[发明专利]一种电磁人工肌肉

说明书

本发明提供了一种电磁人工肌肉，以单束肌纤维为构成单元，单束肌纤维包括若干电磁铁、导磁橡胶和磁性液体，导磁橡胶为空心圆柱状结构，若干电磁铁均等间距设置在导磁橡胶内，与导磁橡胶同轴布置，每相邻两个电磁铁及相邻两个电磁铁之间的导磁橡胶均围成一腔室，在所有的腔室内均注入磁性液体，电磁铁包括线圈和磁芯，线圈缠绕在磁芯上，相邻的两个电磁铁、两个电磁铁之间的导磁橡胶及两个电磁铁之间的磁性液体构成肌节单元；向磁芯上的线圈通电，电磁铁极化，磁性液体和导磁橡胶极化，相邻的电磁铁端部磁极相同或相反，每一肌节单元伸长或收缩，从而使单束肌纤维伸长或收缩。本发明产生的力大，能够快速驱动，具有精确的位移能力，便于控制。

技术领域

本发明属于仿生机械领域，尤其是涉及一种电磁人工肌肉。

背景技术

随着现代机器人技术的发展，传统机器采用的旋转电机的驱动方式，无法满足复杂的应用环境对高性能机器人运动的要求，人工肌肉与之相比具有许多优点，是驱动系统突破的重点。

人工肌肉可采用电活性聚合物(EAP)、气动(PMA)、压电材料(PZT)、形状记忆合金(SMA)或电磁力等方式实现。

电活性聚合物(EAP)材料在外界电激励下可以显著改变自身形状尺寸，外界电激励撤销后，又能恢复到原始的形状尺寸。它具有质量轻、响应快速、柔韧性好等优点，但是也存在着驱动力小且不能稳定使用等不足。

气动人工肌肉(PMA)由外部提供的压缩空气驱动，作推拉动作。气动肌肉存在着一些局限性，如与传统气动执行元件相比行程较小；其充气变形为强非线性环节，且具有时变性，难以实现精确控制；柔性也使得精度和重复性受到了限制。

压电材料(PZT)可以因机械变形产生电场，也可以因电场作用产生机械变形，这种固有的机-电耦合效应使得压电材料用于致动器的开发。由于压电材料的位移量小，常用于传感器，因此用于驱动器时，需要很高倍的放大装置，因此不能保证其精度，提高位移会导致输出力衰减。

形状记忆合金(SMA)具有在低温下进行的较大变形，随着温度上升到一定值后恢复到原有形状的特质，即形状记忆效应。由于需要加热装置，其具有能耗高、不利散热、响应速度慢等缺点。

现有的基于电磁力的电磁人工肌肉，存在刚性碰撞产生的振动和噪声、不灵活和漏磁严重等缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种电磁人工肌肉，具有结构简单、响应速度快、能量密度高和线性度好等优点，它提供的驱动力和位移可控制，还具有一定的柔性，可以避免同类的装置存在的刚性碰撞产生的振动和噪声、不灵活和漏磁严重等缺陷。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种电磁人工肌肉，以单束肌纤维为构成单元，单束肌纤维包括若干电磁铁、导磁橡胶和磁性液体，所述的导磁橡胶为空心圆柱状结构，若干电磁铁均等间距设置在导磁橡胶内，若干电磁铁与导磁橡胶同轴布置，若干电磁铁和导磁橡胶的内壁固定连接，每相邻两个电磁铁及相邻两个电磁铁之间的导磁橡胶均围成一腔室，在所有的腔室内均注入磁性液体，所述的电磁铁包括线圈和磁芯，所述线圈缠绕在磁芯上，所述的磁性液体为由磁性固体颗粒、基载液和界面活性剂混合而成的胶状液体，相邻的两个电磁铁、两个电磁铁之间的导磁橡胶及两个电磁铁之间的磁性液体构成肌节单元；

向磁芯上的线圈通电，电磁铁极化，磁性液体和导磁橡胶极化，相邻的电磁铁端部磁极相同或相反，每一肌节单元伸长或收缩，从而使单束肌纤维伸长或收缩。

进一步的，所述人工肌肉由多束肌纤维以并联捆扎方式组成。

进一步的，多束肌纤维形成的人工肌肉的截面为蜂窝状。

进一步的，电磁铁与导磁橡胶之间胶接。

进一步的，每个腔室注入磁性液体的体积为腔室体积的2/3-4/5。