CN110026971A - 电磁仿生肌肉装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及人造肌肉技术领域，公开了一种电磁装置、仿生肌肉装置方法及相关产品。其中，该电磁装置包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳，用于模仿生物肌肉的肌小节的运动方式：收缩运动、静止和放松三种状态，收缩机构在电磁力的作用下进行收缩运动，产生收缩动力，自锁机构保持装置的位置，保证装置的安全性和使装置处于静止状态，而在收到解锁信号时，自锁机构解锁，使装置处于放松状态，密封可伸缩外壳使装置密封成动力器件。由此可见，实施本申请实施例，可以实现对生物肌肉的模仿，从而可以应用于机械臂、机械手和机器人的结构中，使其结构简单，成本降低以及模块化。

Description

电磁仿生肌肉装置

技术领域

本申请涉及人造肌肉技术领域，尤其涉及一种电磁装置，仿生肌肉装置方法及相关产品。

背景技术

随着人工智能和智能制造技术的发展，机械臂、机械手和机器人在工农业、服务业和人们生活中起到越来越重要的作用。

然而，机械臂、机械手和机器人的动作机构通常为电动装置包括减速器、电动机、制动装置等，或气动装置，或液压装置，结构复杂，成本较高，不如人类或动物肌肉与骨骼组成的动作机构灵活。因此，如何模仿肌肉和骨骼结构来提高动作机构的灵活性，并降低复杂度和成本成为一个亟待解决的问题。

肌肉是由圆柱状的肌纤维组成的，而肌纤维中包含有许多纵向排列的肌原纤维，它是肌肉收缩的装置。肌原纤维由肌小节组成。在每个肌小节中，由肌球蛋白组成的粗肌丝和由肌动蛋白组成的细肌丝—F-肌动蛋白相互穿插排列，并且依靠粗肌丝头端的横桥使二者紧密接触在一起。肌肉的收缩是粗肌丝和细肌丝发生相对运动的结果。当横桥处于立起并静止状态时，肌肉处于静止状态。当横桥处于倒伏状态时，肌肉处于放松状态。因此，肌小节以及由它们组成的肌肉组织有三种状态：收缩运动、静止和放松状态。

发明内容

本申请实施例提供了一种仿生肌肉装置方法和相关产品，可以模仿肌肉的运动和动力方式，为仿生机械臂、机械手和机器人提供最基本的动作装置。

第一方面，本申请实施例公开了一种电磁装置，所述电磁装置包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳，其中，

所述收缩机构，用于在收到动作信号时，产生收缩动作，从而带动整个装置进行收缩；

所述自锁机构，首先用于在收缩机构进行收缩动作时，自动锁定收缩运动部件的位置，以防在突然失去收缩动作所需能量如电力时，保持整个装置所处的位置，从而保证整个装置的安全性；其次，仿生肌肉需要处于静止状态时，所述自锁机构锁定装置的位置，使整个装置保持在静止状态；第三，仿生肌肉需要处于放松状态时，所述自锁机构收到解锁信号后，解锁该机构，使装置处于放松状态；

所述密封可伸缩外壳，用于密封封装整个装置，使其不受外部环境如灰尘、湿度等的影响，提高可靠性，同时具有可伸缩性，使整个装置可以在一定范围内进行伸缩运动；

第二方面，本申请实施例公开了一种仿生肌肉实现方法，应用于包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳的电磁装置，所述方法包括：

收缩机构在收缩信号作用下，带动整个装置进行收缩运动；

在收缩运动时，自锁机构自动随时锁定装置当前位置；

在收缩机构没有收到收缩信号时，自锁机构自动锁定装置当前位置，使装置处于静止状态；

在自锁机构收到解锁信号时，自锁机构解除对收缩机构的锁定，使收缩机构处于***状态，使装置处于放松状态。

第三方面，本申请实施例公开了一种仿生肌肉装置的密封可伸缩外壳装置，应用于封装包括收缩机构和自锁机构的电磁装置。

所述密封可伸缩外壳装置为波纹管或二个套在一起的管，二端与装置的端盖结合在一起，使装置为密封装置，隔绝外部环境对装置内部的影响。

本申请实施例中，仿生肌肉装置包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳，用于模仿肌肉的运动方式；收缩机构在收到收缩信号时进行收缩，从而带动装置收缩；在没有收缩运动时，自锁机构锁定装置当前的位置，使装置处于静止状态；自锁机构在收到解锁信号时，解锁，使装置处于放松状态。由此可见，实施本申请实施例，可以模仿肌肉的运动方式，并通过多个装置串并联的方式模仿肌肉组织，从而为更灵活、模块化以及仿生的机械臂、机械手以及机器人提供最基本的动作装置。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下图将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下图描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种电磁装置的结构示意图；

图2为本申请实施例公开的一种收缩机构的结构示意图；

图3为本申请实施例公开的另一种收缩机构的结构示意图；

图4为本申请实施例公开的一种自锁机构的结构示意图；

具体实施方式

为了使本申请的目的，技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法或设备固有的其他步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供了一种电磁仿生肌肉装置方法及相关产品，通过电磁力学方式模拟肌肉的运动和动力方式，即肌肉的收缩、静止和放松状态，可以应用于仿生机械臂、机械手和机器人，使它们具有更灵活、结构更简单的模块化构造。以下分别进行详细说明。

请参阅图1，图1为本申请实施例公开的一种电磁装置100的结构示意图，如图1所示，电磁装置100包括收缩机构，它是由定子101和动子102组成，自锁机构103，定子端盖104，动子端盖105以及密封可伸缩外壳106。

本申请实施例中，收缩机构在收到收缩信号时，动子102在电磁力的作用下，向定子101内缩进。

自锁机构103，用于在收缩运动过程中使动子102自动锁定在当前位置，以防没有收缩信号如掉电时，动子不会在外力的作用下运动，因此保证装置的安全性；在没有收缩运动时，自锁机构103锁定装置动子的位置，使其不能***，使装置处于静止状态。自锁机构103在接收到解锁信号时，进行解锁，即不再锁定动子102，动子102可***，使装置处于放松状态。

密封可伸缩外壳106，将整个装置密封在一个可伸缩的外壳内，使其内部机构不受外部环境的影响，如粉尘、液体等，整个装置可以做成一个器件单元，有利于多器件的串并联组合。

请参阅图2，图2为本申请实施例公开的电磁仿生肌肉装置中收缩机构的一种具体实现方式的结构示意图，如图2所示，收缩机构200包括激磁线圈202和铁芯203组成的定子201，一个稀土永磁体环204套在不导磁钢柱205的一端组成动子206，动子206的不导磁钢柱上刻有凹槽207，作为自锁机构的锁槽。动子206穿套在定子铁芯203的内孔内，稀土永磁体204为轴向充磁。

该收缩机构是这样工作的，当激磁线圈流过正向激磁直流电时，动子的稀土永磁体环受到激磁线圈产生的磁场作用而向定子内部运动，带动动子进行收缩运动。若要使动子向相反方向运动，即伸展运动，激磁线圈流过反向激磁直流电即可。动子的运动通过动子端盖将伸缩动力传递给装置外部。

请参阅图3，图3为本申请实施例公开的电磁仿生肌肉装置中收缩机构的另一种具体实现方式的结构示意图，如图3所示，收缩机构300包括多槽铁心302和多个激磁线圈303组成的定子301，激磁线圈做成饼状放在铁心槽内。动子304由多个稀土永磁体环305、多个导磁体环306、以及不锈钢非导磁体中心轴307组成，其中永磁体轴向充磁，导磁体环的直径比永磁体环的直径略大，它们相邻套放在不锈钢非导磁体中心轴上，其之间的“凹”槽形了自锁机构需要的锁槽。

该收缩机构是这样工作的，当激磁线圈通过分相的方式通过正向激磁电流时，动子的稀土永磁体环受到激磁线圈产生的磁场作用而向定子内部运动，带动动子进行收缩运动。若要使动子向相反方向运动，即伸展运动，激磁线圈流过反向分相激磁直流电即可。动子的运动通过动子端盖将伸缩动力传递给装置外部。

请参阅图4，图4为本申请实施例公开的电磁仿生肌肉装置中自锁机构一种具体实现方式的结构示意图，如图4所示，自锁机构400由二块半环形电磁铁401，二块半环形衔铁402，弹簧403以及端盖404和405组成。每个半环形衔铁在内环上有一个斜切面，用于收缩机构的动子上的锁槽突出缘顶开衔铁，进行收缩运动，同时相对于斜切面的另外一面的平面卡住动子使其不能向相反方向运动，一方面是为了安全性，在掉电时保持动子位置，另一方面，在没有收缩信号时，保持装置的静止状态，即模仿肌肉的静止状态。当装置需要处于放松状态时，半环形电磁铁通电吸引半环形衔铁回缩，解锁这个自锁机构，使动子可以自由滑动，因而使装置处于放松状态。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种电磁装置，其特征在于，所述电磁装置包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳，其中，

所述收缩机构，用于在电磁力作用下，产生收缩运动，从而带动装置进行收缩；

所述自锁机构，用于在进行收缩运动时，随时锁定收缩机构的动子位置，使该动子只能向装置收缩方向运动，而不能向相反方向运动，保证装置的安全性；

所述密封可伸缩外壳，用于将整个装置密封成为动力器件，并且能够伸缩。

2.根据权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，

所述自锁机构，还用于在没有收缩运动时，锁定收缩机构的动子位置，使装置处于静止状态。

3.根据权利要求1所述的电磁装置，其特征在于，

所述自锁机构，还用于收到解锁信号时，解开对收缩机构的动子的锁定，使装置处于放松状态。

4.一种仿生肌肉方法，其特征在于，应用于包括收缩机构、自锁机构以及密封可伸缩外壳的电磁装置，所述方法包括：

在收到收缩信号时，控制所述收缩机构产生收缩运动；

在没有收缩信号和放松信号时，控制所述自锁机构锁定装置，使装置处于静止状态；

在收到放松信号时，控制所述自锁机构解锁，使装置处于可以自由伸缩的放松状态。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述电磁装置还包括密封可伸缩外壳；

所述方法还包括：

所述密封可伸缩外壳将装置密封成为动力器件，隔绝外部环境影响；

所述密封可伸缩外壳将装置密封成为动力器件，多个动力器件通过串并联连接方式形成仿生肌肉组织，增强拉动力和增大伸缩距离范围。