基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构设计与分析

摘要

受到生物骨骼肌的启发，本文中提出了一种基于气动肌肉的主动变形蒙皮结构，把小型气动肌肉(称为气动肌纤维)嵌入到柔性基体中来设计和制造主动变形蒙皮结构，以实现蒙皮驱动/变形一体化设计。首先，完成气动肌纤维的设计、制造和输出特性测试。实验结果表明：当充气压力为0．4MPa时，外径为4mm气动肌纤维的最大输出力为27N，最大收缩率达到了26．8％。其次，建立了主动变形蒙皮的力学分析模型，结果表明：主动变形蒙皮的输出特性是和其收缩率、气动肌纤维的数量、单根气动肌纤维的收缩力以及柔性基体的材料参数和体积分数有关；柔性基体的存在降低了蒙皮的最大收缩率和非零收缩率下蒙皮的收缩力。最后，制作出主动变形蒙皮的样件，并完成了输出特性实验，当充气压力为0．4MPa时，主动变形蒙皮的最大收缩率为17．8％。