气动肌肉原理

这些机器人用肌肉是用硅橡胶薄片层叠粘结制成的，作为原料的硅胶粘土可以被浇注成任何厚度的薄片，更多关于硅胶粘土的信息请参见：

http://www.instructables.com/id/How-To-Make-Your-Own-Sugru-Substitute/

一个肌肉单元包括两块硅橡胶薄片，它们的边缘粘合在一起，中间夹着一层塑料膜，这样就产生了容纳空气的气隙。这样的简单气囊可以胶结到一起组成多个单元的肌肉块，它可以沿轴线扩张/收缩，也可以在加压时朝侧面弯曲。

这里的图片展示了一块六单元气动肌肉的三维结构。理想中一块这样的肌肉块可以用3D打印机一次性全部打印出来，但是很遗憾我没有找到能用合理的价格打印硅胶材料的3D打印服务。所以我只能局限于纸面上的结构图，然后用手工一块块拼装肌肉。我希望能用3D打印机来制作接下来用于浇注硅橡胶的模具。

制作3维模型时我用了123D软件。

材料

• 图片里是浇注好准备用于组装一块6单元肌肉的硅胶部件。

浇注肌肉单元

1.切割塑料片：

需要将两块6英寸(15.24厘米)见方，1/16英寸(0.16厘米)厚的塑料片用3个小螺栓固定在一起，并在上面用线锯切割出一个2英寸(5.08厘米)直径的圆。

2.制作模具：

将其中一块塑料片固定在一块木板上。木板上事先喷了一层漆，以防它和硅胶粘土粘连到一起。

3.配制硅胶粘土

在塑料杯里配制少量硅胶粘土，我用了1/2勺的玉米淀粉和一勺纯硅胶填料。如果需要的话，你还可以用一些画家用的油画颜料来给粘土上色。

4.刮平硅胶粘土

在塑料模具上的圆形空隙中填充硅胶粘土，然后刮平，这样就得到了一片1/16英寸(0.16厘米)厚的硅胶片。

5.用聚乙烯薄膜制作气隙。

在塑料袋上切下一块圆形的塑料薄片，然后平摊在平滑表面上裁剪。这块塑料膜应该裁剪成一个直径1.75英寸(4.44厘米)的圆，放到硅胶粘土上后离边缘的距离大约1/8英寸(0.32厘米)。

6.第二层硅胶粘土

将第二块模板放进装置，然后填入第二层硅胶粘土材料并刮平。在有塑料膜的区域硅橡胶粘土不会粘合，所以边缘一圈密封后就形成了气囊中的气隙。稍后在成型的气囊上钻一个穿过塑料膜的进气孔，这个肌肉单元就彻底完成了。

装配肌肉单元

图片展示了如何将六个分立的肌肉单元组装到一起。

第一张图展示了如何用一薄层硅胶粘土将这些部件粘合到一起。硅胶粘土在粘合同种材料时表现优越，效果就像是熔铸在一起一样。

接下来的图片是肌肉的组装过程。

钻一个穿过所有硅胶片的孔，孔末端用硅胶粘土密封。在孔的另一端粘结上硅胶制的进气管。

小型气动肌肉

图片里是小一些的三单元，1英寸(2.54厘米)直径的气动肌肉。

这里是粘结组装之前的零部件。

控制肌肉的空气阀

这是我用来测试气动肌肉时的供气装置。

一个12V供电的气泵加上一个可信赖的可调安全阀能够提供大约7磅每平方英寸(4921千克每平方米)的工作气压。

12V供电的的电磁气阀通过一块Picaxe单片机控制，通过PWM控制调节通过气阀的空气流量。

如果我有时间的话，会在下一个项目中介绍单片机控制系统的细节。

未来的发展可能

这里展示了6单元肘外侧肌在机器人的手臂或手指上的应用。

两张图分别是肌肉舒张/收缩时的样子。

1.真空驱动肌肉

目前为止，我制作的气动肌肉都是依赖高压气体驱动的。这么制作的原因是这是气压驱动里最为简单的一种。真空驱动的肌肉需要更大的体积以及真空腔，但是这会使气动肌肉和生物肌肉的工作模式更为接近，也意味着可以在仿生运动结构中作为“肌腱”使用。

2.3D打印

作为终极目标，一次性打印出机器人的骨骼，肌肉和外表肯定是可能的。运用这个方法将可以制造出更加经济高效的机器人。

3.微型机器人

我的主要兴趣在于制作只有一英寸左右大小的机器人，那些低压驱动的气动肌肉是这个创意的一部分。也许用印刷或者喷涂的方式能做出极端微小的气压肌肉单元。

4.小型气泵

对于超小型机器人来说，更小，更安全的气泵是必需的。许多机器人研究者在研究基于化学反应的小型气体发生器，用来提供机器人运动所需的压缩气体。

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