专利名称：一种人工肌群测试平台及人工肌群框架的制作方法
技术领域：
本实用新型属于人工肌群测试装置技术领域，具体涉及一种结构简单、使用方便的人工肌群测试平台及人工肌群框架。
背景技术：
人工肌肉模拟生物骨骼肌的物理特性，具有柔顺性好、能量密度高、直接驱动等优点，有望为未来智能机器人和仿生机械提供高品质驱动方式。因此，尽管目前主流的人工肌肉，如形状记忆合金(Shape memory alloy, SMA)、气动人工肌肉(pneumatic muscleactuator, PMA)和各种聚合物(以dielectric elastomers为代表),在各项指标上与生物骨骼肌还有很大差距，但是人工肌肉相关的研究还是吸引了国内外学者的广泛关注，成为机器人领域的研究热点。例如，英国Shadow机器人公司研制了一种PMA驱动的灵巧手，具有24个关节，其中20个可实现主动控制，每个关节由一对推挽布置的人工肌肉驱动，达到人工肌肉应用领域的较高水平。再例如，美国麻省理工大学Asada教授带领的研究小组系统研究了人工肌群的驱动特性。他们构建了蜂窝结构的人工肌群致动器，研究了该致动器的广播式随机控制算法，并采用压电陶瓷和SMA丝制作了物理样机和实验研究。此外，国内哈尔滨工业大学、北京理工大学、华中科技大学等单位也对气动人工肌肉、电致弹性体、人工肌肉驱动灵巧手等方向展开研究。但是，这些研究大都基于单个人工肌肉，当人工肌肉以集群的形式发挥作用时，其驱动和控制特性呈现非线性和混沌，尚有许多理论和技术上的问题要解决。

实用新型内容针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种结构简单、使用方便的人工肌群测试平台及人工肌群框架。所述的一种人工肌群测试平台，包括底座，其特征在于所述的底座上配合设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台和运动测试机构之间设有由尼龙丝制成的人工韧带，所述的人工韧带上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉一一对应的接线口，所述的人工肌肉采用一组相同规格的N1-Ti形状记忆合金弹簧，即SMA弹簧，N1-Ti材料具有形状记忆效应，能在焦耳热的作用下回复到初始形状，若事先被拉长，就会输出一定大小的力和位移；人工韧带采用燃点较高的尼龙丝，用于连接SMA弹簧及连杆，模拟韧带的功能。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的运动测试机构包括设置在底座一侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件，所述的固定杆件顶部外侧设置铰链，运动杆件通过铰链与固定杆件连接，所述的人工韧带一端穿过铰链固定在运动杆件上。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板，支撑板上横向间隔设置一组空腔，空腔底部间隔设置一组用于人工韧带活动的通孔，人工韧带一端固定在运动测试机构上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板上。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座上的风扇座，所述的风扇座上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的人工肌肉初始长度为18_22mm，拉长长度为40-42mm，人工韧带上相邻两个人工肌肉之间的距离为30-50 mm。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的固定杆件与人工肌肉附着平台之间还设有横梁。所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于相邻两块支撑板之间的距离为60-70mmD所述的人工肌群测试平台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设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，所述的散热机构包括固定设置在底座上的风扇座，所述的风扇座上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇，所述的人工肌肉附着平台上设有接线口。所述的人工肌群测试平台所用的人工肌群框架，其特征在于所述的运动测试机构包括设置在底座一侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件，所述的固定杆件顶部外侧设置铰链，运动杆件通过铰链与固定杆件连接，所述的人工韧带一端穿过铰链固定在运动杆件上，所述的固定杆件与人工肌肉附着平台之间还设有横梁。所述的人工肌群测试平台所用的人工肌群框架，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板，支撑板上横向间隔设置一组空腔，空腔底部间隔设置一组用于人工韧带活动的通孔，人工韧带一端固定在运动测试机构上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板上，接线口设置在每个支撑板上。通过采用上述技术，与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下I)本实用新型的人工肌肉采用一组相同规格的N1-Ti形状记忆合金弹簧，即SMA弹簧，由于N1-Ti材料具有形状记忆效应，能在焦耳热的作用下回复到初始形状，若事先被拉长，通电加热就会输出一定大小的力和位移；人工韧带采用燃点较高的尼龙丝，用于连接SMA弹簧及连杆，能模拟韧带的功能，便于人工肌群的测试；2)本实用新型在底座上设置散热模块，为测试中的人工肌肉群进行降温，能加快降温速度，提高测试效率，节省时间；3)本实用新型的支撑板阵列分布在底座上，设置横梁用于加强支撑板之间的刚度，而且每个支撑板上又阵列分布一组通孔和空腔，用于连接人工韧带与人工肌肉单元依次串联，串联的人工肌肉穿过这些通孔，每个支撑板上还固定设置接线口，该接线口与人工肌肉一一对应，用于人工肌肉供电线路的布线以及与控制模块的连接，配合人工肌肉的工作，能根据测试需要，进行一个或多个人工肌肉工作，用于测试肌群的输出位移和输出力；4)本实用新型的人工肌群测试平台和人工肌群框架结构简单，可用于各种材料和结构的人工肌肉集结成群，还可根据人工肌群的规模和尺寸，随意调整支撑板阵列数量和间距，达到可适应设计和开放式架构的设计效果，它仿生骨骼肌的组成结构和驱动机理，以SMA弹簧作为基本致动单元，提出一种人工肌群测试平台，并提供肌肉依附框架、控制接口和运动机构，为人工肌肉、人工肌群驱动和控制的研究提供物质基础。
图1为本实用新型人工肌群测试平台的结构示意图；图2为本实用新型人工肌群框架的结构示意图。图中1-运动杆件，2-铰链，3-人工韧带，4-人工肌肉，5-支撑板，501-空腔，502-通孔，6-底座，7-接线口，8-风扇座，9-风扇，10-横梁，11-固定杆件。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本实用新型作进一步的描述如图1所示，一种人工肌群测试平台，包括底座6，底座6上配合设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台和运动测试机构之间设有由尼龙丝制成的人工韧带3，所述的人工韧带3上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉4，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉4——对应的接线口 7，人工肌肉4采用一组相同规格的N1-Ti形状记忆合金弹簧(简称SMA弹簧)，N1-Ti材料具有形状记忆效应，能在焦耳热的作用下回复到初始形状，若事先被拉长，通电加热就会输出一定大小的力和位移；人工韧带3采用燃点较高的尼龙丝，用于连接SMA弹簧及连杆，模拟韧带的功能。底座为其它一切组件提供支撑。其中，运动测试机构包括设置在底座6 —侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件11，所述的固定杆件11顶部外侧设置铰链2，运动杆件I通过铰链2与固定杆件11连接；所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板5，一般至少为3块，相邻两块支撑板5之间的距离为60-70 mm,每块支撑板5上横向间隔设置2_10个空腔501，每个空腔501底部间隔设置一组用于人工韧带3活动的通孔502，相邻通孔502之间的距离为5-20mm，所述的人工韧带3 —端穿过铰链2固定在运动杆件I上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板5上；所述的散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座6上的风扇座8，所述的风扇座8上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇9，如图中所示，本实用新型的人工肌肉4初始长度为18-22mm，优选长度为20mm，拉长长度为40_42mm，人工肌肉可拉长一倍，人工韧带3上相邻两个人工肌肉4之间的距离为30-50 mm，优选为40mm。为了增加测试平台的稳定性和牢固性，本实用新型在固定杆件11与人工肌肉附着平台的支撑板5之间设有横梁10。如图2所示，一种人工肌群测试平台所用的人工肌群框架，包括底座6，所述的底座6上配合设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，所述的人工肌肉附着平台和运动测试机构之间设有由尼龙丝制成的人工韧带3，所述的人工韧带3上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉4，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉4 一一对应的接线口 7，所述的散热机构包括固定设置在底座6上的风扇座8，所述的风扇座8上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇9 ;所述的运动测试机构包括设置在底座6 —侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件11，所述的固定杆件11顶部外侧设置铰链2，运动杆件I通过铰链2与固定杆件11连接，所述的人工韧带3 —端穿过铰链2固定在运动杆件I上，所述的固定杆件11与人工肌肉附着平台之间还设有横梁10 ;所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板5，支撑板5上横向间隔设置一组空腔501，空腔501底部间隔设置一组用于人工韧带3活动的通孔502，人工韧带3 —端固定在运动测试机构上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板5上，相邻两块支撑板5之间的距离为60-70 mm,每块支撑板5上横向间隔设置2-10个空腔501，每个空腔501底部间隔设置一组用于人工韧带3活动的通孔502，相邻通孔502之间的距离为5-20mm，人工肌肉4初始长度为18_22mm，优选长度为20mm，拉长长度为40-42mm，人工肌肉可拉长一倍，人工韧带3上相邻两个人工肌肉4之间的距离为30-50 mm,优选为40mm。本实用新型的人工肌群测试平台使用时，人工肌肉4在负载作用下被事先拉长后，再将接线口 7与外部电源连接，给SMA弹簧单元即人工肌肉4通电，人工肌肉4就会在焦耳热的作用下产生相变并收缩，进而回复到初始长度，输出一定大小的力和位移，整体表现为运动测试机构的转动。激活不同位置及数量的SMA弹簧，即人工肌肉4，就能获得不同的输出效果，为了减小肌群收缩的内部摩擦，本实用新型设计支撑板5阵列的间隔距离、人工肌肉4及连接韧带长度，当SMA弹簧拉长或者收缩时，使人工韧带3都搭在各个通孔502上。本实用新型的人工肌群测试平台和人工肌群框架结构简单，可用于各种材料和结构的人工肌肉集结成群，还可根据人工肌群的规模和尺寸，随意调整支撑板阵列数量和间距，达到可适应设计和开放式架构的设计效果，还可根据测试需要，打开I组或多组人工肌肉进行测试，得到不同的测试结果，即肌群的输出位移和输出力，所述的输出位移为弹簧收缩的长度，所述的输出力为弹簧收缩的产生的张紧力。
权利要求1.一种 人工肌群测试平台，包括底座(6 )，其特征在于所述的底座(6 )上配合设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台， 所述的人工肌肉附着平台和运动测试机构之间设有由尼龙丝制成的人工韧带(3)，所述的人工韧带(3)上间隔设置一组由SMA弹簧制成的人工肌肉(4)，所述的人工肌肉附着平台上配合设置一组与人工肌肉(4)——对应的接线口(7)。
2.根据权利要求1所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的运动测试机构包括设置在底座(6) —侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件(11)，所述的固定杆件(11)顶部外侧设置铰链(2)，运动杆件(I)通过铰链(2)与固定杆件(11)连接，所述的人工韧带(3)—端穿过铰链(2)固定在运动杆件(I)上。
3.根据权利要求1所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板(5)，支撑板(5)上横向间隔设置一组空腔(501)，空腔(501)底部间隔设置一组用于人工韧带(3)活动的通孔(502)，人工韧带(3)—端固定在运动测试机构上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板(5)上。
4.根据权利要求1所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的散热机构设置在人工肌肉附着平台一侧，它包括固定设置在底座(6)上的风扇座(8)，所述的风扇座(8)上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇(9 )。
5.根据权利要求1所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的人工肌肉(4)初始长度为18-22mm，拉长长度为40_42mm，人工韧带(3)上相邻两个人工肌肉(4)之间的距离为 30-50 mm。
6.根据权利要求2所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于所述的固定杆件(11)与人工肌肉附着平台之间还设有横梁(10 )。
7.根据权利要求3所述的一种人工肌群测试平台，其特征在于相邻两块支撑板(5)之间的距离为60-70 mm。
8.—种如权利要求1所述的人工肌群测试平台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)上配合设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，所述的散热机构包括固定设置在底座(6)上的风扇座(8)，所述的风扇座(8)上安装用于给人工肌肉附着平台散热的风扇(9 )，所述的人工肌肉附着平台上设有接线口( 7 )。
9.根据权利要求8所述的人工肌群测试平台所用的人工肌群框架，其特征在于所述的运动测试机构包括设置在底座(6) —侧并与人工肌肉附着平台平行的固定杆件(11)，所述的固定杆件(11)顶部外侧设置铰链(2 )，运动杆件(I)通过铰链(2 )与固定杆件(11)连接，所述的人工韧带(3)—端穿过铰链(2)固定在运动杆件(I)上，所述的固定杆件(11)与人工肌肉附着平台之间还设有横梁(10)。
10.根据权利要求8所述的人工肌群测试平台所用的人工肌群框架，其特征在于所述的人工肌肉附着平台包括一组平行设置的支撑板(5)，支撑板(5)上横向间隔设置一组空腔(501)，空腔(501)底部间隔设置一组用于人工韧带(3)活动的通孔(502)，人工韧带(3)一端固定在运动测试机构上，另一端固定在运动测试机构最远的支撑板(5)上，接线口(7)设置在每个支撑板(5)上。
专利摘要一种人工肌群测试平台及人工肌群框架，属于人工肌群测试装置技术领域。它包括底座，底座上设置运动测试机构、散热机构及人工肌肉附着平台，人工肌肉附着平台和运动测试机构之间设有人工韧带，人工韧带上间隔设置一组人工肌肉，人工肌肉附着平台上设置与人工肌肉一一对应的接线口。本实用新型的人工肌群测试平台和人工肌群框架结构简单，可用于各种材料和结构的人工肌肉集结成群，还可根据人工肌群的规模和尺寸，随意调整支撑板阵列数量和间距，能适应设计和开放式架构的设计效果，它仿生骨骼肌的组成结构和驱动机理，以SMA弹簧作为基本致动单元，并提供肌肉依附框架、控制接口和运动机构，为人工肌肉、人工肌群驱动和控制的研究提供物质基础。
文档编号G01M99/00GK202916110SQ20122063116
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月26日 优先权日2012年11月26日
发明者应申舜, 王忠飞, 方珠芳, 计时鸣, 张利 申请人:浙江工业大学