CN103395072A - 一种水压人工肌肉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水压人工肌肉，包括封闭端接头、弹性橡胶管、高强度纤维编织网、通水端接头、两个端扣压环、两个中扣压环和两个倒锥齿面扣压环。本发明工作时，在水压的作用下，弹性橡胶管和高强度纤维编织网发生变形，使水压人工肌肉直径增大，长度减小，进而对封闭端接头的螺纹盲孔连接的驱动对象产生拉力作用。弹性橡胶管把一定压力的水封闭在内部，由于高强度纤维编织网是由高强度纤维紧密编织成管状的，覆盖在弹性橡胶管外面，使水压人工肌肉能够承受足够大的内部水压力；由于扣压环的扣压作用以及倒锥齿面和凸肩结构作用，使水压人工肌肉能够承受大拉力载荷，进而使本发明构成高强度水压人工肌肉。

Description

一种水压人工肌肉

技术领域

本发明涉及机器人、特种作业机械手和自动化生产线等领域应用的流体驱动人工肌肉，特别是一种高强度水压人工肌肉。

背景技术

在机器人关节驱动与控制中，流体驱动的人工肌肉是一种新型的驱动器，可以分为气动人工肌肉和水压人工肌肉。气动人工肌肉已经在机器人和自动化生产线等领域中应用，具有结构简单、动作平滑、输出力/重量比大等优点。水压人工肌肉不但具有结构简单，有利于实现小型化和轻型化的优势，相比气动人工肌肉输出力更大、响应速度更快、工作噪声更低。人工肌肉无相对摩擦运动部件，对于水下作业工况，不会产生液压缸伸出杆受环境污染或其他影响的问题，成本低廉且可维护性好，因而水压人工肌肉特别适用于水下作业机械手的关节驱动与控制。

水压人工肌肉与气动人工肌肉传动介质不同，空气容易压缩，气压传动一般压力在1MPa以下，压力高于1MPa的属于高压气动，较高压力下用气体驱动人工肌肉存在很多安全性问题。因此，气动人工肌肉工作压力不超过1MPa，气动人工肌肉自身对于强度的要求也不高。但是，流体驱动的人工肌肉的输出力是随着工作压力的提高而增大的，提高人工肌肉的工作压力能够大幅提高其输出力。并且，现有水压传动元件，如泵、控制阀等的工作压力比气动人工肌肉的工作压力范围高很多，提高人工肌肉的压力也有利于与水压传动元件的工作压力相匹配。

现有的水压人工肌肉仍采用气动人工肌肉的结构，一般采用橡胶筒的形式，两端用紧固的接头连接起来，其强度较低，主要与两个方面有关：一是纤维编织网较稀疏，强度不高，在较高压力下橡胶筒会从编织网孔隙中涨出，产生破坏；二是两端连接用的接头仅是通过紧固作用卡住橡胶筒和纤维编织网，在较高的拉力负载下会产生脱开的现象。现有人工肌肉的结构无法满足水压人工肌肉的强度要求，目前也没有能够在较高压力和输出力工作的高强度水压人工肌肉，所以需要研制新型的高强度水压人工肌肉来满足耐压和高输出力的需求。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能承受较高压力和拉力负载的水压人工肌肉。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种水压人工肌肉，包括封闭端接头、弹性橡胶管、高强度纤维编织网、通水端接头、两个端扣压环、两个中扣压环和两个倒锥齿面扣压环；所述的高强度纤维编织网由高强度纤维紧密编织成管状，其轴向长度比弹性橡胶管长，弹性橡胶管穿入高强度纤维编织网中；所述的封闭端接头和通水端接头上都有倒锥齿面和凸肩，倒锥齿面和凸肩之间的外圆面是中扣压面，封闭端接头的倒锥齿面和通水端接头的倒锥齿面均朝向弹性橡胶管的内部从两端***弹性橡胶管，弹性橡胶管覆盖封闭端接头和通水端接头的倒锥齿面及中扣压面，高强度纤维编织网比弹性橡胶管长出的部分跨过封闭端接头和通水端接头的凸肩，覆盖封闭端接头和通水端接头的端扣压面，并由两个端扣压环分别扣压在封闭端接头和通水端接头的端扣压面上，高强度纤维编织网翻过来覆盖端扣压环，再跨过凸肩，并覆盖中扣压面和倒锥齿面，高强度纤维编织网翻过来覆盖中扣压面和倒锥齿面的部分连同高强度纤维编织网和内层的弹性橡胶管一起，由两个中扣压环和两个倒锥齿面扣压环扣压在封闭端接头和通水端接头的中扣压面和倒锥齿面上；

所述的通水端接头中心开有通水孔和螺纹孔，封闭端接头在端扣压面一头开有螺纹盲孔。

本发明所述的高强度纤维编织网使用的纤维材料是芳纶1414或高强度聚乙烯纤维或PBO纤维；所述的封闭端接头和通水端接头使用的材料是不锈钢或耐海水腐蚀的不锈钢。

本发明工作时，通水端接头的螺纹孔连接用于固定和通水的连接接头，封闭端接头的螺纹盲孔连接驱动对象。当水压人工肌肉通入一定压力的水后，在水压的作用下，弹性橡胶管和高强度纤维编织网发生变形，使水压人工肌肉直径增大，长度减小，进而对封闭端接头的螺纹盲孔连接的驱动对象产生拉力作用。弹性橡胶管把一定压力的水封闭在内部，由于高强度纤维编织网是由高强度纤维紧密编织成管状的，覆盖在弹性橡胶管外面，使水压人工肌肉能够承受足够大的内部水压力。在封闭端接头和通水端接头的倒锥齿面结构和凸肩结构，以及端扣压环、中扣压环和倒锥齿面扣压环的扣压作用下，使水压人工肌肉能够承受大拉力载荷。

具体原理和作用是：端扣压环被凸肩限制在端部，高强度纤维编织网绕过端扣压环后再由中扣压环和倒锥齿面扣压环扣压。水压人工肌肉受拉时，高强度纤维编织网翻过来的部分与原部分拉动的方向相反，又受到端扣压环和凸肩的阻挡作用，加上中扣压环和倒锥齿面扣压环的扣压作用，使高强度纤维编织网被牢牢紧固在封闭端接头和通水端接头上，进而使水压人工肌肉不易被大的拉力负载破坏，不会产生封闭端接头或通水端接头脱开的现象。并且，弹性橡胶管被倒锥齿面扣压环和中扣压环扣压压紧后，弹性橡胶管与封闭端接头和通水端接头上的倒锥齿面交错在一起，形成足够大的阻力作用，进一步防止弹性橡胶管与封闭端接头和通水端接头脱开。因此，本发明的水压人工肌肉具有耐高压力和承受大拉力载荷的高强度性能，是高强度水压人工肌肉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明采用由高强度纤维紧密编织成管状的高强度纤维编织网覆盖在弹性橡胶管外，使本发明能够耐受很高的压力和拉力载荷。

2、本发明的两端接头上都有倒锥齿面和凸肩，在两端扣压跨过凸肩的高强度纤维编织网后，再在两端接头的中部和倒锥齿面两个部位扣压翻过来的高强度纤维编织网和弹性橡胶管，使本发明两端能够耐受很高的拉力载荷而不会产生两端接头处脱开的现象。

3、本发明的水压人工肌肉具有耐高压力和承受大拉力载荷的高强度性能，进而能够随着工作压力的提高而大幅提高输出力，并且使人工肌肉的工作压力范围与现有的水压传动元件，如泵、控制阀等的工作压力相匹配。

4、本发明的封闭端接头和通水端接头采用不锈钢或其他不锈材料，可以耐受水的锈蚀作用，用于海水中时采用耐海水腐蚀的不锈钢或其他不锈材料，能够工作于水下环境。

5、本发明作为人工肌肉和水压传动技术相结合的水压驱动元件，具有清洁环保、出力重量比高等优点。本发明没有类似液压缸的活塞杆伸出部件，不存在动密封处海水污染问题，采用海水液压传动应用于海洋水下环境中，有利于水下作业机械的轻小型化。

附图说明

本发明仅有附图1张，其中：

图1是本发明的结构示意图。

图中：1.封闭端接头，2.弹性橡胶管，3.高强度纤维编织网，4.通水端接头，12.端扣压面A，13.凸肩A，14中扣压面A，15.倒锥齿面A，16.螺纹盲孔，41.通水孔，42.端扣压面B，43.凸肩B，44.中扣压面B，45.倒锥齿面B，46.螺纹孔，51.端扣压环A，52.端扣压环B，61.中扣压环A，62.中扣压环B，71.倒锥齿面扣压环A，72.倒锥齿面扣压环B。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种水压人工肌肉，包括封闭端接头1、弹性橡胶管2、高强度纤维编织网3、通水端接头4、端扣压环A51、中扣压环A61、倒锥齿面扣压环A71、端扣压环B52、中扣压环B62、倒锥齿面扣压环B72；所述的高强度纤维编织网3由高强度纤维紧密编织成管状，其轴向长度比弹性橡胶管2长，弹性橡胶管2穿入高强度纤维编织网3中，所述的封闭端接头1上有倒锥齿面A15和凸肩A13，通水端接头4上有倒锥齿面B45和凸肩B43，封闭端接头1的倒锥齿面A15和通水端接头4的倒锥齿面B45均朝向弹性橡胶管2的内部从两端***弹性橡胶管2，弹性橡胶管2覆盖封闭端接头1的倒锥齿面A15、中扣压面A14和通水端接头4的倒锥齿面B45及中扣压面B44，高强度纤维编织网3比弹性橡胶管2长的部分跨过封闭端接头1的凸肩A13和通水端接头4的凸肩B43，覆盖封闭端接头1的端扣压面A12和通水端接头4的端扣压面B42，并由端扣压环A51和端扣压环B52分别扣压在封闭端接头1的端扣压面A12和通水端接头4的端扣压面B42上，高强度纤维编织网3两端翻过来分别覆盖端扣压环A51和端扣压环B52，再分别跨过凸肩A13和凸肩B43，并分别覆盖封闭端接头的中扣压面A14、倒锥齿面A15和通水端接头的中扣压面B44、倒锥齿面B45，高强度纤维编织网3翻过来覆盖中扣压面和倒锥齿面的部分连同高强度纤维编织网3和内层的弹性橡胶管2一起，由中扣压环A61、中扣压环B62和倒锥齿面扣压环A71、倒锥齿面扣压环B72分别扣压在封闭端接头1的中扣压面A14、倒锥齿面A15和通水端接头4的中扣压面B44和倒锥齿面B45上。

所述的通水端接头4中心开有通水孔41和螺纹孔46，封闭端接头1在端扣压面A12一头开有螺纹盲孔16。所述的高强度纤维编织网3使用的纤维材料可以是芳纶1414或高强度聚乙烯纤维或PBO纤维。所述的封闭端接头1和通水端接头4使用的材料是不锈钢或其他不锈材料，用于海水中时采用耐海水腐蚀的不锈钢或其他不锈材料。

本发明工作时，通水端接头4的螺纹孔46连接用于固定和通水的连接接头，封闭端接头1的螺纹盲孔16连接驱动对象。当本发明的水压人工肌肉通入一定压力的水后，在水压的作用下，弹性橡胶管2和高强度纤维编织网3发生变形，使本发明的水压人工肌肉直径增大，长度减小，进而对封闭端接头1的螺纹盲孔16连接的驱动对象产生拉力作用。弹性橡胶管2把一定压力的水封闭在内部，由于所述的高强度纤维编织网3是由高强度纤维紧密编织成管状的，覆盖在弹性橡胶管2外面，使水压人工肌肉能够承受足够大的内部水压力。在封闭端接头1和通水端接头4的倒锥齿面A15、倒锥齿面B45的倒锥齿结构和凸肩A13、凸肩B43的凸肩结构作用下，以及端扣压环A51、端扣压环B52、中扣压环A61、中扣压环B62和倒锥齿面扣压环A71、倒锥齿面扣压环B72的扣压作用下，使本发明的水压人工肌肉能够承受大拉力载荷。具体原理和作用是：端扣压环A51、端扣压环B52被凸肩A13、凸肩B43分别限制在封闭端接头1和通水端接头4的端部，高强度纤维编织网3两端绕过端扣压环A51、端扣压环B52后再由中扣压环A61、中扣压环B62和倒锥齿面扣压环A71、倒锥齿面扣压环B72扣压，这样，本发明的水压人工肌肉受拉时，高强度纤维编织网3两端翻过来的部分与中间部分拉动的方向是相反的，又受到端扣压环A51、端扣压环B52和凸肩A13、凸肩B43的阻挡作用，加上中扣压环A61、中扣压环B62和倒锥齿面扣压环A71、倒锥齿面扣压环B72的扣压作用，使高强度纤维编织网3被牢牢紧固在封闭端接头1和通水端接头4上，进而使水压人工肌肉不易被大的拉力负载破坏，不会产生封闭端接头1或通水端接头4与高强度纤维编织网3脱开的现象。并且，弹性橡胶管2被倒锥齿面扣压环A71、倒锥齿面扣压环B72和中扣压环A61、中扣压环B62扣压压紧后，弹性橡胶管2与封闭端接头1上的倒锥齿面A15和通水端接头4上的倒锥齿面B45交错在一起，形成足够大的阻力作用，进一步防止弹性橡胶管2与封闭端接头1和通水端接头4脱开。因此，本发明的水压人工肌肉具有耐高压力和承受大拉力载荷的高强度性能，进而能够随着工作压力的提高而大幅提高输出力，并且使人工肌肉的工作压力范围与现有的水压传动元件，如泵、控制阀等的工作压力相匹配。

本发明的水压人工肌肉作为人工肌肉和水压传动技术相结合的水压驱动元件，具有清洁环保、出力重量比高等优点。本发明没有类似液压缸的活塞杆伸出部件，不存在动密封处海水污染问题，采用海水液压传动应用于海洋水下环境中，有利于水下作业机械的轻小型化。

Claims (2)

1.一种水压人工肌肉，其特征在于：包括封闭端接头（1）、弹性橡胶管（2）、高强度纤维编织网（3）、通水端接头（4）、两个端扣压环、两个中扣压环和两个倒锥齿面扣压环；所述的高强度纤维编织网（3）由高强度纤维紧密编织成管状，其轴向长度比弹性橡胶管（2）长，弹性橡胶管（2）穿入高强度纤维编织网（3）中；所述的封闭端接头（1）和通水端接头（4）上都有倒锥齿面和凸肩，倒锥齿面和凸肩之间的外圆面是中扣压面，封闭端接头（1）的倒锥齿面和通水端接头（4）的倒锥齿面均朝向弹性橡胶管（2）的内部从两端***弹性橡胶管（2），弹性橡胶管（2）覆盖封闭端接头（1）和通水端接头（4）的倒锥齿面及中扣压面，高强度纤维编织网（3）比弹性橡胶管（2）长出的部分跨过封闭端接头（1）和通水端接头（4）的凸肩，覆盖封闭端接头（1）和通水端接头（4）的端扣压面，并由两个端扣压环分别扣压在封闭端接头（1）和通水端接头（4）的端扣压面上，高强度纤维编织网（3）翻过来覆盖端扣压环，再跨过凸肩，并覆盖中扣压面和倒锥齿面，高强度纤维编织网（3）翻过来覆盖中扣压面和倒锥齿面的部分连同高强度纤维编织网（3）和内层的弹性橡胶管（2）一起，由两个中扣压环和两个倒锥齿面扣压环扣压在封闭端接头（1）和通水端接头（4）的中扣压面和倒锥齿面上；

所述的通水端接头（4）中心开有通水孔（41）和螺纹孔（46），封闭端接头（1）在端扣压面一头开有螺纹盲孔（16）。

2.根据权利要求1所述的一种水压人工肌肉，其特征在于：所述的高强度纤维编织网（3）使用的纤维材料是芳纶1414或高强度聚乙烯纤维或PBO纤维；所述的封闭端接头（1）和通水端接头（4）使用的材料是不锈钢或耐海水腐蚀的不锈钢。

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