本發(fā)明涉及驅(qū)動器領(lǐng)域，具體涉及一種氣動肌肉及其控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

氣動肌肉是一種可以模仿生物肌肉收縮的新型驅(qū)動器，由于其柔性高、重量輕、使用方便、響應(yīng)速度快、成本低廉等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于各種仿生機械等驅(qū)動領(lǐng)域。氣動肌肉主要由充氣彈性軟管、約束彈性軟管變形的編織網(wǎng)以及卡箍三部分組成。外部為一層高強度的纖維編織網(wǎng)，當(dāng)充以壓縮空氣時，氣動肌肉結(jié)構(gòu)在軸向收縮并在徑向膨脹，若將其一端固定，另一端連接負載就可以通過軸向收縮而產(chǎn)生驅(qū)動力。

氣動肌肉擁有優(yōu)良的性能，在康復(fù)治療、虛擬現(xiàn)實和仿生機器人等領(lǐng)域具有良好的潛在應(yīng)用前景。市面上成熟的氣動肌肉主要有例如FESTO公司與SHADOW公司生產(chǎn)的氣動肌肉。通常，上述氣動肌肉的內(nèi)腔空間相對來說較大，充放氣的時間較長，氣動肌肉在工作過程中，耗氣量也比較大?，F(xiàn)有技術(shù)中，請參考圖1，為現(xiàn)有氣動肌肉驅(qū)動系統(tǒng)示意圖，氣動肌肉100需空氣壓縮機等獨立的外部氣源裝置200為其提供壓縮氣體，且需要借助電磁閥等氣控器件實現(xiàn)氣動肌肉的充放氣功能，使得系統(tǒng)顯得冗雜，并且，難以適用于便攜式執(zhí)行設(shè)備。

因此，如何為氣動肌肉提供便攜式氣源成為亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于如何為氣動肌肉提供便攜式氣源，從而提供一種氣動肌肉及其控制系統(tǒng)。

為此，根據(jù)第一方面，本發(fā)明實施例公開了一種氣動肌肉，包括：

氣動肌肉本體，具有軸向的空腔，用于充/放壓縮氣體，以沿氣動肌肉本體軸向提供拉力；第一密封件和第二密封件，分別設(shè)置在氣動肌肉本體軸向的兩端，以密封氣動肌肉本體的空腔；第一密封件具有連通氣動肌肉本體的空腔的充/放氣孔；充放氣裝置，設(shè)置在靠近第一密封件端；充放氣裝置在接收到加壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔將氣動肌肉本體外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體的空腔；充放氣裝置在接收到減壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔將氣動肌肉本體內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體外部。

可選地，充放氣裝置包括：送風(fēng)器，設(shè)置在靠近第一密封件端，用于將氣動肌肉本體外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體的空腔，或者將氣動肌肉本體內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體外部。

可選地，充放氣裝置還包括：導(dǎo)流器，設(shè)置在氣動肌肉本體的空腔內(nèi)，靠近第一密封件端，向第二密封件延伸，用于將送風(fēng)器加壓充入的氣體導(dǎo)流至氣動肌肉本體的空腔。

可選地，導(dǎo)流器沿氣動肌肉本體軸向的長度小于氣動肌肉本體的空腔沿氣動肌肉本體軸向的長度。

可選地，送風(fēng)器為風(fēng)扇葉片；導(dǎo)流器為螺旋桿；螺旋桿和風(fēng)扇葉片可共軸旋轉(zhuǎn)固定在靠近第一密封件端，風(fēng)扇葉片相對于螺旋桿靠近于第一密封件。

可選地，螺旋桿和風(fēng)扇葉片同步轉(zhuǎn)動。

可選地，螺旋桿靠近第一密封件位置的螺槽深度大于螺旋桿遠離第一密封件位置的螺槽深度。

可選地，充放氣裝置還包括：套筒，用于套覆導(dǎo)流器，套筒具有與氣動肌肉本體的空腔連通的通孔。

可選地，充放氣裝置還包括：開關(guān)閥，設(shè)置在第一密封件端；開關(guān)閥用于開啟時向送風(fēng)器提供氣動肌肉本體外部的氣體，或者開關(guān)閥用于開啟時將氣動肌肉本體內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體外部。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供的氣動肌肉及其控制系統(tǒng)，在靠近第一密封件端設(shè)置有充放氣裝置，充放氣裝置在接收到加壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔將氣動肌肉本體外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體的空腔，由于氣動肌肉本體軸向的兩端設(shè)置有第一密封件和第二密封件，因此，在通過充放氣裝置將外部的氣體充入氣動肌肉本體的空腔內(nèi)后，可以使得氣動肌肉空腔內(nèi)的氣壓上升，從而實現(xiàn)了對氣動肌肉加壓的效果，相對于現(xiàn)有技術(shù)中需要外置高壓源的方式，本發(fā)明實施例的方案實現(xiàn)了通過氣動肌肉周圍環(huán)境的氣壓來對氣動肌肉提供高壓氣體，繼而可以減少額外的高壓氣源，提高了氣動肌肉應(yīng)用的便攜性。

作為可選的技術(shù)方案，通過螺旋桿進行氣體導(dǎo)流，可以使得在向氣動肌肉空腔內(nèi)充氣過程中產(chǎn)生熱量，從而，使得充入的氣體膨脹，能夠提高對氣動肌肉空腔的加壓效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種氣動肌肉驅(qū)動系統(tǒng)示意圖；

圖2為本實施例公開的一種氣動肌肉剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實施例中一種氣動肌肉立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實施例中一種充放氣裝置爆炸結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實施例中一種充放氣裝置一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本實施例中一種充放氣裝置另一種實施例結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

請參考圖2和圖3，其中，圖2為本實施例公開的一種氣動肌肉剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為本實施例中一種氣動肌肉立體結(jié)構(gòu)示意圖。本實施例公開的一種氣動肌肉包括：氣動肌肉本體1、第一密封件21、第二密封件22和充放氣裝置3，其中：

氣動肌肉本體1具有軸向的空腔，用于充/放壓縮氣體，以沿氣動肌肉本體1軸向提供拉力。在具體實施例中，當(dāng)氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)注入壓縮氣體(例如壓縮空氣)時，氣動肌肉本體1會沿軸向收縮，從而對外界形成拉力；當(dāng)氣動肌肉本體1空腔內(nèi)的壓縮氣體排出時，氣動肌肉本體1會沿軸向歸位，從而對外界形成的拉力會逐漸減小直至為零。需要說明的是，在其它實施例中，氣動肌肉本體1的外表面還可以設(shè)置金屬合金絲，如圖3所示。

請參考圖2和圖3，第一密封件21和第二密封件22分別設(shè)置在氣動肌肉本體1軸向的兩端，以密封氣動肌肉本體1的空腔。在具體實施例中，第一密封件21具有連通氣動肌肉本體1的空腔的充/放氣孔210，通過該充/放氣孔210可以連接至氣源，以實現(xiàn)對氣動肌肉本體1進行充/放氣過程。需要說明的是，在本實例中，通過充/放氣孔210可以將氣動肌肉本體1的空腔與外部環(huán)境連通，以使得氣動肌肉本體1的空腔能夠與該氣動肌肉本體1所處的環(huán)境進行氣體對流。本實施例中，所稱環(huán)境可以是空氣環(huán)境，也可以是其它的具有氣體的環(huán)境，例如惰性氣體，混合氣體等。

請參考圖2，充放氣裝置3設(shè)置在靠近第一密封件21端。充放氣裝置3在接收到加壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔210將氣動肌肉本體1外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體1的空腔；充放氣裝置3在接收到減壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔210將氣動肌肉本體1內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體1外部。本實施例中，第一密封件21處設(shè)置有連通氣動肌肉本體1的空腔的充/放氣孔210，具體地，該充/放氣孔210還可以連通至氣動肌肉本體1的外部，例如可以連通大氣壓。充放氣裝置3在接收到加壓的觸發(fā)信號后，可以將氣動肌肉本體1的外部的氣體送入至氣動肌肉本體1的空腔。由于氣動肌肉本體1的空腔被第一密封件21和第二密封件22密封，因此，在充放氣裝置3向氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)送風(fēng)的過程中，氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的壓力會越來越大，從而實現(xiàn)了對氣動肌肉本體1進行加壓的操作。在充放氣裝置3在接收到減壓的觸發(fā)信號后，由于氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的氣壓大，因此，可以通過充放氣裝置3將氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的高壓氣體經(jīng)由充/放氣孔210排放到氣動肌肉本體1的外部，從而實現(xiàn)了對氣動肌肉本體1進行減壓的操作。

在具體實施例中，請參考圖2、圖4和圖5，該充放氣裝置3包括：送風(fēng)器31，送風(fēng)器31設(shè)置在靠近第一密封件21端，用于將氣動肌肉本體1外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體1的空腔，或者將氣動肌肉本體1內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體1外部。具體地，該送風(fēng)器31可以是例如風(fēng)扇葉片，當(dāng)風(fēng)扇葉片沿第一方向(例如順時針)轉(zhuǎn)動時，將氣動肌肉本體1外部的氣體充入氣動肌肉本體1的空腔，使得氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的氣體越來越多，從而對氣動肌肉本體1進行加壓；當(dāng)風(fēng)扇葉片沿第二方向(例如逆時針)轉(zhuǎn)動時，將氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的高壓氣體排放到氣動肌肉本體1的外部，使得氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的氣體越來越少，從而對氣動肌肉本體1進行減壓。需要說明的是，在其它可替換的實施例中，當(dāng)充/放氣孔210與氣動肌肉本體1的外部環(huán)境連通時，風(fēng)扇葉片也可以不轉(zhuǎn)動，通過自然降壓的方式使得氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)的高壓氣體經(jīng)由充/放氣孔210排放至外部。

為了進一步凝聚氣體，在可選的實施例中，請參考圖4和圖5，充放氣裝置3還包括：導(dǎo)流器32，導(dǎo)流器32設(shè)置在氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)，靠近第一密封件21端，向第二密封件22延伸，用于將送風(fēng)器31加壓充入的氣體導(dǎo)流至氣動肌肉本體1的空腔。在具體實施例中，導(dǎo)流器32沿氣動肌肉本體1軸向的長度小于氣動肌肉本體1的空腔沿氣動肌肉本體1軸向的長度，由此，使得充入的氣體在經(jīng)由導(dǎo)流器32導(dǎo)流后的氣體可以凝聚在氣動肌肉本體1的空腔末端(靠近第二密封件22端)，并且減少凝聚的氣體有較大的波動(例如渦流)。

在可選的實施例中，導(dǎo)流器32為螺旋桿，螺旋桿在旋轉(zhuǎn)的過程中，可以將充入的氣體通過螺槽送入至氣動肌肉本體1的空腔末端。為了更好地對氣動肌肉本體1的空腔進行加壓，在優(yōu)選的實施例中，螺旋桿靠近第一密封件21位置的螺槽深度大于螺旋桿遠離第一密封件21位置的螺槽深度。由此，使得隨著螺旋桿旋轉(zhuǎn)，靠近第二密封件22的氣壓能夠得到較大的提高。

在具體實施例中，螺旋桿和風(fēng)扇葉片可共軸旋轉(zhuǎn)固定在靠近第一密封件21端，風(fēng)扇葉片相對于螺旋桿靠近于第一密封件21。具體地，螺旋桿和風(fēng)扇葉片可以通過轉(zhuǎn)軸33可旋轉(zhuǎn)地固定在靠近第一密封件21端，轉(zhuǎn)軸33可以通過電機驅(qū)動。在具體實施例中，螺旋桿和風(fēng)扇葉片可以固定在轉(zhuǎn)軸33上，以使螺旋桿和風(fēng)扇葉片可以跟隨轉(zhuǎn)軸33同步轉(zhuǎn)動。

在具體實施例中，螺旋桿和風(fēng)扇葉片可以通過交流電機來驅(qū)動，具體地，交流電機可以設(shè)置在第一密封件21端。一般而言，隨著氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)部壓力的增大，螺旋桿轉(zhuǎn)動受阻變大，為增大交流電機的輸出轉(zhuǎn)矩，在交流電機和螺旋桿之間還可以設(shè)置減速器。

請參考圖3和圖6，在可選的實施例中，充放氣裝置3還包括：開關(guān)閥34，開關(guān)閥34設(shè)置在第一密封件21端，開關(guān)閥34用于開啟時向送風(fēng)器提供氣動肌肉本體1外部的氣體，或者開關(guān)閥34用于開啟時將氣動肌肉本體1內(nèi)的高壓氣體排放至氣動肌肉本體1外部。在具體實施例中，開關(guān)閥34可以是例如電磁閥或其它能夠連通/隔離外部氣體的閥體。

在可選的實施例中，請參考圖4和圖6，充放氣裝置3還包括：套筒35，用于套覆導(dǎo)流器32，套筒35具有與氣動肌肉本體1的空腔連通的通孔。在具體實施例中，套筒35的通孔可以設(shè)置在套筒35的側(cè)面，優(yōu)選設(shè)置在套筒35的末端，以減少因側(cè)面通孔的氣流導(dǎo)致的渦旋，另一方面，也能夠快速地將送風(fēng)器31加壓充入的氣體導(dǎo)流至氣動肌肉本體1的空腔末端。本實施例中，并不限制通孔的數(shù)量。

本實施例還公開了一種氣動肌肉控制系統(tǒng)，包括：上述實施例公開的氣動肌肉和控制器，其中，控制器用于提供加壓的觸發(fā)信號或者減壓的觸發(fā)信號。在具體實施例中，控制器還用于控制開關(guān)閥34的開啟與關(guān)斷。在具體實施例中，控制器可以設(shè)置在靠近第一密封件21的一端。

在可選的實施例中，該氣動肌肉控制系統(tǒng)還包括：壓力傳感器，壓力傳感器設(shè)置在氣動肌肉本體1的空腔內(nèi)，與控制器信號連接，用于采集氣動肌肉本體1空腔內(nèi)的壓力并發(fā)送給控制器。在具體實施例中，請參考圖5，壓力傳感器4可以設(shè)置在導(dǎo)流器32的末端。當(dāng)然，壓力傳感器4也可以設(shè)置在套筒35的末端，或者側(cè)面。

需要說明的是，在具體實施例中，壓力傳感器4可以以無線的形式與控制器進行信號連接，也可以通過導(dǎo)線與控制器進行信號連接。在壓力傳感器4通過導(dǎo)線與控制器進行信號連接時，可以在氣動肌肉本體上開設(shè)導(dǎo)線槽，通過該導(dǎo)線槽來鋪設(shè)壓力傳感器與控制器進行信號連接的導(dǎo)線；也可以在套筒35上開設(shè)導(dǎo)線槽，通過該導(dǎo)線槽來鋪設(shè)壓力傳感器與控制器進行信號連接的導(dǎo)線。

本實施例提供的氣動肌肉及其控制系統(tǒng)，在靠近第一密封件端設(shè)置有充放氣裝置，充放氣裝置在接收到加壓的觸發(fā)信號后，通過充/放氣孔將氣動肌肉本體外部的氣體加壓充入氣動肌肉本體的空腔，由于氣動肌肉本體軸向的兩端設(shè)置有第一密封件和第二密封件，因此，在通過充放氣裝置將外部的氣體充入氣動肌肉本體的空腔內(nèi)后，可以使得氣動肌肉空腔內(nèi)的氣壓上升，從而實現(xiàn)了對氣動肌肉加壓的效果，相對于現(xiàn)有技術(shù)中需要外置高壓源的方式，本發(fā)明實施例的方案實現(xiàn)了通過氣動肌肉周圍環(huán)境的氣壓來對氣動肌肉提供高壓氣體，繼而可以減少額外的高壓氣源，提高了氣動肌肉應(yīng)用的便攜性。

在可選的實施例中，通過螺旋桿進行氣體導(dǎo)流，可以使得在向氣動肌肉空腔內(nèi)充氣過程中產(chǎn)生熱量，從而，使得充入的氣體膨脹，能夠提高對氣動肌肉空腔的加壓效率。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。