹簧的另一层；双环双向柱形螺旋弹簧至少为一层；本发明优点在于，双体充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回 弹；当双体充入非等压流体时，可实现双向主动弯曲，其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵 活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本发明具有很好的推广应用价值和良 好的市场前景。
图1为本发明结构示意图。图2为本发明双环双向柱形螺旋弹簧示意图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实例对本发明作出进一步地详细描述。
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如图1所示，本发明外层为双环双向柱形螺旋弹簧3，在弹簧形成的空腔内分别设 有1个胶囊2，由上端盖1和下端盖4分别将其连成一体，在下端盖4的流体入口 5处设有 节流环6 ；外层弹簧与内层胶囊2同轴紧密套装在一起，上端盖1、下端盖4与内层胶囊2压 注或机械加工成一体。外层双环双向柱形螺旋弹簧3，由一根弹簧丝绕成，形成并联筒状结构，横截面为 “8”字形，为多层结构，每层甲段11成半圆形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙段12 ；乙段 12的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成半圆形，再逆时针方向上弯，进丙段13 ；丙段13的弹簧 丝沿同一螺旋角方向，成半圆形，顺时针方向上弯，进丁段14 ；丁段14的弹簧丝沿同一螺旋 角方向，成半圆形顺时针方向上弯，进入双环双向柱形螺旋弹簧的另一层；弹簧3束缚胶囊 2径向膨胀，不限制轴向伸长，卸压后辅助回弹，改变弹簧3参数，可以改变人工肌肉的力学 特性。所述弹簧，可用钢、铝合金、铜合金等金属材料或ABS、纤维、碳素等工程塑料制成。所述胶囊2，可用弹性良好，形变量大的耐疲劳的橡胶制成，如天然橡胶、丁苯橡 胶、有机硅橡胶。上端盖1、下端盖4可用金属材料或工程塑料制成，带螺纹通孔的下端盖 4，安装通入压力流体的密封接头，通过其外侧卡槽可以与相应关节相连，上端盖1顶部设 有内螺纹孔，以螺钉方式与相应关节相连。使用时，通过下端盖4连接的管接头向人工肌肉注入流体，双体充入等压流体时， 胶囊2受压、变形相同，由于有外层弹簧3束缚，胶囊2沿轴向伸长，输出一定推力，卸压时 人工肌肉缩短；当双体充入非等压流体时，两只胶囊2轴向伸长量不相同，整体弯曲。
权利要求
一种双体人工肌肉，其特征在于，在上端盖(1)和下端盖(4)之间，设有双环双向柱形螺旋弹簧(3)，在双环双向柱形螺旋弹簧(3)形成的两个空腔内分别设有胶囊(2)，构成并联管状物。
2.按照权利要求1所述双体人工肌肉，其特征在于，所述双环双向柱形螺旋弹簧(3) 设有一根弹簧丝，弹簧呈多层分布，每层甲段(11)成弧形，逆时针沿螺旋线方向上弯，进乙 段(12)；乙段(12)的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形再逆时针上弯，进丙段(13)；丙段 (13)的弹簧丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进丁段(14) ；丁段(14)的弹簧 丝沿同一螺旋角方向，成弧形顺时针方向上弯，进入双环双向螺旋弹簧的另一层。
3.按照权利要求1所述双体人工肌肉，其特征在于，在下端盖(4)设有流体入口(5)， 以充入压缩空气或水。
4.按照权利要求1所述双体人工肌肉，其特征在于，在流体入口(5)处设有节流环(6)。
全文摘要
本发明公开一种机器人肢体用人工肌肉，双体人工肌肉，其特征在于，在上端盖和下端盖之间，设有双环双向圆柱螺旋弹簧，在双环双向圆柱螺旋弹簧形成的两个空腔内分别设有两个胶囊，构成并联管状物，在下端盖上分别设有一个流体入口，以充入流体每个流体入口处设有节流环，本发明优点在于，双体充入等压流体时可轴向膨胀、伸长，泄压时可自动收缩、回弹，当双体充入非等压流体时，可实现双向主动弯曲，其柔性好，功能强，动作平稳，使用灵活，结构紧凑、简单，制作容易，价格低廉，安装方便，本发明具有很高的推广应用价值，具有很好的市场前景。
文档编号A61F2/50GK101850551SQ201010190040
公开日2010年10月6日 申请日期2010年5月29日 优先权日2010年5月29日
发明者张志义, 张金涛, 耿德旭, 耿麒先 申请人:北华大学