气动人工肌肉概述.PDFVIP

先进制造技术课程大作业 2016 年10 月 气动人工肌肉概述 汪 雨 天津大学机械学院机械工程专业2016 级硕士生 摘要：回顾了气动人工肌肉的发展历史，并分别描述了各种典型气动肌肉，介绍了典型的应用实例，在此基础之上，对未来的 发展方向作了一些展望。从目前的发展趋势来看，气动人工肌肉的工作机理分析短期内难以突破，相对而言新型结构设计及应 用将得到迅速发展，可以预见在仿生、理疗、虚拟现实等诸多领域有着广阔的应用前景。 关键词：气动人工肌肉 研究现状 发展趋势 编织,纤维丝是螺旋缠绕在气密弹性管上,纤维丝与 0 前言* 肌肉轴线所夹的锐角称为编织角。当气密弹性管内 加压时,气密弹性管在内压的作用下发生变形,带动 气动人工肌肉是流体驱动人工肌肉的一种，他 编织套一起径向移动,编织角增大,编织套轴向缩短, 利用限制变形的支承材料作为骨架，骨架内部是可 拉动两端的负载,与此同时编织套的纤维丝产生拉 膨胀的气囊结构，通过气囊的膨胀与收缩来执行各 力,此拉力与气密弹性管内压相平衡。由于此种肌肉 种柔顺的动作。气动人工肌肉(Pneumatic artificial 是由气密弹性管推压编织套来工作的,因此,这种肌 muscle ，PAM) 除具有气压传动技术所具有的低成 肉不能在负压下工作。 本、清洁、安装简便等优点之外，还具有高功率/ 1.1.1 McKibben肌肉 质量比、自然柔顺性、与生物肌肉类似的力学特性 McKibben肌肉是当前使用最广泛的一种气动人 等优点，受到越来越多研究者的关注，有人称气动 工肌肉,现有公开发表的文献中关于它的介绍也最 人工肌肉的出现,是气动技术的又一次革命 多。它是筒状编织结构,内部的气密弹性管两端部和 本文对气动人工肌肉的相关研究内容进行了系 编织套的两端部一起与两端的连接附件相连,两端 统整理和分析，介绍了气动人工肌肉的发展历程， 的附件的功能不仅用于传力,而且也起密封作用。 并分别描述了各种典型气动肌肉，介绍了典型的应 McKibben肌肉采用的典型材料是橡胶和尼龙纤维, 用实例，在此基础之上，对未来的发展方向作了一 图2为McKibben肌肉的结构及工作状态图。 些展望。 1 气动人工肌肉的分类 按结构形式可将气动人工肌肉分为三类:编织 式人工肌肉、网孔式人工肌肉和嵌入式人工肌肉。 1.1 编织式人工肌肉 编织式人工肌肉主要由气密弹性管和套在它外 图2 McKibben肌肉 面的编织套组成,如图1所示。 1.1.2 套囊肌肉 这种肌肉的气密弹性管两端是封闭的,呈球囊 状,且不与两端的连接附件相连,整个气密弹性管处 于浮动状态,只有编织套两端与两端的连接附件相 连,传递拉力,承受负载。这种结构意味着气密弹性 管不承受负载产生的拉力,但是,在肌肉收缩过程中, 图1 橡胶薄膜仍要储存一部分变形能,从而减小了肌肉 编织纤维沿与肌肉轴线成一定角度(+θ和- θ 的输出力。这种肌肉的优点是安装相当容易。