专利名称：人工肌肉集结群的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人工肌肉集结群。
背景技术：
人工肌肉具有功率密度大、高效、直接驱动、柔顺性好、无噪等类生物骨骼肌的优秀特性，在柔顺驱动领域中具有广泛应用前景。单根人工肌肉因输出力、位移有限，运动形式单一，难以满足大输出功率、多自由度运动等应用场合，因此，由一组人工肌肉联合驱动的创新构型及控制日益弓I起关注。如美国东北大学海洋生物学实验室研制了一种龙虾机器人[1]，用于河流和沿海底部的远程自治勘探工作，该龙虾机器人有8条腿，每条腿3个关节，每个关节1个自由度，分别由一对类似于自然颉颃肌布置的形状记忆合金(Siape Memory Alloy, SMA)丝驱动，在复杂的水下地形、水流和巨涌的工作条件下具有良好的稳健性。英国SHADOW公司开发了 Shadow灵巧手β]，摹仿成年人手掌的形状和大小，共20个自由度，分别由一对气动人工肌肉(Pneumatic Muscle Actuator，PMA)驱动，人工肌肉集结群交错在一起，实现从重物抓取到精确抓取等各种动作，在手臂截瘫患者的假肢置换具有广泛临床应用前景。国内学者也对人工肌肉及其柔顺驱动应用展开研究，如华中科技大学熊有伦、熊蔡华等研究了机器人多指抓取和操作[3]；西北工业大学秦现生研究了仿肌肉驱动器[4]，浙江大学陶国良、浙工大张立彬分别对气动肌肉并联关节、侧摆关节行了研究。以上研究有力促进了人工肌肉在机器人、假肢关节柔顺驱动中的应用水平。然而， 针对一组人工肌肉联合作用下，人工肌肉集结群的结构设计及其驱动力输出可裁剪控制的方法，目前还鲜见报道。人工肌肉集结群在结构、驱动和灵敏性控制方面，完全不同于单根人工肌肉，研究人工肌肉集结群构型及其驱动特性，充分发挥人工肌肉驱动的优异性能和简洁紧凑的结构，对于提升人工肌肉在柔顺驱动中的应用水平具有重要意义。
发明内容
为弥补单根人工肌肉因输出力、位移有限，运动形式单一的不足，满足机器人、假肢对大输出功率、多自由度驱动的需求，提高由一组人工肌肉联合作用下人工肌肉集结群的驱动效率和控制水平，本发明提供了一种人工肌肉集结群。人工肌肉集结群，由多个肌肉单元串联而成，所述的肌肉单元包括多个作为人工肌肉的弹簧，分别与弹簧两端固接的前连接板和后连接板，所述的弹簧沿连接板表面均勻分布，每个弹簧中穿设导引-锁紧机构；所述的导引-锁紧机构的两端分别与所述的前连接板、后连接板固接，所述的导引-锁紧机构由套筒和可滑动地套接于所述的套筒内的活塞组成，所述的活塞的内藏于套筒内的一端设有一圈凸环，所述的套筒的允许活塞外露的一端设有阻止所述的凸环脱离套筒的台阶；最前端的肌肉单元与最后端的肌肉单元分别连接一高强纤维；
所述的人工肌肉集结群中还设有能判断当前是否存在混沌行为、人工肌肉集结群的位移或张力输出是否合格的混沌特征测试模块，所述的混沌特征测试模块执行以下步骤1)、获取当前边界条件下，人工肌肉集结群的位移或张力的时间序列信号，并将时间序列信号进行A/D转换形成时间序列数据；2)、计算所述的时间序列数据的最大Lyapunov指数(李雅普诺夫指数)；3)、根据最大Lyapimov指数判断人工肌肉集结群是否存在混沌行为若最大Lyapimov指数大于0，则存在混沌行为，进入步骤4)；若最大Lyapimov指数等于0，初始误差不放大也不缩小，则认为人工肌肉集结群可进行进一步拉伸或压缩；最大Lyapimov小于0，则不存在混沌行为，人工肌肉集结群可进行进一步拉伸或压缩；4)、分别计算不同温度、负载、电压/电流边界条件下位移或张力的分形维数；5)、判断当前分形维数是否大于预设的阈值维数，若是，则根据分形维数越大、位移或张力输出的质量越差的原则，认为当前人工肌肉集结群位移或张力的输出质量不合格，应避免采用；若否，则认为当前肌肉集结群的位移或张力的输出质量合格。进一步，步骤幻中，最大Lyapimov指数的计算方法为相空间的某点Yj与其相邻近点Y' k间的距离为I IYj-Y' k| I = Sci，经过n个时间单位的演化后两点间的距离为δ Δη = I |YJ+.n-Y' k+J I。Lyapimov指数λ 为最近邻域发散速率的平均值，所以有
权利要求
1.人工肌肉集结群，由多个肌肉单元串联而成，所述的肌肉单元包括多个作为人工肌肉的弹簧，分别与弹簧两端固接的前连接板和后连接板，所述的弹簧沿连接板表面均勻分布，每个弹簧中穿设导引-锁紧机构；所述的导引-锁紧机构的两端分别与所述的前连接板、后连接板固接，所述的导引-锁紧机构由套筒和可滑动地套接于所述的套筒内的活塞组成，所述的活塞的内藏于套筒内的一端设有一圈凸环，所述的套筒的允许活塞外露的一端设有阻止所述的凸环脱离套筒的台阶；最前端的肌肉单元与最后端的肌肉单元分别连接一高强纤维； 所述的人工肌肉集结群中还设有能判断当前是否存在混沌行为、人工肌肉集结群的位移或张力输出是否合格的混沌特征测试模块，所述的混沌特征测试模块执行以下步骤1)、获取当前边界条件下，人工肌肉集结群的位移或张力的时间序列信号，并将时间序列信号进行A/D转换形成时间序列数据；2)、计算所述的时间序列数据的最大Lyapimov指数(李雅普诺夫指数)；3)、根据最大Lyapimov指数判断人工肌肉集结群是否存在混沌行为 若最大Lyapimov指数大于0，则存在混沌行为，进入步骤4)；若最大Lyapimov指数等于0，初始误差不放大也不缩小，则认为人工肌肉集结群可进行进一步拉伸或压缩；最大Lyapimov小于0，则不存在混沌行为，人工肌肉集结群可进行进一步拉伸或压缩；4)、分别计算不同温度、负载、电压/电流边界条件下位移或张力的分形维数；5)、判断当前分形维数是否大于预设的阈值维数，若是，则根据分形维数越大、位移或张力输出的质量越差的原则，认为当前人工肌肉集结群位移或张力的输出质量不合格，应避免采用；若否，则认为当前肌肉集结群的位移或张力的输出质量合格。
2.如权利要求1所述的人工肌肉集结群，其特征在于步骤2)中，最大Lyapimov指数的计算方法为相空间的某点Yj与其相邻近点Y' k间的距离为I IYj-Y' k| I = Sci，经过n个时间单位的演化后两点间的距离为
3.如权利要求1或2所述的人工肌肉集结群，其特征在于所述的弹簧通过螺钉与连接板固接。
全文摘要
人工肌肉集结群，由多个肌肉单元串联而成，肌肉单元包括多个作为人工肌肉的弹簧，分别与弹簧两端固接的前连接板和后连接板，弹簧沿连接板表面均匀分布，每个弹簧中穿设导引-锁紧机构；导引-锁紧机构的两端分别与前连接板、后连接板固接，导引-锁紧机构由套筒和可滑动地套接于套筒内的活塞组成，活塞的内藏于套筒内的一端设有一圈凸环，套筒的允许活塞外露的一端设有阻止凸环脱离套筒的台阶；最前端的肌肉单元与最后端的肌肉单元分别连接一高强纤维；人工肌肉集结群中还设有能判断当前是否存在混沌行为、人工肌肉集结群的位移或张力输出是否合格的混沌特征测试模块。本发明具有输出张力或位移量大，保障输出质量的优点。
文档编号B25J9/16GK102152309SQ201110056138
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者应申舜 申请人:浙江工业大学