可配置网格结构气动人工肌肉及功能器件制造技术

本发明专利技术涉及软体机器人气动人工肌肉领域，提供了一种可配置网格结构气动人工肌肉及功能器件，包括一个或多个阵列结构，每个阵列结构包括多个连接在一起的网格单元，每个网格单元包括主动气腔以及与主动气腔不连续相连的被动连接层；阵列结构具有初始状态和最终状态，当对处于初始状态的阵列结构进行正压激励时，阵列结构中的主动气腔会膨胀伸直进而带动被动连接层自适应形变，因此阵列结构会产生水平伸长运动和竖直收缩运动，直到阵列结构到达最终状态。本发明专利技术通过采用正压收缩的可配置网格状气动人工肌肉，实现了同时兼具高收缩率和高输出力的正压收缩气动人工肌肉，可配置性好，具有质量轻、成本低、柔顺性好和综合性能优异等优点。异等优点。异等优点。

【技术实现步骤摘要】
可配置网格结构气动人工肌肉及功能器件


[0001]本专利技术涉及软体机器人气动人工肌肉领域，具体地，涉及一种可配置网格结构气动人工肌肉及功能器件，尤其涉及一种高收缩率、高输出力的可配置网格结构气动人工肌肉。

技术介绍

[0002]由软材料或柔性材料组成的气动人工肌肉，在驱动上相较于传统的电机和气缸更具柔顺性，因此在构建人机友好交互的机械系统(例如仿生机器人，软体外骨骼和柔性抓手)中展现出了巨大的应用前景。
[0003]目前气动人工肌肉可以分为正压驱动和负压驱动两类。正压驱动的气动人工肌肉主要有Mckibben型、Pouch型以及它们的变体，这些人工肌肉虽然可以产生较大阻塞力，但是他们能达到的最大收缩率较小；难以在高收缩率工作状态下保持高输出力；构型和驱动模式单一，可配置性不足。负压驱动的气动人工肌肉可以实现高收缩率和优异的可配置性，但是负压的驱动压力通常小于一个大气压，限制了负压气动人工肌肉的机械性能。因此，基于新结构，设计具有高收缩率、高输出力和优异可配置性的正压驱动气动人工肌肉具有重要的意义。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种可配置网格结构气动人工肌肉及功能器件。
[0005]根据本专利技术提供的一种可配置网格结构气动人工肌肉，包括一个或多个阵列结构，每个所述阵列结构包括多个连接在一起的网格单元，每个所述网格单元包括主动气腔以及与所述主动气腔不连续相连的被动连接层；
[0006]所述阵列结构具有初始状态和最终状态，当对处于所述初始状态的阵列结构进行正压激励时，能够使得所述阵列结构中的主动气腔膨胀伸直进而带动所述被动连接层自适应形变并由于所述膨胀伸直使得所述阵列结构产生水平伸长运动和竖直收缩运动并最终使得所述阵列结构处于所述最终状态。
[0007]优选地，所述主动气腔为外形相匹配且正对布置的气腔上层复合薄膜和气腔下层复合薄膜边缘连接形成的密闭腔体。
[0008]优选地，所述气腔上层复合薄膜和气腔下层复合薄膜通过热压熔融的方式实现所述边缘连接，其中，所述气腔上层复合薄膜和气腔下层复合薄膜之间通过阻焊层实现设定边缘宽度的热压熔融。
[0009]优选地，所述气腔上层复合薄膜和气腔下层复合薄膜均采用TPU双面覆膜梭织织物面料，所述阻焊层采用硅油纸。
[0010]优选地，所述被动连接层为锯齿状结构的复合薄膜，每相邻的两个锯齿之间通过内凹圆弧进行过渡，所述被动连接层采用TPU双面覆膜梭织织物面料。
[0011]优选地，所述主动气腔的宽度和所述网格单元的边长的比例能够被调整以匹配不同需求的最大收缩率。
[0012]优选地，所述阵列结构为多个竖向网格结构从左到右依次连接形成，所述竖向网格状结构为从上到下按照主动气腔、被动连接层、主动气腔、被动连接层、
……
、主动气腔、被动连接层的连接形式形成的结构。
[0013]优选地，所述气腔上层复合薄膜上设置有气嘴，所述阵列结构上所有的所述气嘴相连并通过同一个气源进行驱动。
[0014]优选地，所述气嘴采用TPU材质并通过粘稠的氰基丙烯酸酯粘合剂或热压的方式连接到气腔上层复合薄膜上。
[0015]根据本专利技术提供的一种功能器件，包括所述的可配置网格结构气动人工肌肉。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0017]1、本专利技术创造性地提出了集成柔性网格结构和气压驱动的方法，设计了正压收缩的可配置网格状气动人工肌肉，实现了同时兼具高收缩率和高输出力的正压收缩气动人工肌肉，其最大收缩率可以通过主动气腔宽度和菱形单元边长的比例来进行调整，调整的范围为0％
‑
100％的开区间。
[0018]2、本专利技术提升了气动人工肌肉的可配置性和通用性。其组成部分中的主动气腔和被动连接层的几何形状可以进行变化，将人工肌肉的平面网格结构变为期望的面外网格结构，从而产生变化的构型和运动；其每行和每列的网格单元个数可以根据实际应用调整，具有良好的通用性。并利用覆有热塑性材料的薄膜材料设计制造气动人工肌肉，具有质量轻、成本低、柔顺性好和综合性能优异等优点。
附图说明
[0019]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0020]图1为阵列结构处于中间状态时的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术一实施方式中人工肌肉驱动示意图；
[0022]图3为本专利技术一实施方式中人工肌肉菱形单元工作原理图；
[0023]图4为本专利技术一实施方式中主动气腔的组成与制造工艺图；
[0024]图5为本专利技术一实施方式中被动连接层结构图；
[0025]图6为本专利技术一实施方式中人工肌肉制造工艺图；
[0026]图7为本专利技术一实施方式中不同气压激励下人工肌肉力
‑
位移关系图；
[0027]图8为本专利技术其他实施方式中拱形构型人工肌肉结构示意图。
[0028]图中示出：
[0029]主动气腔1；
[0030]气腔上层复合薄膜11；
[0031]气嘴12；
[0032]阻焊层13；
[0033]气腔下层复合薄膜14
[0034]被动连接层2；
[0035]锯齿状形状特征21；
[0036]与上方主动腔体连接区域22；
[0037]与上方主动腔体连接区域23
[0038]半圆形主动气腔101
[0039]半圆形被动连接层201
具体实施方式
[0040]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。
[0041]实施例1：
[0042]本专利技术还提供一种可配置网格结构气动人工肌肉，包括一个或多个阵列结构，每个阵列结构包括多个连接在一起的网格单元，每个网格单元包括主动气腔1以及与主动气腔1不连续相连的被动连接层2，阵列结构具有初始状态和最终状态，当对处于初始状态的阵列结构进行正压激励时，阵列结构中的主动气腔1会膨胀伸直进而带动被动连接层2自适应形变，并由于膨胀使得阵列结构会产生水平伸长运动和竖直收缩运动，直到阵列结构到达最终状态，需要说明的是，本专利技术从初始状态到最终状态使得整个竖直方向的长度变短，实际上通过正压激励的方式使得整个气动人工肌肉进行收缩进而实现相应的驱动功能。
[0043]阵列结构为多个竖向网格结构从左到右依次连接形成，竖向网格状结构为从上到下按照主动气腔1、被动连接层2、主动气腔1、被动连接层2、
……
、主动气腔1、被动连接层2的连接形式形成的结构。
[0044]具体地，主动气腔1为外形相匹配且正对布置的气腔上层复合薄膜11和气腔下层复合薄膜14边缘连接形成的密闭腔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可配置网格结构气动人工肌肉，其特征在于，包括一个或多个阵列结构，每个所述阵列结构包括多个连接在一起的网格单元，每个所述网格单元包括主动气腔(1)以及与所述主动气腔(1)不连续相连的被动连接层(2)；所述阵列结构具有初始状态和最终状态，当对处于所述初始状态的阵列结构进行正压激励时，能够使得所述阵列结构中的主动气腔(1)膨胀伸直进而带动所述被动连接层(2)自适应形变并由于所述膨胀伸直使得所述阵列结构产生水平伸长运动和竖直收缩运动并最终使得所述阵列结构处于所述最终状态。2.根据权利要求1所述的可配置网格结构气动人工肌肉，其特征在于，所述主动气腔(1)为外形相匹配且正对布置的气腔上层复合薄膜(11)和气腔下层复合薄膜(14)边缘连接形成的密闭腔体。3.根据权利要求2所述的可配置网格结构气动人工肌肉，其特征在于，所述气腔上层复合薄膜(11)和气腔下层复合薄膜(14)通过热压熔融的方式实现所述边缘连接，其中，所述气腔上层复合薄膜(11)和气腔下层复合薄膜(14)之间通过阻焊层(13)实现设定边缘宽度的热压熔融。4.根据权利要求3所述的可配置网格结构气动人工肌肉，其特征在于，所述气腔上层复合薄膜(11)和气腔下层复合薄膜(14)均采用TPU双面覆膜梭织织物面料，所述阻焊层(13)采用硅油纸。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：谷国迎，杨德志，冯苗，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：