專利名稱：電磁肌肉動(dòng)力裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電磁動(dòng)力裝置，具體是一種通過改變電磁鐵中電流方向使相鄰電磁鐵之間產(chǎn)生的吸力或斥力輸出動(dòng)力的裝置，主要用于作仿生物的動(dòng)力裝置，如機(jī)器人肢體動(dòng)作和撲翼飛機(jī)的翅膀撲動(dòng)的動(dòng)力。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前國內(nèi)外對(duì)機(jī)器人的研究進(jìn)展很快，其主要?jiǎng)恿κ怯呻妱?dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，雖然電動(dòng)機(jī)機(jī)械性能好，但隨機(jī)性能差，雖經(jīng)各種機(jī)械傳動(dòng)，但要想讓機(jī)器人的肢體像人的肢體那樣靈活運(yùn)動(dòng)還很難實(shí)現(xiàn)。人的肢體活動(dòng)很復(fù)雜，單軸關(guān)節(jié)可做屈、伸運(yùn)動(dòng)，雙軸關(guān)節(jié)可做屈、伸、內(nèi)收、外展運(yùn)動(dòng)，三軸關(guān)節(jié)可做屈、伸、內(nèi)收、外展和旋內(nèi)、旋外運(yùn)動(dòng)。要做一些復(fù)雜運(yùn)動(dòng)往往需要好多關(guān)節(jié)和肌肉互相配合來完成。因此，研制機(jī)器人急需研制出一種有許多個(gè)像肌肉那樣可以在微機(jī)程序控制下，既能單獨(dú)收縮，又能相互配合協(xié)調(diào)一致的動(dòng)力系統(tǒng)。我們查閱了大量資料，還沒有發(fā)現(xiàn)這種動(dòng)力裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種類似肌肉收縮的更適合機(jī)器人模仿人動(dòng)作和撲翼機(jī)模仿鳥類扇動(dòng)翅膀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的動(dòng)力裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是包括多個(gè)磁極組按一定順序排列組成的肌腹及與其兩端連接的肌腱帶，每個(gè)磁極組至少由一個(gè)磁性塊組成，在每一相鄰磁性塊之間均有連接機(jī)構(gòu)活動(dòng)連接，這種活動(dòng)連接可限制多個(gè)磁極組只沿一定的方向或一定的軌跡移動(dòng)；磁極組的極性與該移動(dòng)方向同向；順序排列的磁極組至少每隔一個(gè)就是可變磁極組，構(gòu)成該可變磁極組的磁性塊由電磁鐵構(gòu)成；其余磁極組為不變磁極組。
所述的磁極塊沿磁極方向相鄰兩端分別有相互滑動(dòng)配合的滑桿和滑孔；在所有磁極塊外包覆有可伸縮外套，在該外套的兩端連接所述的肌腱帶。
所述的可伸縮外套由兩節(jié)或多節(jié)相互套插的滑筒構(gòu)成，在每節(jié)滑筒之間設(shè)有限位機(jī)構(gòu)。
所述的磁極組之間的連接機(jī)構(gòu)為各磁性塊的同一側(cè)連接有連桿，所有連桿的端部均鉸連在一同一鉸連軸上。
所述的不變磁極組由永磁體制成，在同一序列中的所有不變磁極組中的磁性塊的極性相同。
同一磁極組中的相鄰磁性塊的極性相反。
本發(fā)明通過調(diào)節(jié)多個(gè)順序排列的相鄰的磁極組的極性變化或電流的大小，便可在其兩端獲得不同大小的伸縮力和運(yùn)動(dòng)，將其兩端連接在機(jī)器人關(guān)節(jié)兩端的骨面上便很容易地控制關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制。


圖1是本發(fā)明的雙節(jié)滑筒外套每個(gè)磁極組由三個(gè)磁性塊組成的肌腹的實(shí)施例剖視圖；圖2是磁性塊之間連接機(jī)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3是本發(fā)明三節(jié)滑筒外套、單磁性塊序列組成的肌腹的實(shí)施例剖視圖；圖4是磁極組之間磁極排列相斥時(shí)的示意圖；圖5是磁極組之間磁極排列相吸時(shí)的示意圖；圖6是本發(fā)明各磁性塊之間連接機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)相斥時(shí)的示意圖；圖7是本發(fā)明各磁性塊之間連接機(jī)構(gòu)的另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)相吸時(shí)的示意圖；圖8是本發(fā)明在單關(guān)節(jié)作為伸肌和屈肌的應(yīng)用并使關(guān)節(jié)彎曲的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明在單關(guān)節(jié)作為伸肌和屈肌的應(yīng)用并使關(guān)節(jié)伸直的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，這是本發(fā)明一種肌腹的實(shí)施例示意圖。每個(gè)磁極組2由3個(gè)磁性塊21并排構(gòu)成，共有5個(gè)磁極組2并列構(gòu)成，相鄰磁極組2之間的每個(gè)磁極塊21之間各由圖2所示的相互滑動(dòng)配合的滑桿3和滑孔6構(gòu)成的連接機(jī)構(gòu)連接；在所有磁極塊外包覆有可伸縮外套1，在該外套1的兩端連接肌腱7。
圖1中所示的可伸縮外套1由兩節(jié)相互套插的滑筒構(gòu)成，在兩節(jié)滑筒之間設(shè)有限位機(jī)構(gòu)4和5。
本發(fā)明的磁極組2序列至少每隔一個(gè)是由電磁鐵組成的可變磁極組，其它的磁極組為不變磁極組，所述的不變磁極組可由電磁鐵或永磁體制成，在同一序列中的所有不變磁極組中的磁性塊的極性相同。同一磁極組中的相鄰磁性塊的極性相反。這樣的磁極排列，使相鄰兩個(gè)磁極塊的磁力線形成共同的閉合回路，減小磁性外漏。
圖1-圖3中各磁性塊21的極性排列請(qǐng)參見圖4和圖5。
圖3是本發(fā)明肌腹的另一實(shí)施例，它的外套1由三節(jié)套筒構(gòu)成，即兩端套筒之間套有中間套筒11，在兩端肌腱7上有連接孔12。每組磁極組2只由一個(gè)磁性21塊組成。
參見圖6和圖7，該實(shí)施例所述的磁極組之間的連接機(jī)構(gòu)為各磁性塊2的同一側(cè)連接有連桿8，所有連桿8的端部均鉸連在一同一鉸連軸10上。這是一種單肌式電磁肌肉，單肌電磁肌肉是利用電磁肌肉既能收縮牽拉又能伸展外推的特有功能，獨(dú)自工作不用拮抗肌，所以稱單肌式。圖中的磁性塊B、D為不變磁極組，極性如圖所示。當(dāng)在可變磁極組(塊)A、C、E中通入直流電使其產(chǎn)生與不變磁極相反的磁性時(shí)，在各磁極組之間產(chǎn)生斥力，便會(huì)使與兩端磁極組A、E相連的兩骨9外推，使關(guān)節(jié)伸直(圖6所示)。
當(dāng)通入磁極組A、C、E中的電流方向反向后，各相鄰磁極組極性相反，使它們吸在一起，帶動(dòng)骨骼9使兩骨靠近，關(guān)節(jié)彎曲成圖7的形態(tài)。
參見圖8和圖9這是一種雙肌式電磁肌肉，采用圖1或圖3所示的肌腹構(gòu)成。醫(yī)學(xué)知識(shí)告訴我們，人的肢體活動(dòng)是以骨骼為支架，關(guān)節(jié)為樞紐，肌肉收縮牽拉為動(dòng)力。肌肉在關(guān)節(jié)周圍配布的方式和多少與關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)軸一致。圖中有兩節(jié)骨G通過關(guān)節(jié)P連接。單軸關(guān)節(jié)P通常配有2組肌F1和F2。前方有屈肌F1，后方有伸肌F2。當(dāng)關(guān)節(jié)P做屈的運(yùn)動(dòng)時(shí)，由F1屈肌收縮逐漸加力而伸肌F2收縮逐漸減力使關(guān)節(jié)P逐漸屈曲(參見圖8)。當(dāng)關(guān)節(jié)P做伸的運(yùn)動(dòng)時(shí)，由伸肌F2收縮逐漸加力而屈肌F1收縮逐漸減力使關(guān)節(jié)逐漸伸直(見圖9)。我們通過控制調(diào)節(jié)電流大小使伸肌F2和屈肌F1收縮力一個(gè)由小到大，一個(gè)由大到小來完成關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，這樣做能達(dá)到像人的肢體動(dòng)作一樣穩(wěn)定、準(zhǔn)確而又靈活。如果兩肌拉力作用相等，即可保持靜止不動(dòng)狀態(tài)。也可用于雙軸關(guān)節(jié)和三軸關(guān)節(jié)。雙軸關(guān)節(jié)通常有4組肌，如橈腕關(guān)節(jié)和拇指腕掌關(guān)節(jié)，除有屈肌和伸肌外，還配布有內(nèi)收肌和外展肌。三軸關(guān)節(jié)周圍配有6組肌，如肩關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)，除圍繞冠狀軸和矢狀軸排列有屈、伸、內(nèi)收和外展肌外，還有排列在垂直軸相對(duì)側(cè)的旋內(nèi)和旋外兩組肌。因此，每個(gè)關(guān)節(jié)至少配有兩組運(yùn)動(dòng)方向完全相反的肌，這些在作用上相互對(duì)抗的肌稱為拮抗肌。拮抗肌在功能上既相互對(duì)抗，又互為協(xié)調(diào)和依存，如果拮抗肌中的一組功能喪失，則該關(guān)節(jié)的有關(guān)運(yùn)動(dòng)也隨之喪失。所以我們將這種有拮抗肌作用的成對(duì)組肌稱為雙肌式(有拮抗肌式)電磁肌肉。這種雙肌式電磁肌肉可用于機(jī)器人作肢體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力。
權(quán)利要求
1.一種電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于包括多個(gè)磁極組按一定順序排列組成的肌腹及與其兩端連接的肌腱帶，每個(gè)磁極組至少由一個(gè)磁性塊組成，在每一相鄰磁性塊之間均有連接機(jī)構(gòu)活動(dòng)連接，這種活動(dòng)連接可限制多個(gè)磁極組只沿一定的方向或一定的軌跡移動(dòng)；磁極組的極性與該移動(dòng)方向同向；順序排列的磁極組至少每隔一個(gè)就是可變磁極組，構(gòu)成該可變磁極組的磁性塊由電磁鐵構(gòu)成；其余磁極組為不變磁極組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于所述的磁極塊沿磁極方向相鄰兩端分別有相互滑動(dòng)配合的滑桿和滑孔；在所有磁極塊外包覆有可伸縮外套，在該外套的兩端連接所述的肌腱帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于所述的可伸縮外套由兩節(jié)或多節(jié)相互套插的滑筒構(gòu)成，在每節(jié)滑筒之間設(shè)有限位機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于所述的磁極組之間的連接機(jī)構(gòu)為各磁性塊的同一側(cè)連接有連桿，所有連桿的端部均鉸連在一同一鉸連軸上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于所述的不變磁極組由永磁體制成，在同一序列中的所有不變磁極組中的磁性塊的極性相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁肌肉動(dòng)力裝置，其特征在于同一磁極組中的相鄰磁性塊的極性相反。
全文摘要
一種電磁肌肉動(dòng)力裝置，包括多個(gè)磁極組按一定順序排列組成的肌腹及與其兩端連接的肌腱帶，每個(gè)磁極組至少由一個(gè)磁性塊組成，在每一相鄰磁性塊之間均有連接機(jī)構(gòu)活動(dòng)連接，這種活動(dòng)連接可限制多個(gè)磁極組只沿一定的方向或一定的軌跡移動(dòng)；磁極組的極性與該移動(dòng)方向同向；順序排列的磁極組至少每隔一個(gè)就是可變磁極組，構(gòu)成該可變磁極組的磁性塊由電磁鐵構(gòu)成；其余磁極組為不變磁極組。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)多個(gè)順序排列的相鄰的磁極組的極性變化或電流的大小，便可在其兩端獲得不同大小的伸縮力和運(yùn)動(dòng)，將其兩端連接在機(jī)器人關(guān)節(jié)兩端的骨面上便很容易地控制關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易控制。
文檔編號(hào)B25J13/00GK1541814SQ03124110
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2003年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月29日
發(fā)明者魏頂啟 申請(qǐng)人:魏頂啟