气动人工肌肉执行器( 二 ) 机械

图2 编织肌肉及其工作
褶皱肌肉执行器由Daerden和Lefeber开发，如图3所示。这种类型的肌肉在充气时不涉及材料应变和摩擦。这是由于肌肉膜，它由轴向方向的多个褶皱组成，并通过展开褶皱而膨胀。
此外，平行方向（垂直于轴）的膜应力保持在可忽略不计的小值，并且随着折叠数量的增加而减小。
基本上，不需要外部能量来使膜膨胀，并且由于没有摩擦，没有观察到滞后现象。这种类型的肌肉的特性取决于全长与最小直径的比率、膜材料的应变行为、收缩率和施加的压力。

图3 褶皱肌肉执行器
编织肌肉和网状肌肉之间的主要区别在于膜周围网格的密度，其中具有相对较大孔和编织物的网格紧密编织。
因此，该膜属于拉伸类型，肌肉只能承受低压。因此，这种类型的肌肉致动器通常会有一个重新排列的隔膜。图4a显示了JMYarlott的Yarlott肌肉，它包括由一系列绳索或股线组成的长球形弹性囊。
该致动器在膨胀状态下呈球形囊状，当伸长时，轴向线伸直并将囊推成具有一系列脊和谷的形状。图4b显示了另一种类型的网状肌肉，机器人肌肉执行器(ROMAC) ，由G.Immega和M.Kukolj于1986年设计。
ROMAC由一个铰接的多叶囊组成，该囊由金属丝网固定，两端由配件封闭，其中囊由护套制成，其特点是高拉伸刚度、柔韧性和液密性。网或安全带由不可拉伸的柔性张力连接件组成，这些张力连接件在节点处连接以在网络中形成四边菱形孔。
图4c显示了M.Kukolj的Kukolj肌肉，这是标准McKibben肌肉的改良版。肌肉的主要区别在于袖子， McKibben肌肉有紧密编织的辫子，而Kukolj设计使用开放式网状网。在无铅条件下，网和膜之间存在间隙，只有在适当高的延伸负载下该间隙才会消失。

图4 网状肌肉
在嵌入式肌肉中，执行器的承载结构嵌入其膜中。 AHMorin的Morin肌肉由嵌入高拉伸刚度螺纹的橡胶管组成。螺纹可以沿致动器的长轴排列或围绕该轴排列成双螺旋，并且可以使用纤维材料，如棉、人造丝、石棉或钢。
根据操作压力的工作，图5中显示了莫林肌的三种设计，即纵向截面所示的超压设计、负压设计和同心膜设计。 HABaldwin的Baldwin肌肉，基于Morin肌肉的设计，由弹性膜组成，这是一种非常薄的外科橡胶，由玻璃丝沿轴向嵌入。
K.Nazarczuk于1964年在华沙理工学院开发的负压人工肌肉(UPAM)与Morin肌肉具有相似的设计。当气体从膜中吸出时，它以非轴对称方式塌陷，即，它在中间被挤压和压扁。

图5 嵌入肌肉
由HMPaynter开发的Paynter针织肌肉具有弹性材料制成的球形囊，由坚固、坚韧和柔韧的纤维编织结构增强。当完全膨胀时，肌肉呈现出原始膀胱和编织球体的形状。图5显示了Paynter双曲面肌肉，这是HMPaynter描述的另一种设计。
肌肉的弹性膜由氯丁橡胶或聚氨酯制成，在完全伸长的状态下呈旋转双曲面的形状。膜嵌入在套筒中，套筒由不可延伸的柔性金属线、绳索、聚酯纤维或对位芳纶纤维制成，连接到端部配件上。
图5显示了Kleinwachter和Geerk设计的Kleinwachter扭转装置，其中充气膜技术可用于设计扭转装置，即扭转肌。该装置有一个嵌入加强丝的环形隔膜，其外边缘连接到环形结构，其内边缘连接到轴。
编织肌肉是一种结构紧凑的气动人工肌肉，具有较高的力量输出能力。由于其编织的纤维结构，编织肌肉可以承受大的压力，能够产生强大的力量。然而，编织肌肉的制造工艺复杂，成本较高，维护和修复也相对困难。