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Abstract

本发明属于机器人驱动技术领域，涉及一种气动肌肉。它包括两端具有开口部的纤维膜，所述的纤维膜的两端设有与纤维膜的开口部密封连接的密封构件，纤维膜内部设有至少一根形状记忆合金丝，所述的形状记忆合金丝的两端分别与密封构件固定连接且形状记忆合金丝与纤维膜的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。本发明耐久度高，响应速度快。

Description

一种气动肌肉
技术领域
本发明属于机器人驱动技术领域，涉及一种一种气动肌肉。
背景技术
随着机器人技术的快速发展，气动肌肉作为一种功重比高、清洁无污染的驱动器，已被广泛应用于机器人领域。
目前，已出现利用形状记忆合金丝促使气动肌肉产生弯曲和扭转自由度的气动肌肉方案，且通过隔热胶将形状记忆合金丝与气动肌肉的弹性橡胶管和编织网隔开，但涂抹隔热胶会增加气动肌肉侧壁纤维膜的厚度和形变阻力，导致气动肌肉的整体驱动性能和响应速度降低，且纤维膜与形状记忆合金丝直接接触的部分的热损耗会明显高于纤维膜其他部分，从而缩短了气动肌肉的使用耐久性。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种响应速度快，使用耐久性高的气动肌肉。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种气动肌肉，包括两端具有开口部的纤维膜，所述的纤维膜的两端设有与纤维膜的开口部密封连接的密封构件，纤维膜内部设有至少一根形状记忆合金丝，所述的形状记忆合金丝的两端分别与密封构件固定连接且形状记忆合金丝与纤维膜的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。
在上述的一种气动肌肉中，所述的密封构件包括分别与纤维膜两端密封连接的第一密封用内构件和第二密封用内构件，所述的第一密封用内构件或第二密封用内构件上设有供气体进出的通气孔及用于和导线连接的接线端口。
在上述的一种气动肌肉中，所述的纤维膜内壁固定有至少由一个刚性圆环组成的刚性圆环组件。
在上述的一种气动肌肉中，所述的刚性圆环组件包括至少两个所处的平面相互平行的第一刚性圆环和第二刚性圆环，且所述的第一刚性圆环和第二刚性圆环所处的平面与纤维膜的轴心线垂直。
在上述的一种气动肌肉中，所述的纤维膜内还设有至少一根一端与刚性圆环组件固定连接，另一端与密封构件固定连接的形状记忆合金丝，且该形状记忆合金丝与纤维膜的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。
在上述的一种气动肌肉中，所述的纤维膜的两端且位于密封构件上固定有用于连接的连接件。
在上述的一种气动肌肉中，所述的连接件包括固定在纤维膜其中一端的密封构件上的第一连接件和固定在纤维膜另一端的密封构件上的第二连接件。
在上述的一种气动肌肉中，所述的第一连接件和第二连接件为单向接头或万向接头。
在上述的一种气动肌肉中，所述的第一密封用内构件和第二密封用内构件为金属圆片。
在上述的一种气动肌肉中，所述纤维膜包括橡胶管和粘接在所述橡胶管外侧面的编织网，所述的刚性圆环为刚性阻热圆环或刚性金属圆环。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：通过将形状记忆合金丝倾斜设置在气动肌肉内腔的第一密封用内构件和第二密封用内构件之间，使得气动肌肉在内部气压作用下收缩时，受到形状记忆合金丝的形变抗力的作用能够产生弯曲和旋转，通过电流加热形状记忆合金丝能使气动肌肉主动产生驱动力，提升气动肌肉整体驱动性能，且由于形状记忆合金丝与气动肌肉的纤维膜隔离，形状记忆合金丝温度提升不会直接将热能量传导至纤维膜，降低气动肌肉的热损耗，提高气动肌肉的使用耐久性，而形状记忆合金丝散发的热量又能够使气动肌肉内腔气压主动增大，从而一定程度上提升气动肌肉的响应速度。
附图说明
图1是本发明提供的结构示意图；
图2是本发明提供的另一种结构示意图；
图3是本发明提供的另一种结构示意图；
图4是本发明提供的工作原理图。
图中：第一密封用内构件1、纤维膜2、形状记忆合金丝3、第二密封用内构件4、刚性圆环组件5、第一刚性圆环51、第二刚性圆环52、第一连接件6、第二连接件7。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
如图1所示，一种气动肌肉，包括两端具有开口部的纤维膜2，所述的纤维膜2的两端设有与纤维膜2的开口部密封连接的密封构件，纤维膜2内部设有至少一根形状记忆合金丝3，所述的形状记忆合金丝3的两端分别与密封构件固定连接且形状记忆合金丝3与纤维膜2的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。
气动肌肉内腔的形状记忆合金丝3在通电流C发热相变时，形状记忆合金丝3变短从而使得气动肌肉主动产生收缩驱动力，且形状记忆合金丝3散发的热量使得气动肌肉内腔气压变大，进一步提升收缩驱动力和响应速度。
通过将形状记忆合金丝倾斜设置在气动肌肉内腔的第一密封用内构件和第二密封用内构件之间，使得气动肌肉在内部气压增大作用下收缩的同时，受到形状记忆合金丝的形变抗力的作用能够产生弯曲和旋转，通过电流加热形状记忆合金丝能使气动肌肉主动产生驱动力，提升气动肌肉整体驱动性能，且由于形状记忆合金丝与气动肌肉的纤维膜隔离，形状记忆合金丝温度提升不会直接将热能量传导至纤维膜，从而降低气动肌肉的热损耗，提高气动肌肉的使用耐久性，而形状记忆合金丝散发的热量又能够使气动肌肉内腔气压主动增大，从而一定程度上提升气动肌肉的响应速度。
密封构件是能将纤维膜2的两端密封的物体，可以是平板状结构或膜状结构，在本实施例中，密封构件包括分别与纤维膜2两端密封连接的第一密封用内构件1和第二密封用内构件4，所述的第一密封用内构件1或第二密封用内构件4上设有供气体进出的通气孔及用于和导线连接的接线端口。
优选方案，如图3所示，纤维膜2内壁固定有至少由一个刚性圆环组成的刚性圆环组件5。纤维膜2的两端且位于密封构件上固定有用于连接的连接件。连接件包括固定在纤维膜2其中一端的密封构件上的第一连接件6和固定在纤维膜2另一端的密封构件上的第二连接件7。第一连接件6和第二连接件7为单向接头或万向接头。
如图2所示，刚性圆环组件5包括至少两个所处的平面相互平行的第一刚性圆环51和第二刚性圆环52，且所述的第一刚性圆环51和第二刚性圆环52所处的平面与纤维膜2的轴心线垂直。纤维膜2内还设有至少一根一端与刚性圆环组件5固定连接，另一端与密封构件固定连接的形状记忆合金丝3，也就是说，第一刚性圆环51和/或第二刚性圆环52上至少连接一根形状记忆合金丝3且该形状记忆合金丝3与第一密封用内构件1或第二密封用内构件4固定连接，且该形状记忆合金丝3与纤维膜2的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。形状记忆合金丝3在相变变短时，形状记忆合金丝3在刚性圆环上的拉力能够促使刚性圆环带动纤维膜2发生旋转，且刚性圆环将形状记忆合金丝3与纤维膜2隔离，降低了气动肌肉的热损耗，提高气动肌肉的使用耐久性。此外，刚性圆环能够在增加气动肌肉整体刚性的同时，限制纤维膜2的径向膨胀，从而在相同气压下气动肌肉内腔的体积更小，导致气动肌肉产生的收缩驱动力更大，提升气动肌肉的整体驱动性能。
第一密封用内构件1和第二密封用内构件4为金属圆片。纤维膜包括橡胶管和粘接在所述橡胶管外侧面的编织网，橡胶管具有弹性，编织网可以是纤维编织网或金属丝编织网，所述的刚性圆环为刚性阻热圆环或刚性金属圆环。
举例来说，上述第一连接件6和第二连接件7例如可以是螺纹接头等起到固定安装作用的接头；上述第一密封用内构件1和第二密封用内构件4例如可以是合金圆片，直径范围可取10毫米、15毫米、20毫米、40毫米等，厚度可取0.2毫米、0.5毫米、1毫米等；倾斜设置在第一密封用内构件1和第二密封用内构件4之间的形状记忆合金丝3与第一密封用内构件1所在平面的夹角例如可以是30度、45度、60度等。
本发明的工作原理是：如图4所示，假设气动肌肉的充气后的气压为1.2MPa，此状态下气动肌肉的第一密封用内构件1和第二密封用内构件4在纤维膜2膨胀和刚性圆环限制作用下相互靠近，气动肌肉产生沿轴向收缩驱动力F；同时，第一形状记忆合金丝被压缩产生第一形变抗力F11，第二形状记忆合金丝被压缩产生第二形变抗力F21，第n形状记忆合金丝被压缩产生第n形变抗力Fn1，沿平行于轴向方向和垂直于轴向方向分解上述第一、第二、….、第n形变抗力，可以看出，沿平行于轴向的方向的形变抗力分力F11y、F21y、…、Fn1y能够产生使得气动肌肉弯曲，垂直于轴向方向的第一形变抗力分力F11x、F21x、…、Fn1x能够产生沿着气动肌肉圆周的切线方向的分力能够使得气动肌肉旋转，其中，n为大于或等于1的正整数。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了第一密封用内构件1、纤维膜2、形状记忆合金丝3、第二密封用内构件4、刚性圆环组件5、第一刚性圆环51、第二刚性圆环52、第一连接件6、第二连接件7等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种气动肌肉，包括两端具有开口部的纤维膜(2)，其特征在于，所述的纤维膜(2)的两端设有与纤维膜(2)的开口部密封连接的密封构件，纤维膜(2)内部设有至少一根形状记忆合金丝(3)，所述的形状记忆合金丝(3)的两端分别与密封构件固定连接且形状记忆合金丝(3)与纤维膜(2)的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。
2.根据权利要求1所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的密封构件包括分别与纤维膜(2)两端密封连接的第一密封用内构件(1)和第二密封用内构件(4)，所述的第一密封用内构件(1)或第二密封用内构件(4)上设有供气体进出的通气孔及用于和导线连接的接线端口。
3.根据权利要求1或2所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的纤维膜(2)内壁固定有至少由一个刚性圆环组成的刚性圆环组件(5)。
4.根据权利要求3所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的刚性圆环组件(5)包括至少两个所处的平面相互平行的第一刚性圆环(51)和第二刚性圆环(52)，且所述的第一刚性圆环(51)和第二刚性圆环(52)所处的平面与纤维膜(2)的轴心线垂直。
5.根据权利要求4所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的纤维膜(2)内还设有至少一根一端与刚性圆环组件(5)固定连接，另一端与密封构件固定连接的形状记忆合金丝(3)，且该形状记忆合金丝(3)与纤维膜(2)的轴心线之间的夹角大于0°且小于90°。
6.根据权利要求3所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的纤维膜(2)的两端且位于密封构件上固定有用于连接的连接件。
7.根据权利要求6所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的连接件包括固定在纤维膜(2)其中一端的密封构件上的第一连接件(6)和固定在纤维膜(2)另一端的密封构件上的第二连接件(7)。
8.根据权利要求7所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的第一连接件(6)和第二连接件(7)为单向接头或万向接头。
9.根据权利要求2所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述的第一密封用内构件(1)和第二密封用内构件(4)为金属圆片。
10.根据权利要求3所述的一种气动肌肉，其特征在于，所述纤维膜包括橡胶管和粘接在所述橡胶管外侧面的编织网，所述的刚性圆环为刚性阻热圆环或刚性金属圆环。
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