本實用新型涉及仿生結構領域，更具體地，涉及一種電磁仿生肌纖維以及電磁仿生肌群。

背景技術：

人造肌肉的研究開始于20世紀40年代，但真正取得進展則是最近10余年的事，這是由于近年來特殊聚合體材料和智能材料的誕生，為人造肌肉的研究提供了新的發展契機，那些新材料往往具有一些不同凡響的本領，一些材料可以根據電流變化呈現出各種復雜的狀態，例如，彎曲、延伸、扭動和收縮等，并且它們的行為非常接近真正的肌肉纖維。開發人造肌肉不僅對醫學具有重大意義，而且對機器人技術的發展也至關重要。

目前的機器人或機械手臂受到能量限制，現有機器人主要以電動機為動力來源，由于電動機對于體積、算法的要求較高，并且價格昂貴。即便是開發中的其他仿生肌纖維例如：氣泵或是仿生化學電動控制等一樣具有結構復雜的缺點，不宜推廣應用。

技術實現要素：

本實用新型的目的在于提供電磁仿生肌纖維以及電磁仿生肌群，克服了當前機器人主要以電動機為動力來源的缺點，能夠模仿人體肌纖維和肌群的原理實現運動控制，結構簡單、原料價格低廉，易于推廣。

根據本實用新型的一個方面，提供一種電磁仿生肌纖維，包括：

串聯的多個磁性肌小節，所述磁性肌小節之間通過至少一彈性連接件彈性連接在一起，每個所述磁性肌小節包括一磁鐵本體以及纏繞所述磁鐵本體形成磁場的導線；

至少一絕緣套管，套接所述串聯的所述多個磁性肌小節；

一肌纖維控制單元，與纏繞每個所述磁性肌小節的導線電連接；以及

至少一仿生肌腱，所述仿生肌腱的第一端與串聯的所述多個磁性肌小節連接。

優選地，所述磁性肌小節包括一柱狀的磁鐵本體，所述磁鐵本體具有一第一連接端和一第二連接端，所述導線纏繞于所述磁鐵本體的外表面，所述第一連接端與一彈性連接件連接，所述第二連接端與另一彈性連接件連接。

優選地，所述磁鐵本體之間受所述磁場影響而磁性相吸，所述多個磁性肌小節共同收縮。

優選地，所述第一連接端和所述第二連接端分別設有一環形內縮肩臺，所述彈性連接件分別卡接在所述環形內縮肩臺，彈性連接件是彈簧。

優選地，還包括一傳感器，設置于所述仿生肌腱，所述傳感器電連接所述肌纖維控制單元。

優選地，還包括一傳輸終端，連接所述仿生肌腱的第二端，所述傳輸終端設有一傳感器，所述傳感器電連接所述肌纖維控制單元。

優選地，還包括一電流控制器，所述電流控制器串聯在所述肌纖維控制單元與所述導線之間，所述控制器控制所述導線的電流大小以調節所述磁場的強弱。

優選地，相鄰的所述磁性肌小節的外表面上，所述導線的繞組方向相同或者繞組方向相反。

優選地，相鄰的至少兩個所述磁性肌小節的外表面上，被同一根所述導線繞組在一起。

根據本實用新型的另一個方面，還提供一種電磁仿生肌群，包括：至少兩個如上述的電磁仿生肌纖維以及一肌群控制單元，所述電磁仿生肌纖維中的肌纖維控制單元分別連接所述肌群控制單元。

由于使用了以上技術，本實用新型的電磁仿生肌纖維以及電磁仿生肌群能夠模仿人體肌纖維和肌群的原理實現運動控制，結構簡單、原料價格低廉，易于推廣。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施例對本實用新型的技術方案進行詳細的說明，以使本實用新型的特性和優點更為明顯。

圖1為本實用新型的電磁仿生肌纖維的電路圖；

圖2為本實用新型的電磁仿生肌纖維的剖面示意圖；

圖3為本實用新型的電磁仿生肌纖維中單個肌小節的示意圖；

圖4為本實用新型的電磁仿生肌纖維中相鄰肌小節相互吸引的示意圖；以及

圖5為本實用新型的電磁仿生肌群的連接框圖。

附圖標記

1 第一連接端

2 磁鐵

3 第二連接端

4 導線

5 彈性連接件

6 絕緣套管

10 磁性肌小節

20 電流控制器

30 肌纖維控制單元

40 傳感器

50 仿生肌腱

60 傳輸終端

70 肌群控制單元

100 電磁仿生肌纖維

200 電磁仿生肌群

具體實施方式

以下將對本實用新型的實施例給出詳細的說明。盡管本實用新型將結合一些具體實施方式進行闡述和說明，但需要注意的是本實用新型并不僅僅只局限于這些實施方式。相反，對本實用新型進行的修改或者等同替換，均應涵蓋在本實用新型的權利要求范圍當中。

另外，為了更好的說明本實用新型，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員將理解，沒有這些具體細節，本實用新型同樣可以實施。在另外一些實例中，對于大家熟知的結構和部件未作詳細描述，以便于凸顯本實用新型的主旨。

圖1為本實用新型的電磁仿生肌纖維的電路圖。圖2為本實用新型的電磁仿生肌纖維的剖面示意圖。如圖1和2所示，本實用新型的電磁仿生肌纖維100，包括：串聯的多個磁性肌小節10、一絕緣套管6、一電流控制器20、一肌纖維控制單元30、一仿生肌腱50、一傳輸終端60以及傳感器40。串聯的多個磁性肌小節10中每個磁性肌小節10之間通過一彈性連接件5彈性連接在一起，每個磁性肌小節10包括一磁鐵本體2以及纏繞磁鐵本體2形成磁場的導線4。本實用新型中，導線4優選為銅線，但不以此為限。導線4的電流可以是脈沖電流，但不以此為限。絕緣套管6套接串聯的多個磁性肌小節10。絕緣套管6可以是橡膠套管，但不以此為限。電流控制器20串聯在肌纖維控制單元30與導線4之間，控制器20控制導線4的電流大小以調節磁場的強弱。肌纖維控制單元30與纏繞每個磁性肌小節10的導線4電連接。仿生肌腱50的第一端與串聯的多個磁性肌小節10連接。傳輸終端60連接仿生肌腱50的第二端。

圖3為本實用新型的電磁仿生肌纖維中單個肌小節的示意圖。如圖3所示，每個磁性肌小節10包括一柱狀的磁鐵本體2，磁鐵本體2可以是一磁性金屬或是磁石，但不以此為限。磁鐵本體2具有一第一連接端1和一第二連接端3，導線4纏繞于磁鐵本體2的外表面，第一連接端1與一彈性連接件5連接，第二連接端3與另一彈性連接件5連接。第一連接端1和第二連接端3分別設有一環形內縮肩臺，彈性連接件5分別卡接在環形內縮肩臺。本實用新型中的彈性連接件5可以是彈簧，但不以此為限。由于每個磁鐵本體2都纏繞了導線4，所以在導線4通電以后，每個磁鐵本體2都會產生磁場。通過右手螺旋定則可知，基于圖3中的磁鐵本體2的外表面的繞線方式，該磁鐵本體2的第一連接端1會被形成為“S極”，該磁鐵本體2的第二連接端3會被形成為“N極”。該磁鐵本體2的磁場強弱會受到導線4中電流大小的影響，電流越大，則磁場越強；電流越小，則磁場越若。

圖4為本實用新型的電磁仿生肌纖維中相鄰肌小節相互吸引的示意圖。如圖3和4所示，絕緣套管6上設有一些通孔，可以用于將導線4引出絕緣套管6。本實施例中，相鄰的磁性肌小節10的外表面上，導線4的繞組方向相同，但不以此為限。所以圖4中的兩個磁性肌小節10的第一連接端1都被形成為“S極”，第二連接端3都被形成為“N極”。使得其中圖紙中上部磁性肌小節10的第一連接端1(“S極”)與會相鄰的圖紙中下部另一個磁性肌小節10的第二連接端3(“N極”)磁性相吸。圖紙中上部磁性肌小節10的第一連接端1(“S極”)收到磁場產生的拉力F1，向下移動；而圖紙中下部另一個磁性肌小節10的第二連接端3(“N極”)收到磁場產生的拉力F2，向上移動，使得兩者克服彈性連接件5的彈力而相互靠近、并且吸引在一起。同理，多個磁鐵本體2之間可以形成“S極”與“N極”兩兩相對的情況，磁鐵本體2之間受磁場影響而磁性相吸，多個磁性肌小節10共同收縮，來形成一個亞功能單元。

在一個優選例中，可以通過相鄰的兩個磁性肌小節10的外表面上，被同一根導線4繞組在一起的形式，以此來簡化線路，當然，也可以擴展到將相鄰的三個或是五個磁性肌小節10被同一根導線4繞組在一起，不以此為限。

在一個變化例中，根據對磁性肌小節10相互之間的作用的不同要求，相鄰的磁性肌小節10的外表面上，繞組方向也可以相反，不以此為限。

傳輸終端60設有一傳感器40，傳感器40電連接肌纖維控制單元30。仿生肌腱50上設置一傳感器40，且該傳感器40電連接肌纖維控制單元30。本實用新型中的傳感器40可以是溫度傳感器、濕度傳感器、拉力傳感器、位置傳感器等中的一種，但不以此為限。傳感器40可以將仿生肌腱50或是傳輸終端60的狀態信息傳輸到肌纖維控制單元30，以便肌纖維控制單元30通過控制器20來進一步控制導線4的電流大小以調節磁場的強弱。

圖5為本實用新型的電磁仿生肌群的連接框圖。如圖5所示，本實用新型的電磁仿生肌群200，包括：至少兩個如上述電磁仿生肌纖維100以及一肌群控制單元70，電磁仿生肌纖維100中的肌纖維控制單元30分別連接肌群控制單元70。每個電磁仿生肌纖維100的結構特征和工作原理如前所述，此處不再贅述。肌群控制單元70可以分別調整每個電磁仿生肌纖維100中肌纖維控制單元30的工作狀態，從而控制相關的導線4的電流大小和頻度等等。通過將電磁仿生肌纖維100帶動不同傳輸終端，或是傳輸終端的不同位置，可以實現通過電磁仿生肌群進行復雜運動的控制。本實用新型中的電磁仿生肌群可以被用于取代機器人的電動機、控制假肢、外骨骼、康復訓練儀等等，不以此為限。

本實用新型的電磁仿生肌纖維以及電磁仿生肌群可以應用于機器人產業，可在一定程度上改變當前機器人的產業布局。本實用新型也可以應用于醫學，例如：殘疾人義肢、肌無力者的助力設備、中風或是骨科患者的輔助設備等。本實用新型還可以應用于軍事，由于本實用新型采用脈沖電流，在控制上耗能低，有利于制造長距離微小功力裝置，如仿生魚、作為潛艇的附屬裝備等等。

綜上可知，本實用新型的電磁仿生肌纖維以及電磁仿生肌群能夠模仿人體肌纖維和肌群的原理實現運動控制，結構簡單、原料價格低廉，易于推廣。

以上僅是本實用新型的具體應用范例，對本實用新型的保護范圍不構成任何限制。除上述實施例外，本實用新型還可以有其它實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本實用新型所要求保護的范圍之內。