一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置及方法制造方法及图纸

技术编号：40991721 阅读：3 留言：0更新日期：2024-04-18 21:33

本发明专利技术公开了一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置及方法；该装置包括底座、位移机构、控制器和两个端部成型机构。位移机构包括固定块、导柱、丝杆、位移驱动电机、螺纹开合组件和滑移块。固定块和导柱均固定在底座上。滑移块滑动连接在导柱上。丝杆转动连接在底座上，并由位移驱动电机驱动。两个端部成型机构分别安装在固定块和滑移块上。本发明专利技术通过能够进行结合‑分离切换的丝杆机构，配合力传感器和位移传感器，能实现气动人工肌肉制作、力学性能、位移性能测试的一体化，在完成气动人工肌肉制作同时测量出人工肌肉的力输出和形变位移。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气动人工肌肉制作测试领域，具体涉及一种气动人工肌肉性能测试及封装领域。

技术介绍

1、21世纪人口老龄化浪潮将席卷全球，给社会发展带来严峻挑战，截至2018年我国60岁以上老年人口超2.5亿。老年人由于本身肌肉力量的衰退，行走能力出现不同程度的下降。为了改善老年人的行走状态，也为了防止老年人因跌到出现损伤，就出现了以助行为目的的设备，其中外骨骼是较为热门的助行设备。因为刚性外骨骼会限制人体的自由度，所以柔性外骨骼成为了研究热点。而柔性外骨骼需要柔顺性好的驱动器来提供动力，气动人工肌肉就是一个不错的选择。本专利技术涉及的折叠气动人工肌肉由折叠聚丙烯酰胺材料构成，具有柔性，气密性，不可拉伸性。气动人工肌肉的折叠比为折叠的长度与总长度的比值,即fr＝wf/w0，通过几何控制，也就是更改气动人工肌肉的折叠比可以改变气动人工肌肉的性能。根据实验测试，当折叠比fr＝0.67时，致动器几乎完全膨胀，轴向收缩，径向膨胀，我们看到更少的体积损失，同时也有很好的力输出。随着气动人工肌肉的广泛应用，对气动人工肌肉的制作及性能要求也越来越迫切和苛刻。目前，测试气动人工肌肉需要搭建实验台进行实验来测试性能，较为繁琐，同时没有可以将制作和性能测试一体化的实验装置。不同实验需要搭建不同的实验台，实验结束后还需整理，会花费实验者更多的精力。力输出和形变位移是衡量气动人工肌肉性能的两个重要指标，利用传感器也可以大大减少实验者的工作量。因此，一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置十分重要。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置。

2、该折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，包括底座、位移机构、控制器和两个端部成型机构。所述的位移机构包括固定块、导柱、丝杆、位移驱动电机、螺纹开合组件和滑移块。固定块和导柱均固定在底座上。滑移块滑动连接在导柱上。丝杆转动连接在底座上，并由位移驱动电机驱动。两个端部成型机构分别安装在固定块和滑移块上。

3、所述的滑移块与丝杆之间设置有螺纹开合组件。螺纹开合组件用于控制滑移块与丝杆的螺纹连接或分离。所述的端部成型机构包括伺服电机、牵引轮、成型基座、外壳和活动肌腱。所述的成型基座固定在对应的固定块或滑移块的顶部。外壳固定在成型基座上。牵引轮转动连接在外壳的内部，并由伺服电机驱动旋转。

4、所述的成型基座上开设有长条形的人工肌肉安装槽和u形让位槽。人工肌肉安装槽和u形让位槽的相对位置使得成型基座中形成一端悬空的u形梁结构。u形梁结构的底部和顶部分别开设有第一通孔和第二通孔；第一通孔与人工肌肉安装槽的底部连通。第二通孔人工肌肉安装槽的顶部连通。

5、所述的活动肌腱均采用拉线；活动肌腱的两端分别为收卷端和自由端；工作过程中，两根活动肌腱的收卷端均与牵引轮的外圆周面固定；其中一根活动肌腱穿过第一通孔，伸入人工肌肉安装槽内。另一根活动肌腱绕过u形梁结构的悬空段，并穿过第二通孔，伸入人工肌肉安装槽内。两根活动肌腱的自由端与气动人工肌肉的开口边缘处固定。两根活动肌腱的自由端关于气动人工肌肉的中心轴线对称。

6、所述的人工肌肉安装槽内安装有能够进行升降运动的加热条；加热条能够挤压和加热处于人工肌肉安装槽内的气动人工肌肉的端部开口，使得气动人工肌肉的端部开口封闭。

7、作为优选，所述的滑移块上开设有安装槽。丝杆穿过安装槽。螺纹开合组件包括两个半螺纹开合块、两个第一电磁铁和两个第二磁铁。两个半螺纹开合块滑动连接在安装槽内，且相对侧面均设置有半螺纹槽。两个半螺纹开合块拼接在一起时，两个半螺纹槽合围形成与丝杆构成螺旋副的螺纹孔。半螺纹开合块采用铁磁性材料。两个半螺纹开合块的相对侧面上分别设置有相互匹配的第一电磁铁和插槽。两个第二电磁铁分别固定在安装槽的两个相对侧壁上。两个第二电磁铁分别设置在两个半螺纹开合块的相反侧。

8、作为优选，所述的伺服电机固定在外壳上。伺服电机的输出轴与牵引轮通过法兰盘和螺栓固定。

9、作为优选，所述的第二通孔位于第一通孔远离u形梁结构悬空端的一侧。穿过第二通孔的活动肌腱连接至气动人工肌肉开口最靠近u形梁结构悬空端的边缘处；穿过第一通孔的活动肌腱连接至气动人工肌肉开口最远离u形梁结构悬空端的边缘处。

10、作为优选，所述u形梁结构的底部设置有导向凸台；导向凸台的纵截面呈半圆形，且位于第一通孔靠近u形梁结构悬空端的一侧。活动肌腱穿过第一通孔前绕过导向凸台。

11、作为优选，所述的加热条上设置有多片加热片；加热片用于在通电后提升加热条的表面温度。加热条的长度大于初始状态下的气动人工肌肉的宽度。

12、作为优选，该折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置还包括检测模块。所述的检测模块包括力传感器和位移传感器。所述的力传感器安装在滑移块与其对应的外壳之间。位移传感器采用激光测距传感器，安装在滑移块上，且朝向固定块。

13、作为优选，所述的成型基座中设置有第二换向柱和第一换向柱。其中一根活动肌腱绕过第一换向柱；另一根活动肌腱绕过第二换向柱。

14、第二方面，本专利技术提供一种折叠式气动人工肌肉制作测试方法，采用前述的制作测试一体化装置；该折叠式气动人工肌肉制备测试方法，包括以下步骤：

15、步骤一、将两端开放的气动人工肌肉挤压成扁平状，并穿过两个端部成型机构中的人工肌肉安装槽。

16、步骤二、将活动肌腱的自由端与气动人工肌肉的开口处粘接；将活动肌腱的收卷端与牵引轮固定。

17、步骤三、螺纹开合组件切换至与丝杆结合的状态；通过丝杆转动的方式调节两个端部成型机构的间距，使得气动人工肌肉伸直；牵引轮转动，带动活动肌腱收卷；活动肌腱拉动气动人工肌肉的边缘处向中心变形，使得气动人工肌肉形成预设折叠比的折叠结构。

18、步骤四、加热条加热并挤压气动人工肌肉，使得气动人工肌肉的两端开口封闭，并保持折叠结构。

19、步骤五、向气动人工肌肉充压，检测折叠式气动人工肌肉对端部成型机构的拉力，得到折叠式气动人工肌肉的拉力-气压关系曲线。

20、步骤六、螺纹开合组件切换至与丝杆分离的状态，向气动人工肌肉充压，检测滑移块在折叠式气动人工肌肉拉动下的位移，得到折叠式气动人工肌肉的位移-气压关系曲线。

21、作为优选，步骤五和六中，若得到的拉力-气压关系曲线和位移-气压关系曲线不满足要求，则调整折叠比并重新执行步骤一至四来制备新的折叠式气动人工肌肉。

22、本专利技术具有的有益效果是：

23、1.本专利技术通过能够进行结合-分离切换的丝杆机构，配合力传感器和位移传感器，能实现气动人工肌肉制作、力学性能、位移性能测试的一体化，在完成气动人工肌肉制作同时测量出人工肌肉的力输出和形变位移。

24、2.本专利技术能够通过改变气动人工肌肉的折叠比，通过标定的折叠比与力输出、形变位移的关系，来制作一系列具有不同力学特性的气动人工肌肉。

25、3.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置；包括底座(2)和位移机构；其特征在于：还包括两个端部成型机构(3)；所述的位移机构包括固定块(4)、导柱(7)、丝杆(11)、位移驱动电机(6)、螺纹开合组件和滑移块(10)；固定块(4)和导柱(7)均固定在底座(2)上；滑移块(10)滑动连接在导柱(7)上；丝杆(11)转动连接在底座(2)上，并由位移驱动电机(6)驱动；两个端部成型机构(3)分别安装在固定块(4)和滑移块(10)上；

2.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的滑移块(10)上开设有安装槽；丝杆(11)穿过安装槽；螺纹开合组件包括两个半螺纹开合块(12)、两个第一电磁铁(16)和两个第二磁铁(15)；两个半螺纹开合块(12)滑动连接在安装槽内，且相对侧面均设置有半螺纹槽；两个半螺纹开合块(12)拼接在一起时，两个半螺纹槽合围形成与丝杆(11)构成螺旋副的螺纹孔；半螺纹开合块(12)采用铁磁性材料；两个半螺纹开合块(12)的相对侧面上分别设置有相互匹配的第一电磁铁(16)和插槽；两个第二电磁铁(25)分别固定在安

3.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的伺服电机(1)固定在外壳(9)上；伺服电机(1)的输出轴与牵引轮(8)通过法兰盘(17)和螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的第二通孔(20)位于第一通孔(18)远离U形梁结构(5-3)悬空端的一侧；穿过第二通孔的活动肌腱连接至气动人工肌肉开口最靠近U形梁结构悬空端的边缘处；穿过第一通孔的活动肌腱连接至气动人工肌肉开口最远离U形梁结构悬空端的边缘处。

5.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述U形梁结构(5-3)的底部设置有导向凸台；导向凸台的纵截面呈半圆形，且位于第一通孔(18)靠近U形梁结构(5-3)悬空端的一侧；活动肌腱(21)穿过第一通孔(18)前绕过导向凸台。

6.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的加热条上设置有多片加热片；加热片用于在通电后提升加热条(14)的表面温度；加热条(14)的长度大于初始状态下的气动人工肌肉的宽度。

7.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：该折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置还包括检测模块；所述的检测模块包括力传感器和位移传感器；所述的力传感器安装在滑移块(10)与其对应的外壳(9)之间；位移传感器采用激光测距传感器，安装在滑移块(10)上，且朝向固定块(4)。

8.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的成型基座(5)中设置有第二换向柱(13)和第一换向柱(19)；其中一根活动肌腱(21)绕过第一换向柱(19)；另一根活动肌腱(21)绕过第二换向柱(13)。

9.一种折叠式气动人工肌肉制作测试方法，其特征在于：采用如权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置；该折叠式气动人工肌肉制备测试方法，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种折叠式气动人工肌肉制作测试方法，其特征在于：步骤五和六中，若得到的拉力-气压关系曲线和位移-气压关系曲线不满足要求，则调整折叠比并重新执行步骤一至四来制备新的折叠式气动人工肌肉。

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【技术特征摘要】

4.根据权利要求1所述的一种折叠式气动人工肌肉的制作测试一体化装置，其特征在于：所述的第二通孔(20)位于第一通孔(18)远离u形梁结构(5-3)悬空端的一侧；穿过第二通孔的活动肌腱连接至气动人工肌肉开口最靠近u形梁结构悬空端的边缘处；穿过第一通孔的活动...

【专利技术属性】
技术研发人员：许明，杨晨，赵晋东，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：

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