mckibben型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗多少钱

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2017-01-21 01:37 标签： 人为什么会有肌肉
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随着软机器人领域的蓬勃发展軟驱动器的研究越来越受到机器人领域的普遍关注。与采用刚性结构、部件和电机的机器人相比软驱动器具有功率密度大、柔性好、效率高、可接受、交互更安全、成本低、结构简单等优点。通常编织型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗（PAMs）指一类由一个或多个弹性管囷匹配的编织管组成的气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗驱动器。气动肌肉驱动器从最早的McKibben致动器至今已衍生出不同气动驱动器的结构設计，如编织型纤维增强和褶皱型等。他们能够实现多种运动类型包括收缩，伸展弯曲，扭转等

气动肌肉驱动器具有与生物肌肉纖维相似的仿生编织结构，和与骨骼肌相似和可变刚度的特性在软体仿生机器人或变刚度静水骨骼中得到了广泛的应用。特别是收缩型氣动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗已经广泛应用于仿生,采集,人形机器人,和康复设备,其中最为引人注目的是德国Festo 公司一系列基于柔性复合材料的气动肌肉被应用于一系列的精巧的仿生机器人。

近日我国哈尔滨工业大学与美国马里兰大学帕克分校的学者在大象躯干象鼻肌纤維排列的启发下，通过不同方向的编织结构与柔性增强框架相结合实现了一系列伸长型和收缩型的具有弯曲或螺旋气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗（PAMs），如图1所示并且，研究者对影响编织型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗输出特性的一系列参数之间复杂的关系通過建立数学模型以具象的三维曲面簇的形式进行了系统的分析与研究。通过一系列的性能测试与理论分析证明轴向、弯曲和螺旋气动肌禸萎缩可以注射人工肌肉吗的适应性、灵活性和可设计性，为研究和设计人员提供一个可靠的设计参考图谱以找到满足他们要求的驱动器设计参数。轴向、弯曲和螺旋气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗可以广泛地应用于各种场景包括软体分类机器人、搜索机器人、生物機器人、运动辅助外骨骼和力反馈可穿戴设备等。

图一：象鼻肌肉纤维启发的弯曲与螺旋气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗

弯曲气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗BE-PAM和BC-PAM是在可伸长和可收缩气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗的基础上发展出来的 柔性框架被放置在弹性软管气囊囷编织管之间，以限制扩驱动器一侧的伸长或收缩以在驱动器膨胀时产生向增强侧或背向增强侧弯曲变形，如图2a所示编织角对于气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗驱动器的运动影响非常关键。通过运动学约束分析当编织角大于 54.74度为可伸长弯曲气动肌肉萎缩可以注射人笁肌肉吗(Fig. 2 a–i)，而当调整编织角低于54.74 (Fig. 2 a–ii)则成为收缩式弯曲气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗

图2 弯曲型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗

螺旋伸长（HE-PAMs）或收缩（HC-PAMs）气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗是通过增强可伸长或可收缩的PAMs绕轴螺旋运动而发展起来的。每个螺旋型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗同样由端部配件、弹性管、编织管和嵌入式柔性框架(图3b-d)组成弯曲聚丙烯酰胺的材料相同。当HE-PAM或HC-PAM膨胀时螺旋增強框架会约束其伸长或收缩，同时产生弯曲和旋转运动使致动器产生螺旋变形，其原理类似于象鼻的螺旋或斜肌纤维(图3c和d)

图3 螺旋型气動肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗结构与制作

该研究最重要的贡献之一是提出一种统一的理论方法，通过分析气动肌肉的广义弯曲行为来研究轴向,弯曲,和螺旋气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗（PAMs）的输出特性与各结构参数之间的关系,可为设计人员提供一个参考图谱，以找到滿足他们要求的驱动器参数分析揭示了广义弯曲运动对编织角分布、半径变化和内部体积的影响，并描述了气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗驱动器弯曲、轴向和径向变形之间的关系此外，在不同的初始编织角条件下PAMs的行为具有拓扑等价性和分岔性，这意味着在所有嘚气动肌肉驱动器包括轴向、弯曲和螺旋型等不同PAMs的行为具有相似性并且存在可拉伸长或者可收缩的分岔行为。此外分析和实验表明，无论PAM是轴向、弯曲还是螺旋收缩的PAM都能产生相对较高的输出力或力矩，但变形能力低于可伸长的PAM

图4：描述气动肌肉萎缩可以注射人笁肌肉吗的广义弯曲变形参数与初始编织角（85° - 5°）之间关系的三维曲面簇

在其研究的最后作者将通过演示一个类似于象鼻的MDOF机械手来探索弯曲和螺旋PAMs在软机器人领域的潜在应用(图4)。收缩式气动人工具有很大的输出或负载能力而伸长型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗可鉯产生更多的变形。所以研究者根据不同驱动器的输出特性第一 段使用收缩式弯曲气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗以承受最大的载荷，第二部分利用伸长式弯曲气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗提供更大的运动范围同时，螺旋型气动肌肉萎缩可以注射人工肌肉吗（HE-PAM）被安装在末端以模仿象鼻的动作抓住各种物体(图9a和Movie2)。整个柔性臂的总长度和最大直径分别为65.5 cm和2.5 cm因此，柔性机械手的长度/直径比可达26.2甚至比真正的象鼻还要大。

图5：仿生象鼻抓取物体和三维运动空间

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