气动人工肌肉执行器机械

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气动人工肌肉(PAM)是柔软且灵活的线性气动执行器，可产生类似人体肌肉的驱动。肌肉执行器具有适用于各种机器人平台以及医疗应用的适应性。尽管存在多种可能的致动方案，但仍然需要开发一种重量非常轻、紧凑且灵活且具有高功率重量比的软致动器。
气动人工肌肉如今，机器人系统的发展变得越来越普遍，可能的应用包括与人类一起工作的个人或移动机器人，以及用于恢复或提高人类能力的外骨骼。由于其灵活性和柔软性，气动人工肌肉(PAM)在过去30年中已发展成为市场上其他可用执行器中可能的执行策略。
人工肌肉执行器领域是高度跨学科的，吸引了来自机械工程、材料科学、电气工程、生物学和物理学领域的许多研究人员。 PAM是简单的机械执行器，由编织网套内的弹性囊组成，并带有两个端部配件以密封肌肉的两端。
当气囊被空气加压时，致动器要么收缩要么轴向延伸，运动方向取决于编织套管纤维的方向。收缩性PAM能够比拉伸性PAM产生更大的力，并且不易发生屈曲；因此，收缩式PAM更常用，也称为收缩执行器。
PAM操作背后的物理原理与人体肌肉相同，因为它将气动功率转换为拉力。空气的可压缩性在人造肌肉中起着不可预测的影响的重要作用。如图1所示，根据不同的工作原理、应用和设计理念，开发了各种类型的传统PAM 。

图1 PAM的类型
气动人工肌肉(PAM)是一种由气压操作的收缩和线性运动执行器。大多数此类执行器的主要两个部分是柔性芯和增强的封闭膜，如外壳和隔膜。这些肌肉致动器的两端都用端部配件（闭合件、夹具）封闭。
核心膜由于气压的供给而向外凸出或被挤压，并通过核心膜将机械动力传递至负载。由于径向膨胀或收缩，铁芯轴向收缩对其负载施加拉力。因此， PAM致动器实现的力（张力、负载）和运动是线性和单向的。
要了解肌肉执行器的基本概念和工作原理。这种在膨胀时延伸的收缩操作将这些致动器与波纹管区分开来。 PAM在文献中有多种名称：气动肌肉致动器、流体致动器、流体驱动张力致动器、轴向收缩致动器和张力致动器。
PAM的基本能量来源主要是空气，要么被压入其中，要么从其中提取。这会在肌肉内部的空气与其周围环境之间产生压力差，通过该压力差可以启动PAM以获得所需的运动。与低压相比，过压可以传输更多的能量。大多数PAM在超压下运行，环境压力约为100kPa ，但有可能设计一个负压操作肌肉。
因此，通过将压缩空气供应到肌肉中，可以获得移动负载所需的运动，反之亦然通过释放气压。
气动人工肌肉分类编织肌由气密的弹性管或气囊组成，周围环绕着编织网（编织、编织、套筒），如图2所示。编织纤维以一定角度（螺距角、编织角、编织角）围绕肌肉的长轴螺旋延伸。管子被横向压在套管上，管子内部的内部压力受到由于纤维曲率造成的编织纤维张力的限制。
【气动人工肌肉执行器】纤维张力被纳入编织物的端点以平衡外部负载。因此，管和套管之间的挤压接触对于提升负载是必要的，并且编织肌肉不能在负压下工作。