氣動人工肌肉執行器機械

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氣動人工肌肉(PAM)是柔軟且靈活的線性氣動執行器，可產生類似人體肌肉的驅動。肌肉執行器具有適用于各種機器人平臺以及醫療應用的適應性。盡管存在多種可能的致動方案，但仍然需要開發一種重量非常輕、緊湊且靈活且具有高功率重量比的軟致動器。
氣動人工肌肉如今，機器人系統的發展變得越來越普遍，可能的應用包括與人類一起工作的個人或移動機器人，以及用于恢復或提高人類能力的外骨骼。由于其靈活性和柔軟性，氣動人工肌肉(PAM)在過去30年中已發展成為市場上其他可用執行器中可能的執行策略。
人工肌肉執行器領域是高度跨學科的，吸引了來自機械工程、材料科學、電氣工程、生物學和物理學領域的許多研究人員。 PAM是簡單的機械執行器，由編織網套內的彈性囊組成，并帶有兩個端部配件以密封肌肉的兩端。
當氣囊被空氣加壓時，致動器要么收縮要么軸向延伸，運動方向取決于編織套管纖維的方向。收縮性PAM能夠比拉伸性PAM產生更大的力，并且不易發生屈曲；因此，收縮式PAM更常用，也稱為收縮執行器。
PAM操作背后的物理原理與人體肌肉相同，因為它將氣動功率轉換為拉力。空氣的可壓縮性在人造肌肉中起著不可預測的影響的重要作用。如圖1所示，根據不同的工作原理、應用和設計理念，開發了各種類型的傳統PAM 。

圖1 PAM的類型
氣動人工肌肉(PAM)是一種由氣壓操作的收縮和線性運動執行器。大多數此類執行器的主要兩個部分是柔性芯和增強的封閉膜，如外殼和隔膜。這些肌肉致動器的兩端都用端部配件（閉合件、夾具）封閉。
核心膜由于氣壓的供給而向外凸出或被擠壓，并通過核心膜將機械動力傳遞至負載。由于徑向膨脹或收縮，鐵芯軸向收縮對其負載施加拉力。因此， PAM致動器實現的力（張力、負載）和運動是線性和單向的。
要了解肌肉執行器的基本概念和工作原理。這種在膨脹時延伸的收縮操作將這些致動器與波紋管區分開來。 PAM在文獻中有多種名稱：氣動肌肉致動器、流體致動器、流體驅動張力致動器、軸向收縮致動器和張力致動器。
PAM的基本能量來源主要是空氣，要么被壓入其中，要么從其中提取。這會在肌肉內部的空氣與其周圍環境之間產生壓力差，通過該壓力差可以啟動PAM以獲得所需的運動。與低壓相比，過壓可以傳輸更多的能量。大多數PAM在超壓下運行，環境壓力約為100kPa ，但有可能設計一個負壓操作肌肉。
因此，通過將壓縮空氣供應到肌肉中，可以獲得移動負載所需的運動，反之亦然通過釋放氣壓。
氣動人工肌肉分類編織肌由氣密的彈性管或氣囊組成，周圍環繞著編織網（編織、編織、套筒），如圖2所示。編織纖維以一定角度（螺距角、編織角、編織角）圍繞肌肉的長軸螺旋延伸。管子被橫向壓在套管上，管子內部的內部壓力受到由于纖維曲率造成的編織纖維張力的限制。
【氣動人工肌肉執行器】纖維張力被納入編織物的端點以平衡外部負載。因此，管和套管之間的擠壓接觸對于提升負載是必要的，并且編織肌肉不能在負壓下工作。