專利名稱：一種人工肌群測試平臺及人工肌群框架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于人工肌群測試裝置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的人工肌群測試平臺及人工肌群框架。
背景技術(shù)：
人工肌肉模擬生物骨骼肌的物理特性，具有柔順性好、能量密度高、直接驅(qū)動等優(yōu)點(diǎn)，有望為未來智能機(jī)器人和仿生機(jī)械提供高品質(zhì)驅(qū)動方式。因此，盡管目前主流的人工肌肉，如形狀記憶合金(Shape memory alloy, SMA)、氣動人工肌肉(pneumatic muscleactuator, PMA)和各種聚合物(以dielectric elastomers為代表),在各項(xiàng)指標(biāo)上與生物骨骼肌還有很大差距，但是人工肌肉相關(guān)的研究還是吸引了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。例如，英國Shadow機(jī)器人公司研制了一種PMA驅(qū)動的靈巧手，具有24個關(guān)節(jié)，其中20個可實(shí)現(xiàn)主動控制，每個關(guān)節(jié)由一對推挽布置的人工肌肉驅(qū)動，達(dá)到人工肌肉應(yīng)用領(lǐng)域的較高水平。再例如，美國麻省理工大學(xué)Asada教授帶領(lǐng)的研究小組系統(tǒng)研究了人工肌群的驅(qū)動特性。他們構(gòu)建了蜂窩結(jié)構(gòu)的人工肌群致動器，研究了該致動器的廣播式隨機(jī)控制算法，并采用壓電陶瓷和SMA絲制作了物理樣機(jī)和實(shí)驗(yàn)研究。此外，國內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京理工大學(xué)、華中科技大學(xué)等單位也對氣動人工肌肉、電致彈性體、人工肌肉驅(qū)動靈巧手等方向展開研究。但是，這些研究大都基于單個人工肌肉，當(dāng)人工肌肉以集群的形式發(fā)揮作用時，其驅(qū)動和控制特性呈現(xiàn)非線性和混沌，尚有許多理論和技術(shù)上的問題要解決。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實(shí)用新型的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的人工肌群測試平臺及人工肌群框架。所述的一種人工肌群測試平臺，包括底座，其特征在于所述的底座上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，所述的人工肌肉附著平臺和運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)之間設(shè)有由尼龍絲制成的人工韌帶，所述的人工韌帶上間隔設(shè)置一組由SMA彈簧制成的人工肌肉，所述的人工肌肉附著平臺上配合設(shè)置一組與人工肌肉一一對應(yīng)的接線口，所述的人工肌肉采用一組相同規(guī)格的N1-Ti形狀記憶合金彈簧，即SMA彈簧，N1-Ti材料具有形狀記憶效應(yīng)，能在焦耳熱的作用下回復(fù)到初始形狀，若事先被拉長，就會輸出一定大小的力和位移；人工韌帶采用燃點(diǎn)較高的尼龍絲，用于連接SMA彈簧及連桿，模擬韌帶的功能。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座一側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件，所述的固定桿件頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈，運(yùn)動桿件通過鉸鏈與固定桿件連接，所述的人工韌帶一端穿過鉸鏈固定在運(yùn)動桿件上。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板，支撐板上橫向間隔設(shè)置一組空腔，空腔底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶活動的通孔，人工韌帶一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板上。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的散熱機(jī)構(gòu)設(shè)置在人工肌肉附著平臺一側(cè)，它包括固定設(shè)置在底座上的風(fēng)扇座，所述的風(fēng)扇座上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的人工肌肉初始長度為18_22mm，拉長長度為40-42mm，人工韌帶上相鄰兩個人工肌肉之間的距離為30-50 mm。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的固定桿件與人工肌肉附著平臺之間還設(shè)有橫梁。所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于相鄰兩塊支撐板之間的距離為60-70mmD所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，包括底座，其特征在于所述的底座上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，所述的散熱機(jī)構(gòu)包括固定設(shè)置在底座上的風(fēng)扇座，所述的風(fēng)扇座上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇，所述的人工肌肉附著平臺上設(shè)有接線口。所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，其特征在于所述的運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座一側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件，所述的固定桿件頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈，運(yùn)動桿件通過鉸鏈與固定桿件連接，所述的人工韌帶一端穿過鉸鏈固定在運(yùn)動桿件上，所述的固定桿件與人工肌肉附著平臺之間還設(shè)有橫梁。所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，其特征在于所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板，支撐板上橫向間隔設(shè)置一組空腔，空腔底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶活動的通孔，人工韌帶一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板上，接線口設(shè)置在每個支撐板上。通過采用上述技術(shù)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下I)本實(shí)用新型的人工肌肉采用一組相同規(guī)格的N1-Ti形狀記憶合金彈簧，即SMA彈簧，由于N1-Ti材料具有形狀記憶效應(yīng)，能在焦耳熱的作用下回復(fù)到初始形狀，若事先被拉長，通電加熱就會輸出一定大小的力和位移；人工韌帶采用燃點(diǎn)較高的尼龍絲，用于連接SMA彈簧及連桿，能模擬韌帶的功能，便于人工肌群的測試；2)本實(shí)用新型在底座上設(shè)置散熱模塊，為測試中的人工肌肉群進(jìn)行降溫，能加快降溫速度，提高測試效率，節(jié)省時間；3)本實(shí)用新型的支撐板陣列分布在底座上，設(shè)置橫梁用于加強(qiáng)支撐板之間的剛度，而且每個支撐板上又陣列分布一組通孔和空腔，用于連接人工韌帶與人工肌肉單元依次串聯(lián)，串聯(lián)的人工肌肉穿過這些通孔，每個支撐板上還固定設(shè)置接線口，該接線口與人工肌肉一一對應(yīng)，用于人工肌肉供電線路的布線以及與控制模塊的連接，配合人工肌肉的工作，能根據(jù)測試需要，進(jìn)行一個或多個人工肌肉工作，用于測試肌群的輸出位移和輸出力；4)本實(shí)用新型的人工肌群測試平臺和人工肌群框架結(jié)構(gòu)簡單，可用于各種材料和結(jié)構(gòu)的人工肌肉集結(jié)成群，還可根據(jù)人工肌群的規(guī)模和尺寸，隨意調(diào)整支撐板陣列數(shù)量和間距，達(dá)到可適應(yīng)設(shè)計和開放式架構(gòu)的設(shè)計效果，它仿生骨骼肌的組成結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)理，以SMA彈簧作為基本致動單元，提出一種人工肌群測試平臺，并提供肌肉依附框架、控制接口和運(yùn)動機(jī)構(gòu)，為人工肌肉、人工肌群驅(qū)動和控制的研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。
圖1為本實(shí)用新型人工肌群測試平臺的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型人工肌群框架的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-運(yùn)動桿件，2-鉸鏈，3-人工韌帶，4-人工肌肉，5-支撐板，501-空腔，502-通孔，6-底座，7-接線口，8-風(fēng)扇座，9-風(fēng)扇，10-橫梁，11-固定桿件。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合說明書附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述如圖1所示，一種人工肌群測試平臺，包括底座6，底座6上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，所述的人工肌肉附著平臺和運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)之間設(shè)有由尼龍絲制成的人工韌帶3，所述的人工韌帶3上間隔設(shè)置一組由SMA彈簧制成的人工肌肉4，所述的人工肌肉附著平臺上配合設(shè)置一組與人工肌肉4——對應(yīng)的接線口 7，人工肌肉4采用一組相同規(guī)格的N1-Ti形狀記憶合金彈簧(簡稱SMA彈簧)，N1-Ti材料具有形狀記憶效應(yīng)，能在焦耳熱的作用下回復(fù)到初始形狀，若事先被拉長，通電加熱就會輸出一定大小的力和位移；人工韌帶3采用燃點(diǎn)較高的尼龍絲，用于連接SMA彈簧及連桿，模擬韌帶的功能。底座為其它一切組件提供支撐。其中，運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座6 —側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件11，所述的固定桿件11頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈2，運(yùn)動桿件I通過鉸鏈2與固定桿件11連接；所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板5，一般至少為3塊，相鄰兩塊支撐板5之間的距離為60-70 mm,每塊支撐板5上橫向間隔設(shè)置2_10個空腔501，每個空腔501底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶3活動的通孔502，相鄰?fù)?02之間的距離為5-20mm，所述的人工韌帶3 —端穿過鉸鏈2固定在運(yùn)動桿件I上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板5上；所述的散熱機(jī)構(gòu)設(shè)置在人工肌肉附著平臺一側(cè)，它包括固定設(shè)置在底座6上的風(fēng)扇座8，所述的風(fēng)扇座8上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇9，如圖中所示，本實(shí)用新型的人工肌肉4初始長度為18-22mm，優(yōu)選長度為20mm，拉長長度為40_42mm，人工肌肉可拉長一倍，人工韌帶3上相鄰兩個人工肌肉4之間的距離為30-50 mm，優(yōu)選為40mm。為了增加測試平臺的穩(wěn)定性和牢固性，本實(shí)用新型在固定桿件11與人工肌肉附著平臺的支撐板5之間設(shè)有橫梁10。如圖2所示，一種人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，包括底座6，所述的底座6上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，所述的人工肌肉附著平臺和運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)之間設(shè)有由尼龍絲制成的人工韌帶3，所述的人工韌帶3上間隔設(shè)置一組由SMA彈簧制成的人工肌肉4，所述的人工肌肉附著平臺上配合設(shè)置一組與人工肌肉4 一一對應(yīng)的接線口 7，所述的散熱機(jī)構(gòu)包括固定設(shè)置在底座6上的風(fēng)扇座8，所述的風(fēng)扇座8上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇9 ;所述的運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座6 —側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件11，所述的固定桿件11頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈2，運(yùn)動桿件I通過鉸鏈2與固定桿件11連接，所述的人工韌帶3 —端穿過鉸鏈2固定在運(yùn)動桿件I上，所述的固定桿件11與人工肌肉附著平臺之間還設(shè)有橫梁10 ;所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板5，支撐板5上橫向間隔設(shè)置一組空腔501，空腔501底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶3活動的通孔502，人工韌帶3 —端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板5上，相鄰兩塊支撐板5之間的距離為60-70 mm,每塊支撐板5上橫向間隔設(shè)置2-10個空腔501，每個空腔501底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶3活動的通孔502，相鄰?fù)?02之間的距離為5-20mm，人工肌肉4初始長度為18_22mm，優(yōu)選長度為20mm，拉長長度為40-42mm，人工肌肉可拉長一倍，人工韌帶3上相鄰兩個人工肌肉4之間的距離為30-50 mm,優(yōu)選為40mm。本實(shí)用新型的人工肌群測試平臺使用時，人工肌肉4在負(fù)載作用下被事先拉長后，再將接線口 7與外部電源連接，給SMA彈簧單元即人工肌肉4通電，人工肌肉4就會在焦耳熱的作用下產(chǎn)生相變并收縮，進(jìn)而回復(fù)到初始長度，輸出一定大小的力和位移，整體表現(xiàn)為運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動。激活不同位置及數(shù)量的SMA彈簧，即人工肌肉4，就能獲得不同的輸出效果，為了減小肌群收縮的內(nèi)部摩擦，本實(shí)用新型設(shè)計支撐板5陣列的間隔距離、人工肌肉4及連接韌帶長度，當(dāng)SMA彈簧拉長或者收縮時，使人工韌帶3都搭在各個通孔502上。本實(shí)用新型的人工肌群測試平臺和人工肌群框架結(jié)構(gòu)簡單，可用于各種材料和結(jié)構(gòu)的人工肌肉集結(jié)成群，還可根據(jù)人工肌群的規(guī)模和尺寸，隨意調(diào)整支撐板陣列數(shù)量和間距，達(dá)到可適應(yīng)設(shè)計和開放式架構(gòu)的設(shè)計效果，還可根據(jù)測試需要，打開I組或多組人工肌肉進(jìn)行測試，得到不同的測試結(jié)果，即肌群的輸出位移和輸出力，所述的輸出位移為彈簧收縮的長度，所述的輸出力為彈簧收縮的產(chǎn)生的張緊力。
權(quán)利要求1.一種 人工肌群測試平臺，包括底座(6 )，其特征在于所述的底座(6 )上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺， 所述的人工肌肉附著平臺和運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)之間設(shè)有由尼龍絲制成的人工韌帶(3)，所述的人工韌帶(3)上間隔設(shè)置一組由SMA彈簧制成的人工肌肉(4)，所述的人工肌肉附著平臺上配合設(shè)置一組與人工肌肉(4)——對應(yīng)的接線口(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座(6) —側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件(11)，所述的固定桿件(11)頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈(2)，運(yùn)動桿件(I)通過鉸鏈(2)與固定桿件(11)連接，所述的人工韌帶(3)—端穿過鉸鏈(2)固定在運(yùn)動桿件(I)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板(5)，支撐板(5)上橫向間隔設(shè)置一組空腔(501)，空腔(501)底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶(3)活動的通孔(502)，人工韌帶(3)—端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的散熱機(jī)構(gòu)設(shè)置在人工肌肉附著平臺一側(cè)，它包括固定設(shè)置在底座(6)上的風(fēng)扇座(8)，所述的風(fēng)扇座(8)上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇(9 )。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的人工肌肉(4)初始長度為18-22mm，拉長長度為40_42mm，人工韌帶(3)上相鄰兩個人工肌肉(4)之間的距離為 30-50 mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于所述的固定桿件(11)與人工肌肉附著平臺之間還設(shè)有橫梁(10 )。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種人工肌群測試平臺，其特征在于相鄰兩塊支撐板(5)之間的距離為60-70 mm。
8.—種如權(quán)利要求1所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，包括底座(6)，其特征在于所述的底座(6)上配合設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，所述的散熱機(jī)構(gòu)包括固定設(shè)置在底座(6)上的風(fēng)扇座(8)，所述的風(fēng)扇座(8)上安裝用于給人工肌肉附著平臺散熱的風(fēng)扇(9 )，所述的人工肌肉附著平臺上設(shè)有接線口( 7 )。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，其特征在于所述的運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在底座(6) —側(cè)并與人工肌肉附著平臺平行的固定桿件(11)，所述的固定桿件(11)頂部外側(cè)設(shè)置鉸鏈(2 )，運(yùn)動桿件(I)通過鉸鏈(2 )與固定桿件(11)連接，所述的人工韌帶(3)—端穿過鉸鏈(2)固定在運(yùn)動桿件(I)上，所述的固定桿件(11)與人工肌肉附著平臺之間還設(shè)有橫梁(10)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的人工肌群測試平臺所用的人工肌群框架，其特征在于所述的人工肌肉附著平臺包括一組平行設(shè)置的支撐板(5)，支撐板(5)上橫向間隔設(shè)置一組空腔(501)，空腔(501)底部間隔設(shè)置一組用于人工韌帶(3)活動的通孔(502)，人工韌帶(3)一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)上，另一端固定在運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)最遠(yuǎn)的支撐板(5)上，接線口(7)設(shè)置在每個支撐板(5)上。
專利摘要一種人工肌群測試平臺及人工肌群框架，屬于人工肌群測試裝置技術(shù)領(lǐng)域。它包括底座，底座上設(shè)置運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)、散熱機(jī)構(gòu)及人工肌肉附著平臺，人工肌肉附著平臺和運(yùn)動測試機(jī)構(gòu)之間設(shè)有人工韌帶，人工韌帶上間隔設(shè)置一組人工肌肉，人工肌肉附著平臺上設(shè)置與人工肌肉一一對應(yīng)的接線口。本實(shí)用新型的人工肌群測試平臺和人工肌群框架結(jié)構(gòu)簡單，可用于各種材料和結(jié)構(gòu)的人工肌肉集結(jié)成群，還可根據(jù)人工肌群的規(guī)模和尺寸，隨意調(diào)整支撐板陣列數(shù)量和間距，能適應(yīng)設(shè)計和開放式架構(gòu)的設(shè)計效果，它仿生骨骼肌的組成結(jié)構(gòu)和驅(qū)動機(jī)理，以SMA彈簧作為基本致動單元，并提供肌肉依附框架、控制接口和運(yùn)動機(jī)構(gòu)，為人工肌肉、人工肌群驅(qū)動和控制的研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。
文檔編號G01M99/00GK202916110SQ20122063116
公開日2013年5月1日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者應(yīng)申舜, 王忠飛, 方珠芳, 計時鳴, 張利 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)