一种双开口编织网型软接头人工肌肉的制作方法

本发明涉及机器人、康复医疗器械、特种作业机械手以及自动化生产线等领域应用的驱动人工肌肉，特别是一种两端开口软接头的人工肌肉。

背景技术：

人工肌肉具有输出力与质量比大在医疗康复器械以及机器人关节驱动中，人工肌肉得到广泛应用。人工肌肉内部充入一定压力的气体后，轴向收缩，径向膨胀，产生收缩力。传统人工肌肉包括三部分，两端的接头，内部橡胶管和外边的编织网。人工肌肉接头部分的连接主要依靠接头与编织网以及橡胶管的摩擦力。现有人工肌肉多数为单开口，即只有一个接头是作为通气的部分，另一个接头主要用来密封和连接外部负载。因此，人工肌肉内部就有一部分气体不流通，当人工肌肉长时间做往复运动时，该部分气体的温度会逐渐升高，这严重影响了人工肌肉的使用寿命。本发明中，两端都开口，通过控制两端的压力差来实现控制人工肌肉的内部压强，这样不仅可以精确的控制压强还可以实现内部气体的流通，防止温度过高影响肌肉的寿命。

随着可穿戴式医疗器械的发展，软体医疗器械已成为一个热门。人工肌肉是医疗器械上的驱动单元。双开口软接头人工肌肉不仅实现全软结构，还能够实现内部流体循环使用。

技术实现要素：

技术问题：本发明提供一种两端都是开口，连接更加柔顺、不易损坏，可实现肌肉与驱动对象柔性连接的双开口软接头人工肌肉。

技术方案：本发明的双开口编织网型软接头人工肌肉，包括内层胶管、沿轴向设置在所述内层胶管外侧的编织网、位于编织网两端并与之一体的端部固定线、在两端横向约束编织网的密封端压紧线，所述的编织网包裹内层胶管中部，内层胶管两端没有被编织网包裹的部分，则用外部承压紧密线紧密缠绕，组成承压导液管，密封端压紧线邻近端部固定线设置，缠绕在编织网外侧，将其约束在内层硅胶管上。

进一步的，本发明中所述编织网为硬质材料制成。

进一步的，本发明中所述编织网为软质材料制成，内层胶管外侧设置有外层胶管，编织网布设在内层胶管与外层胶管之间。

进一步的，本发明中所述外层胶管与内层胶管为整体制作而成，编织网嵌入到其中。

进一步的，本发明中所述编织网与两端的端部固定线由一根纤维编织为一体。

进一步的，本发明中所述端部固定线均是由纤维折返形成的U形线。

本发明中，两端开口内层胶管、部分包裹所述内层胶管外侧的编织网。设置所述编织网部的外层胶管的两端分别于编织网的两端对齐。所述两端固定线和编织网是有一根纤维或者多根纤维编织而成，两端固定线分别从外层胶管端部起始，位于内层胶管两端并与编织网一体的固定线是由编织网的纤维折返形成的U形线。所述编织网位于内层硅胶管的两端之间，包裹在内层胶管外侧，内层胶管没有被编织网包裹的部分，则用外部承压紧密线紧密缠绕，位于内层胶管两端并缠绕在外层胶管外侧的压紧线是从外层胶管端部起往外层胶管中部方向紧密缠绕。工作时，充入液压或气压的，控制两端的压强，使中间部分产生压强差，弹性胶管与高强度编织网随之发生变形，使双开口编织网型软接头人工肌肉的直径增大，长度缩短，进而对两端固定线连接的驱动对象产生拉力作用。编织网能径向膨胀，外部承压紧密线部分不能够膨胀。中间层的编织网、端部固定线、端部压紧线以及外部承压紧密线是一个整体。两端的固定线、两端压紧线以及编织网构成软接头，与外部驱动对象相连接。

本发明的双开口编织网型软接头人工肌肉是将传统的单开口人工肌肉改变为采用软接头的双开口人工肌肉，设计成由编织网纤维以及压紧线组成的具有两个开口结构，该结构只包含编织网纤维和胶管，不需要添加其他材料，可以得到了真正的软体驱动单元，并且不会产生温度骤升现象。

本发明工作时，两端固定线用于连接驱动对象，外部承压紧密线缠绕压紧内层胶管两端，构成承压导液管，内层胶管的两个开口分别连接有压力控制阀，精确控制肌肉内部的压力差，使肌肉内部达到一定的压力。当肌肉内部达到一压力时，弹性胶管与高强度编织网发生变形，使软接头人工肌肉的直径增大，长度方向缩短，进而对两端的固定线连接的驱动对象产生拉力作用。编织网夹在内层胶管与外层胶管之间，与内层胶管以及外层胶管同步变形。内层胶管把一定压力的气体封闭在内部。中间层的编织网、两端的固定线、两端压紧线以及外部承压紧密线是一个整体。两端的固定线与编织网构成软接头，与外部驱动对象相连接。编织网与外部承压紧密线构成径向刚度不同的两部分，编织网能径向膨胀，外部承压紧密线部分不能够膨胀，两端固定线形成的U形线。

具体原理与作用是：两端压紧线作为胶管与编织网的固定端，两端固定线以及编织网是一整体，承压管的末端连接有压力控制阀，当肌肉内部通入一定压力的液体话或气体时，通过调整压力阀时肌肉内部保持一定的压力，在内部压力作用下，编织网膨胀，产生拉力，传递到两端固定线上来，对驱动对象产生拉力。因此，两端固定线、两端压紧线以及编织网构成了软接头，替代了传统的金属接头。内层胶管的两端伸出，并在伸出部分的外层紧密缠绕高强度线，用于承载承压导液管或导气管内部的压力，该部分最终连接到压力控制阀上。外层胶管用于支撑并保护编织网，防止其脱落。软接头人工肌肉避免了运动过程中与人体的磕碰，因此，双开口编织网型人工肌肉能够更好的实现压力的控制，而且实现了肌肉内部气体的流通，并且能够与人体更好的契合。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、相对于传统McKibben人工肌肉，双开口编织网型软接头人工肌肉具有两个开口，传统的人工肌肉只有一个口，这样人工肌肉内部就会有以部分气体不流动，当人工肌肉长时间工作时，该部分的温度会逐渐升高，严重影响了人工肌肉的使用寿命，因此，本发明中的双开口编织网型人工肌肉具有两个口，实现了肌肉内部气体的完全流通，温度上升的速度明显减慢，有利于提高肌肉的使用寿命。

2、传统McKibben人工肌肉接头部位是靠高压扣件扣压或者螺纹压紧方式，力通过接头与编织网以及胶管之间的摩擦力来传递，而本发明中，将编织网两端直接引出，形成U形连接线，用来承载外部力。

3、传统McKibben人工肌肉由于接头的限制，至少要包含三种材料，即接头部分的材料、编织网纤维、胶管，而双开口编织网型人工肌肉只包含纤维和胶管这两种材料。

4、传统McKibben人工肌肉承压管道采用的是外部高压管，而本发明中，采用的是将胶管外层紧密缠绕纤维，改变了该部分的刚度，可以实现由软胶管与纤维线组成的高压管道，并且该部分与肌肉是一个整体，减少了连接部件。

5、传统McKibben人工肌肉接头部分主要是硬质材料，当在穿戴式医疗设备中，会与人体发生磕碰或造成不适，本发明中，双开口编织网型软接头人工肌肉采用纤维线组成的软接头，能够与人体更加契合，不会产生磕碰现象。

6、传统McKibben人工肌肉主要应用在工业设备或者机器人中，材料多采用的是工业级，为了更好的应用于医疗器械设备中，本发明采用的是食品级，无毒无味，通过FDA食品级认证的材料。

附图说明

图1a是双开口编织网型软接头人工肌肉结构的收缩状态示意图，图1b是自然状态示意图。

图中有：1.外部承压紧密线、2.端部固定线、3.外层胶管、4.编织网、5.内层胶管、6.端部压紧线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进行进一步的描述。

如图1所示，一种双开口编织网型软接头人工肌肉，包括内层胶管5、沿轴向设置在所述内层胶管5外侧的编织网4、位于内层胶管5两端并与编织网4一体的端部固定线2，所述的编织网4包裹内层胶管5位于两端之间的部分，内层胶管5没有被编织网4包裹的部分，则用外部承压紧密线1紧密缠绕，组成承压导液管，内层胶管5上临近端固定线2的外部缠绕有密封端压紧线6。所述编织网4为硬质材料制成。所述编织网4为软质材料制成，内层胶管5外侧设置有外层胶管3，编织网4布设在内层胶管5与外层胶管3之间。所述外层胶管3与内层胶管5为整体制作而成，编织网2嵌入到其中。所述两端固定线2和编织网4由一根纤维编织为一体。所述两端的端部固定线2均是由纤维折返形成的U形线。

编织网与外部承压紧密线构成的承压管的径向刚度不同，编织网能径向膨胀，两端外部承压紧密线部分不能够膨胀。这样，控制两端的压强控制阀，使肌肉内部保持一定的压强时，，承压管不会发生变形，可作为承压导液管或导气管，输送液体或者气体进入到肌肉的编织网部分，在内部压力的作用下，肌肉径向发生膨胀，轴向缩短。图1a是双开口编织网型软接头人工肌肉结构的收缩状态示意图，图1b是自然状态示意图。

本发明的双开口编织网型软接头人工肌肉，两端固定线2、编织网4、两端压紧线6、外部承压紧密线1使用的都是高强度线。与以往人工肌肉采用的高压扣压或者螺纹压紧的接头相比，本发明中间层的编织网2和封闭端固定线1、导液端固定线8以及导液端压紧线4、封闭端压紧线6构成软接头，实现全软接头。传统单开口人工肌肉内部有一部分气体不流通，导致内部温度上升速度很快，本发明中，采用的是双开口结构，内部气体完全流通起来，大大降低了温度上升的速度。

本发明工作时，两端压紧线作为胶管与编织网的固定端，两端固定线以及编织网是一整体，承压管的末端连接有压力控制阀，当肌肉内部通入一定压力的液体话或气体时，通过调整压力阀时肌肉内部保持一定的压力，在内部压力作用下，编织网膨胀，产生拉力，传递到两端固定线上来，对驱动对象产生拉力。因此，两端固定线、两端压紧线以及编织网构成了软接头，替代了传统的金属接头。内层胶管的两端伸出，并在伸出部分的外层紧密缠绕高强度线，用于承载承压导液管或导气管内部的压力，该部分最终连接到压力控制阀上。外层胶管用于支撑并保护编织网，防止其脱落。软接头人工肌肉避免了运动过程中与人体的磕碰，因此，双开口编织网型人工肌肉能够更好的实现压力的控制，而且实现了肌肉内部气体的流通，并且能够与人体更好的契合。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。