專利名稱：一種人工肌肉及其驅(qū)動的機械臂裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及仿生技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種人工肌肉，以及以該人工肌肉為動力源進行驅(qū)動的機械臂裝置，能夠基于輸入電壓的變化模擬人的手臂運動。
背景技術(shù)：
肌肉是生物學上可收縮的組織，具有信息傳遞、能量傳遞、廢物排除、能量供給、傳動以及自修復功能，一直以來就是研究者開發(fā)驅(qū)動器靈感的來源，人類很早就致力于仿生物肌肉的即人工肌肉的研發(fā)。上世紀50年代，McKibben首次研制了氣動驅(qū)動器，并發(fā)展成為商業(yè)上的McKibben驅(qū)動器，但是作為人工肌肉材料，McKibben驅(qū)動器體積大，而且受到輔助系統(tǒng)的限制。形狀記憶合金也被嘗試用作人工肌肉材料，與同時代的驅(qū)動材料相比，具有高能量密度和低比重等特點，但同樣存在許多不利因素，如形變不可預知性，響應速度慢以及使用尺寸受限等，這些都制約了其在人工肌肉材料方面的發(fā)展。電活性陶瓷是人工肌肉的另 一個備選料，其響應速度較形狀記憶合金快，但是脆性大，只能獲得小于1%的應變。由于受材料的限制，人工肌肉的研究一直處于合金響應速度快、密度小、回彈力大，另外具有類似生物肌肉的高抗撕裂強度及固有的振動阻尼性能等的緩慢發(fā)展階段，直
到一類新型材料-電活性聚合物(Elect roact ive polymers, ΕΑΡ)的出現(xiàn)。EAP可以
產(chǎn)生的應變比電活性陶瓷大兩個數(shù)量級，并且較形狀記憶EAP的出現(xiàn)給人工肌肉領(lǐng)域以新的沖擊，從上個世紀90年代初開始，基于電活性聚合物材料的人工肌肉驅(qū)動器得到快速發(fā)展。電活性聚合物驅(qū)動材料是指能夠在電流、電壓或電場作用下產(chǎn)生物理形變的聚合物材料，其顯著特征是能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為機械能。人工肌肉研究最大的發(fā)展發(fā)生在最近十幾年，應變可以達到380%甚至更大的材料已被研制出。隨著EAP材料研究的不斷深入和發(fā)展，其巨大的應用前景已呈現(xiàn)在人們面前。EAP材料可作為人工肢體和人造器官、內(nèi)窺鏡導管、供宇航員和殘疾人用的增力外骨架以及制作機器人肌肉，可用于制造尺寸更加細小的器件用于基因工程來操作細胞。利用電活性聚合物可實現(xiàn)設(shè)備與器件的小型化，從而推動微電子機械技術(shù)的發(fā)展。目前國際上研究目標之一是制造昆蟲O機器人，可用于軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。利用電活性聚合物模仿魚尾作為推進器，可用于制造無噪聲的微型艦船?；诖藰?gòu)想，電活性聚合物的第一個商業(yè)用途早已實現(xiàn)，但僅作為玩具2002年12月，日本大阪的一家公司生產(chǎn)出一種機械魚，可以在水中自由地游弋。這是聚合物人工肌肉發(fā)展史上的一個里程碑。目前已經(jīng)被開發(fā)的科學應用領(lǐng)域主要有:人機械面、飛行器應用、可控制織物、機器人、醫(yī)療等，然而大都處于實驗階段。根據(jù)形變產(chǎn)生的機制，電活性聚合物人工肌肉材料可以分為電子型和離子型兩大類。電子型即電場活性材料，通過電場以及靜電作用(庫侖力)驅(qū)動，因為驅(qū)動體系不需要保持在濕態(tài)環(huán)境下，也被稱為干驅(qū)動體系。這一類主要包括電介質(zhì)彈性體、壓電聚合物、鐵電聚合物、電致伸縮聚合物及液晶彈性體。電致伸縮紙和電致粘彈性彈性體也屬于此類，但在本文不做詳細說明。
離子型聚合物即電流活性材料，包括聚合物電解質(zhì)凝膠、碳納米管復合材料、離子聚合物2金屬復合材料和導電聚合物，因為體系需在濕態(tài)環(huán)境下工作，也稱濕驅(qū)動體系，主要通過離子的運動所引起的形變來達到驅(qū)動的目的。由于電子比離子移動的更快些，電子型聚合物的反應時間較短，僅幾微秒，其能量密度也較大，并可長時間在空氣中運行，而離子材料在必須浸浴在液體溶劑中。然而，長期以來電子聚合物要求在很強的電場中才能實現(xiàn)收縮(150MvPm)。由于EAP材料和體系的開發(fā)，有些材料或體系的驅(qū)動機理已經(jīng)超越這些分類，于是Otero在2007年SPIE會議上提出新的分類方法，根據(jù)其驅(qū)動是物理過程還是化學過程分為電機械材料和電化學機械材料。有礙于國內(nèi)先進材料技術(shù)限制，國內(nèi)對于仿肌肉模擬組織研究較少，例如氣動人工肌肉驅(qū)動式激振器，申請?zhí)?CN200720031153.8)，是一種氣動人工肌肉驅(qū)動式激振器，包括氣源、儲氣罐，氣源和儲氣罐相連通，氣源經(jīng)輸氣管與控制閥輸入口相連并與儲氣罐相連，控制閥輸出口通過輸氣管與氣動人工肌肉的進氣口相連，控制閥的控制端，氣動人工肌肉的任意一端與基體連接，另一端與振動主體連接，振動主體兩端有彈性元件支撐?？刂崎y為氣動比例控制閥或氣動高速開關(guān)閥，結(jié)構(gòu)復雜臃腫。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是采用新型的電子型電活性聚合物EAP材料克服上述現(xiàn)有技術(shù)空白或存在的缺陷而提供一種觸電伸縮的仿肌肉運動裝置(即，人工肌肉)，并把這種裝置應用于具體的仿生機械臂裝置上，從而基于輸入電壓的變化來模擬人的手臂運動。為了達到上述目的，本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供一種人工肌肉，
所述人工肌肉中設(shè)有能夠通過觸電伸縮實現(xiàn)仿肌肉運動的陣列；所述陣列包含若干個串聯(lián)組；當設(shè)置有兩個以上的串聯(lián)組時，所述串聯(lián)組之間相互電路并聯(lián)；
每個所述串聯(lián)組包含相互連接并形成電路串聯(lián)的多個所述C型積木式致動器；每個所述C型積木式致動器進一步具有包含上極板、中間電介質(zhì)和下極板的夾層結(jié)構(gòu)；
其中，所述中間電介質(zhì)是一種電子型電活性聚合物，當所述上極板和下極板之間施加有足夠的電壓時，所述C型積木式致動器能夠受電形變；當去除電壓或施加反向電壓時，所述C型積木式致動器能夠恢復原狀。優(yōu)選的所述中間電介質(zhì)是電子型電活性聚合物中的一種電介質(zhì)彈性體；所述上極板和下極板分別位于該電介質(zhì)彈性體厚度方向的兩側(cè)，在施加電壓時，所述電介質(zhì)彈性體在厚度方向受到擠壓，而在水平方向上得到擴展。所述C型積木式致動器形成有一個板體構(gòu)件，所述板體構(gòu)件長度方向上的兩端以相反的方向垂直于該板體構(gòu)件；
在每個串聯(lián)組中，任意兩個相鄰C型積木式致動器上各自有一端相對并通過一個連接構(gòu)件固定連接；這兩個C型積木式致動器的對應極板相互電路連接；在施加電壓時，由這兩個C型積木式致動器連接構(gòu)成的開口變大。每個串聯(lián)組中由多個C型積木式致動器兩兩連接構(gòu)成若干個開口，且任意一個開口與相鄰一個開口的方向相反；并且，每個串聯(lián)組和與其相鄰的串聯(lián)組中，位于同一水平位置的開口的方向不同。所述陣列固定連接在所述人工肌肉設(shè)置的驅(qū)動長筒內(nèi)，所述驅(qū)動長筒是一個可形變的圓筒；每個所述串聯(lián)組連接在該圓筒中設(shè)置的兩個端蓋之間；所述驅(qū)動長筒能夠根據(jù)串聯(lián)組中C型積木式致動器的受電形變而進行伸縮；
在每個所述串聯(lián)組中位于兩個末端的C型積木式致動器，其各自沒有與其他C型積木式致動器連接的一端，分別通過連接構(gòu)件與一個L型連接端件的其中一邊固定連接；所述L型連接端件的另一邊固定連接至所述圓筒中對應的端蓋處。所述人工肌肉中設(shè)有仿肌肉的填充物覆蓋在所述驅(qū)動長筒的表面；所述人工肌肉還設(shè)有仿皮膚的表皮將填充物及其中的驅(qū)動長筒都包裹起來；若干導線的一端分別連接在所述驅(qū)動長筒，另一端引出至所述填充物及表皮之外，以通過所述導線向驅(qū)動長筒施加電壓來控制其伸縮形變。本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種人工肌肉驅(qū)動的機械臂裝置，
機械臂上裝設(shè)有如上述的人工肌肉，并基于該人工肌肉的觸電伸縮對所述機械臂進行驅(qū)動；所述人工肌肉的兩端分別連接至所述機械臂的上臂和下臂。所述機械臂的上臂和下臂之間設(shè)有萬向旋轉(zhuǎn)裝置，由通過電機固定端蓋連接至所述萬向旋轉(zhuǎn)裝置的步進電機，對該萬向旋轉(zhuǎn)裝置進行驅(qū)動，以使所述下臂能夠做旋轉(zhuǎn)運動。所述人工肌肉的兩端分別通過鉸接件連接至所述機械臂的上臂和下臂，其中一個鉸接件位于上臂一端設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)方塊上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的人工肌肉，以及將該人工肌肉作為動力源進行驅(qū)動的機械臂裝置，其優(yōu)點在于:利用電子型電活性聚合物的電介質(zhì)彈性體的特性，來制成能夠受電形變的夾層結(jié)構(gòu)，并將該夾層結(jié)構(gòu)應用在每個C形積木式致動器中，將大量的C形積木式致動器作為小致動單元相互串聯(lián)或并聯(lián)，組成一個高性能的陣式致動系統(tǒng)，施加相應的電壓時，能夠使人工肌肉觸電變形，去除電壓或施加反向電壓時，則恢復原狀，從而實現(xiàn)人造肌肉的自由伸縮。與傳統(tǒng)的直線形彎曲致動器不同，本發(fā)明中的C形積木式致動器是曲線形的。因此，與同等長度直線形彎曲致動器相比，C形積木式致動器能產(chǎn)生多于8%的變形量。受電時它的前半部分和后半部分產(chǎn)生相反力矩形成反曲致動器，這兩個力矩產(chǎn)生了整體的位移能夠防止末端旋轉(zhuǎn)。這個特點使得反曲致動器特別適合制成陣列式單元。


圖1是本發(fā)明所述人工肌肉的外部結(jié)構(gòu)示意 圖2是本發(fā)明所述人工肌肉的橫截面示意 圖3所示的圖3a和圖3b，是本發(fā)明所述人工肌肉中驅(qū)動長筒在施加電壓前后的三維斷裂不意 圖4是本發(fā)明所述人工肌肉中雙薄層電介質(zhì)的工作原理 圖5所示的圖5a和圖5b，是本發(fā)明所述人工肌肉中C型積木式致動器正反兩面的結(jié)構(gòu)示意 圖6所示的圖6a和圖6b，是本發(fā)明所述人工肌肉中L型連接端件兩個方向的結(jié)構(gòu)示意
圖7是本發(fā)明所述人工肌肉中L型連接端件與圓筒端蓋的連接結(jié)構(gòu)示意 圖8是本發(fā)明所述人工肌肉中連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明中以所述人工肌肉為動力源的機械臂裝置的爆炸 圖10是本發(fā)明中以所述人工肌肉為動力源的機械臂裝置的組裝效果圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。配合參見圖1、圖2所示，本發(fā)明首先提供了一種觸電伸縮的仿肌肉運動裝置(以下簡稱為人工肌肉I)。所述的人工肌肉I設(shè)有驅(qū)動長筒24、仿皮膚的表皮21、填充的硅膠22，以及引出的導線23。其中，所述驅(qū)動長筒24沿人工肌肉I的長度方向置于其中心；人工肌肉I的內(nèi)部由硅膠22或其他類似的物質(zhì)填充，以使整個裝置具有肌肉般柔軟的特性；所述表皮21將硅膠22及由硅膠22覆蓋的驅(qū)動長筒24都包裹起來進行保護；若干導線23在驅(qū)動長筒24的末端連接并引出至所述的表皮21之外，經(jīng)由導線23向驅(qū)動長筒24通入電流以施加設(shè)定的電壓，能夠使該驅(qū)動長筒24在縱向橫向?qū)崿F(xiàn)伸縮變形，從而對裝設(shè)有該人工肌肉I的機械臂進行驅(qū)動。本實施例中所述的人工肌肉I大致為兩頭細中間粗的紡錘形。如圖3a所示，所述驅(qū)動長筒24設(shè)有可形變的圓筒，由固定設(shè)置在圓筒內(nèi)的C型積木式致動器13作為該驅(qū)動長筒24的基本動力源。C型積木式致動器13構(gòu)成為一個個小致動單元，相互串聯(lián)或并聯(lián)起來形成一個高性能的陣式致動系統(tǒng)。圖5a、圖5b示出了每個C型積木式致動器13的結(jié)構(gòu)示意圖，即，所述的C型積木式致動器13的形狀，大致相當于將一個板體構(gòu)件在其長度方向上的兩端，以相反方向彎折至與板體構(gòu)件大約垂直的角度。所述的C型積木式致動器13由上極板18、中間電介質(zhì)20和下極板19構(gòu)成三明治狀的夾層結(jié)構(gòu)；金屬的上極板18和下極板19分別設(shè)有電極12，用于電路連接引出的導線23，或者用于通過可導電的連接件等電路連接至其他C型積木式致動器13的上極板18和下 極板19。其中，所述的中間電介質(zhì)20是一種電子型電活性聚合物，優(yōu)選是一種電介質(zhì)彈性體，以使該C型積木式致動器13具備受電形變的效果。電子型電活性聚合物(Electroactive polymers, ΕΑΡ)是通過分子尺寸上的靜電力(庫侖力)作用使聚合物分子鏈重新排列以實現(xiàn)體積上各個維度的膨脹和收縮。這種電機械轉(zhuǎn)化是一種物理過程，包括兩種機制，電致伸縮效應和MaxwelI效應。兩種機制所產(chǎn)生的應力和應變都與電場的平方成正比。電致伸縮效應是由于材料介電性質(zhì)的改變而引起的應變。電極化與機械應變的關(guān)系如下: S = -QeRer-Yf E2。S表
示電致伸縮所導致的縱向應變，即在膜厚方向的應變，Q是電致伸縮系數(shù)，Q是真空介電常數(shù)，&是相對介電常數(shù)，E是電場強度。介電常數(shù)f，由真空介電常數(shù)和相對介電常數(shù)相乘
所得()。若要發(fā)生電致伸縮現(xiàn)象，材料結(jié)構(gòu)中必須含有結(jié)晶區(qū)域。當材料發(fā)生預
應變時其介電常數(shù)增大則預示著電致伸縮效應出現(xiàn)的可能性。材料的介電常數(shù)可通過介電分析儀測得。Maxwell應力是電介質(zhì)中電場分布發(fā)生變化的結(jié)果。S' ^sefsSrE2P2。S’是膜厚方向上的應變，s是彈性柔量，P是驅(qū)動應力，(P=應力與介電常數(shù)成比例。這種機理在低模量材料比如具有高應變的電介質(zhì)彈性體中起主要作用。電子型EAP的性能是形變大，需要很高的電場強度，這就使得驅(qū)動電壓一般高于lkv，但是由于電流很低，電能消耗較低。在電子型EAP材料中，選用電介質(zhì)彈性體作為主要裝置材料，電介質(zhì)彈性體是化學交聯(lián)的軟彈性體，可以提供很大的場致應變(109Γ 100%)。參見圖4所示，說明本發(fā)明中上述驅(qū)動長筒24伸縮形變的原理，上述的C型積木式致動器13實質(zhì)是一個電介質(zhì)彈性體驅(qū)動器，彈性體膜介于兩個平行的金屬電極之間，構(gòu)成為類似三明治結(jié)構(gòu)的平行板電容器。當在兩金屬電極上施加上千伏的高壓直流電壓時，兩電極板之間產(chǎn)生的靜電引力在膜厚方向上擠壓彈性體膜，使之在水平方向上擴張，關(guān)閉電壓或施加反向的電壓時，彈性體薄膜恢復原來的形狀。S卩，見圖4a，無電壓狀態(tài)下，“電介質(zhì)彈性體驅(qū)動器”具有Ztl高度；而見圖4b，在施加電壓的情況下，電介質(zhì)彈性體受到兩側(cè)擠壓(以σ方向所示箭頭表示)產(chǎn)生形變，使得縱向上的高度減小，而同時在橫向上向外擴展。因此，以上述結(jié)構(gòu)制成的C型積木式致動器13，能夠獲得受電形變的效果。配合參見圖3a、圖8所示，將任意兩個相鄰C型積木式致動器13上相對的端部，分別插入到一個連接構(gòu)件14的上下兩個安裝槽口中，并通過在所述連接構(gòu)件14上設(shè)置的上下兩排固定螺母16，對這兩個C型積木式致動器13進行固定連接。相鄰C型積木式致動器13的對應極板，也在所述連接構(gòu)件14中實現(xiàn)電路連接。多個C型積木式致動器13以上述方式兩兩連接并形成電路串聯(lián)，構(gòu)成堆疊起來的若干個開口結(jié)構(gòu)，且任意一個開口與其縱向相鄰的開口方向相反，由此形成一個串聯(lián)組結(jié)構(gòu)。而在圖3a所示的具體實施例中，設(shè)置了兩個這樣的C型積木式致動器13串聯(lián)組，這兩個串聯(lián)組相互電路并聯(lián)，且一個串聯(lián)組與另一個串聯(lián)組中位于同一水平方向上的C型積木式致動器13的開口方向不同(圖示為方向相反)。配合參見圖3a、圖6a、圖6b、圖7所示，所述驅(qū)動長筒24的圓筒設(shè)有兩個端蓋17 ；每個C型積木式致動器13的串聯(lián)組的兩端分別設(shè)置有L型連接端件15，通過若干固定螺母16將L型連接端件15較長的一邊連接至圓筒的對應端蓋17上，進而將這些C型積木式致動器13的串聯(lián)組固定在所述的圓筒內(nèi)。所述L型連接端件15上較短的一邊，則對應插入到串聯(lián)組中最末端(即，最上層或最下層)一個C型積木式致動器13的連接構(gòu)件14中，實現(xiàn)與該C型積木式致動器13的固定連接。所述驅(qū)動長筒24的導線23，即可以是連接在串聯(lián)組最末端(即，最上層或最下層)C型積木式致動器13的電極12上并引出的。如圖3a所示，當所述驅(qū)動長筒24上沒有施加電壓時，各個小致動單元基本保持了C型積木式致動器13原先的直角轉(zhuǎn)角。而如圖3b所示，當施加電壓后，小致動單元發(fā)生變形，在其兩端產(chǎn)生了相反的力矩而形成一種反曲致動器，相比圖3a，圖3b中表現(xiàn)為相鄰致動單元連接構(gòu)成的開口變大，整個驅(qū)動長筒24的長度增加。當去除上述電壓或施加反向電壓后，又會恢復到圖3a所示的原本狀態(tài)，因此，實現(xiàn)了人造肌肉的自由伸縮。配合參見圖9、圖10所示，本發(fā)明進一步提供了一種裝有上述人工肌肉I并利用該人工肌肉I的觸電伸縮 特性進行驅(qū)動的機械臂裝置。所述人工肌肉I的兩端通過固定短軸11，分別連接至機械臂的上臂4和下臂9上各自設(shè)置的鉸接件3處。上臂4的一端設(shè)有可旋轉(zhuǎn)方塊2，其中一個鉸接件3可以設(shè)置在該可旋轉(zhuǎn)方塊2上。利用連接長軸10及螺母7將一個萬向旋轉(zhuǎn)裝置8連接在下臂9的端部，所述萬向旋轉(zhuǎn)裝置8通過一個電機固定端蓋6連接上臂4的另一端，由設(shè)置在所述電機固定端蓋6上的步進電機5對該萬向旋轉(zhuǎn)裝置8進行驅(qū)動，以使下臂9能夠做旋轉(zhuǎn)運動，從而使該機械臂具有多自由度運動的能力，滿足人們對機械臂的不同需要。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述，例如，人工肌肉或驅(qū)動長筒的形狀，其中C型積木式致動器或其串聯(lián)組或并聯(lián)的數(shù)量及其各自的開口方向，相鄰C型積木式致動器之間或C型積木式致動器與圓筒之間進行固定連接的方式，機械臂裝置的具體結(jié)構(gòu)及組成方式，等等，不應被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種人工肌肉，其特征在于， 所述人工肌肉(I)中設(shè)有能夠通過觸電伸縮實現(xiàn)仿肌肉運動的陣列；所述陣列包含若干個串聯(lián)組；當設(shè)置有兩個以上的串聯(lián)組時，所述串聯(lián)組之間相互電路并聯(lián)； 每個所述串聯(lián)組包含相互連接并形成電路串聯(lián)的多個所述C型積木式致動器(13);每個所述C型積木式致動器(13)進一步具有包含上極板(18)、中間電介質(zhì)(20)和下極板(19)的夾層結(jié)構(gòu)； 其中，所述中間電介質(zhì)(20)是一種電子型電活性聚合物，當所述上極板(18)和下極板(19)之間施加有足夠的電壓時，所述C型積木式致動器(13)能夠受電形變；當去除電壓或施加反向電壓時，所述C型積木式致動器(13 )能夠恢復原狀。
2.要求I所述的人工肌肉，其特征在于， 所述中間電介質(zhì)(20)是電子型電活性聚合物中的一種電介質(zhì)彈性體；所述上極板(18)和下極板(19)分別位于該電介質(zhì)彈性體厚度方向的兩側(cè)，在施加電壓時，所述電介質(zhì)彈性體在厚度方向受到擠壓，而在水平方向上得到擴展。
3.要求2所述的人工肌肉，其特征在于， 所述C型積木式致動器(13)形成有一個板體構(gòu)件，所述板體構(gòu)件長度方向上的兩端以相反的方向垂直于該板體構(gòu)件； 在每個串聯(lián)組中，任意兩個相鄰C型積木式致動器(13 )上各自有一端相對并通過一個連接構(gòu)件(14)固定連接；這兩個C型積木式致動器(13)的對應極板相互電路連接；在施加電壓時，由這兩個C型積木式致動器(13 )連接構(gòu)成的開口變大。
4.要求3所述的人工肌肉，其特征在于， 每個串聯(lián)組中由多個C型積木式致動器(13)兩兩連接構(gòu)成若干個開口，且任意一個開口與相鄰一個開口的方向相反；并且，每個串聯(lián)組和與其相鄰的串聯(lián)組中，位于同一水平位置的開口的方向不同。
5.要求3或4所述的人工肌肉，其特征在于， 所述陣列固定連接在所述人工肌肉(I)設(shè)置的驅(qū)動長筒(24)內(nèi)，所述驅(qū)動長筒(24)是一個可形變的圓筒；每個所述串聯(lián)組連接在該圓筒中設(shè)置的兩個端蓋(17)之間；所述驅(qū)動長筒(24)能夠根據(jù)串聯(lián)組中C型積木式致動器(13)的受電形變而進行伸縮； 在每個所述串聯(lián)組中位于兩個末端的C型積木式致動器(13)，其各自沒有與其他C型積木式致動器(13)連接的一端，分別通過連接構(gòu)件(14)與一個L型連接端件(15)的其中一邊固定連接；所述L型連接端件(15)的另一邊固定連接至所述圓筒中對應的端蓋(17)處。
6.要求5所述的人工肌肉，其特征在于， 所述人工肌肉(I)中設(shè)有仿肌肉的填充物覆蓋在所述驅(qū)動長筒(24)的表面；所述人工肌肉(I)還設(shè)有仿皮膚的表皮(21)將填充物及其中的驅(qū)動長筒(24)都包裹起來；若干導線的一端分別連接在所述驅(qū)動長筒(24)，另一端引出至所述填充物及表皮(21)之外，以通過所述導線向驅(qū)動長筒(24)施加電壓來控制其伸縮形變。
7.—種人工肌肉驅(qū)動的機械臂裝置，其特征在于， 機械臂上裝設(shè)有如權(quán)利要求1飛中任意一項所述的人工肌肉(1)，并基于該人工肌肉(O的觸電伸縮對所述機械臂進行驅(qū)動；所述人工肌肉(I)的兩端分別連接至所述機械臂的上臂(4)和下臂(9)。
8.要求7所述的人工肌肉為動力源的機械臂裝置，其特征在于， 所述機械臂的上臂(4)和下臂(9)之間設(shè)有萬向旋轉(zhuǎn)裝置(8)，由通過電機固定端蓋(6 )連接至所述萬向旋轉(zhuǎn)裝置(8 )的步進電機(5 )，對該萬向旋轉(zhuǎn)裝置(8 )進行驅(qū)動，以使所述下臂(9)能夠做旋轉(zhuǎn)運動。
9.要求7或8所述的人工肌肉為動力源的機械臂裝置，其特征在于， 所述人工肌肉(I)的兩端分別通過鉸接件(3)連接至所述機械臂的上臂(4)和下臂(9)，其中一個鉸接 件(3)位于上臂(4) 一端設(shè)置的可旋轉(zhuǎn)方塊(2)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工肌肉，以及以該人工肌肉為動力源進行驅(qū)動的機械臂裝置。所述人工肌肉中設(shè)有能夠通過觸電伸縮實現(xiàn)仿肌肉運動的陣列；所述陣列包含若干個串聯(lián)組；每個所述串聯(lián)組包含相互連接并形成電路串聯(lián)的多個所述C型積木式致動器；每個所述C型積木式致動器進一步具有包含上極板、中間電介質(zhì)和下極板的夾層結(jié)構(gòu)；其中，所述中間電介質(zhì)是一種電子型電活性聚合物，當所述上極板和下極板之間施加有足夠的電壓時，所述C型積木式致動器能夠受電形變；當去除電壓或施加反向電壓時，所述C型積木式致動器能夠恢復原狀，實現(xiàn)人工肌肉的自由伸縮，進而使得以人工肌肉進行驅(qū)動的機械臂能夠模擬人的手臂運動。
文檔編號B25J18/00GK103192383SQ20131014688
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月25日
發(fā)明者唐剛, 黃婉娟, 王章坤, 王得宇, 焦杰, 王偉偉, 王建革 申請人:上海海事大學