如何制作一个简易的空气肌肉？.doc

如何制作一个简易的空气肌肉？缘起于一个我参与的电子动画学项目，发现空气肌肉工作起来与人类肌肉十分相似，还能提供400倍于自身重量的拉力。在扭曲弯折甚至于水下状态也能工作，做起来也不贵哦原理速读：“肌肉”由编织管套包裹的橡皮管构成，当管囊里面鼓足气体时，网套就横向扩张，纵向的轴距就被压缩了（因为构成网套的纤维本身不可拉伸），其结果就是“肌肉”缩短了长度，形成一个纵向拉力。空气肌肉体现出来的效果与人体肌肉是那么的相像给力增量随着拉升加剧而减少，当然这跟网套的材质和交织角度啥的有关。当网套横向膨胀鼓起的时候，交织的网格也变得更加致密，给力增量相应减少。图中，对于相同的负重增量，A状态下的肌肉显然比C状态下的肌肉收缩程度大。根据结构和材质的不同，空气肌肉大约可以在自身原长的40%内伸缩。负重状态下持续往囊中充气的过程也是增大囊内容积的过程（假设恒温），鼓鼓囊囊的自我膨胀最后被编织网套所约束，因此假如想要产生更大的拉力，就很自然地会想到增大有效容积最后总结一下，肌肉的拉力由长度，直径，以及网套材质（包括纤维结构，数量和交织角度）共同决定的！在这里我用同种材质制作了两种尺寸的“肌肉”以演示原理它们都工作在相同的大气压强下（60psi）但拥有不同的直径和长度。区别也显而易见：负载稍微加重一点，小肌肉就开始挣扎不堪，大肌肉表示仍然很淡定真相见一楼。1 、工具和材料基本都可以在Amazon上买到，3/8“的编织尼龙网在卖电子元件的地方有。Amazon上有售多种尺寸的编织网，不过它也许不会说明确切的材料。需要个空气源： 一个小型空气管压力调节器这货名字太高级，其实自行车打气泵也可以（不过还是得把它折腾成一个适配器，使它用1 / 4”聚软管工作）。 空气罐 压力调节器（需要一个1/8“的NPT内螺纹接头和1/4”的NPT外螺纹接头） 1 / 4“高压聚合管 各种刀（螺丝刀，剪刀，钳子，线切割） 打火机给小块肌肉的： 1 / 4”硅或乳胶管 3 / 8“编织尼龙网套 1 / 8”小管倒钩（黄铜或尼龙） 小螺栓（10-24号， 3 / 8“螺纹长度效果很好） 保险丝给大块肌肉的： 3 / 8”硅或乳胶管 1 / 2“编织尼龙网套 1 / 8”大小的钻头， 21/64“钻头 1 / 8”× 27NPT的管头 1 / 8“倒钩水管× 1 / 8”管螺纹适配器 小管夹， 3 / 4“铝或塑料棒来构建肌肉的末端安全注意事项！测试您的空气肌肉时请务必戴上安全眼镜！高压胶管弹出一个零件可能导致灰常严重的受伤。2 、构造小肌肉！ 首先把1 / 4”的硅胶管削短点。 把小螺栓插入管子的一段，另一端接上软管倒钩。 现在把3 / 8“编织套管削得比硅胶管长两英寸的样子。 用打火机融化的编织套管的端头，这样它不会磨损分开。 把编织套管套在硅胶管上并用保险丝把末端拧紧。 来看看另一端。 像这样扎两个钢丝环缠在编织套管的两端。 现在在一端连接您的1 / 4”高压聚合管和给肌肉泵入少量空气，以确保它不漏气。 来测试你的空气肌肉吧！在下端挂一个小物体，然后悬挂肌肉，让它自己伸展到全长。 开始添加空气（到约60psi），看肌肉收缩情况。3 、做大块肌肉！ 我用 3/ 4“的铝或塑料棒来做肌肉末端。 一端是实心的，另一端钻一个1 / 8”的洞来“进气” 它的中间是一个1/ 8“的管螺纹接头倒钩水管，怎么把倒钩水管弄进去的呢？在中间垂直的1 / 8”空气孔的位置钻21/64“的洞。然后用1 / 8”螺纹钻在21/64“洞上拧出螺纹，这样倒钩水管就可以接上去了。 现在剪个8”长的3 / 8“橡胶管，一端套进刚才加工的零件（钻了1/8”孔的一端）。 剪长约10“的1 / 2”编织管（记得用打火机把一段融化封口），然后把它套在橡胶管上。橡胶管的另一端套进另一个加工了的零件。最后，用软管夹子把两端夹紧。 大块肌肉和缩小版的差不多，只需添加空气，然后看着它收缩情况。 你会立即意识到这是大块肌肉要强壮得多！4 、测试和吐槽 现在，你已经做了一些空气肌肉了。 通过增加悬挂物的重量使肌肉达到最大延伸。现在慢慢注入空气，直到60psi。 你首先注意到的是，每注入一点空气肌肉就收缩一点，而且收缩得越来越不给力，直到完全收缩。接下来，您会发现，随着肌肉收缩能力下降所能承受的负载增加，直到达到极限。这个过程非常类似于人类肌肉。 值得注意的是肌肉的大小对肌肉的表现会产生巨大的影响。举个栗子：在22磅（ 60psi下），较小的肌肉虽然仍然可以承重，但它远不如较大的肌肉收缩得充分。其实空气肌肉的运动是相当复杂的数学模型，特别是考虑到他们的收缩中的变量。如果要进一步阅读，我建议看看 这个 ： 空气肌肉可以应用于机器人技术（尤其是仿生机器人），矫形器/康复和假肢。需要记住的是，空气肌肉必须在有张力的情况下工作。例如：机器手臂经常是两块肌肉连一起动作以相互平衡。一个担任二头肌和一个担任三头肌。总体而言，空气中可以建造各种长度和直径的肌肉以满足各种强度的应用，它有个最大的优点就是重量轻。这几个参数很重要：1）肌肉的长度2）肌肉的直径3）管材。天然乳胶气囊往往有比硅使用寿命更长，但是有些有机硅具有更强大的扩展速率（高达1000%），可承受比乳胶型更大的压力（这在很大程度上将取决于确切的管规）。4）编织网材料。一些公司已经在气囊和网格之间使用氨纶套，以减少磨损。更严格的编织网，甚至可以改善气囊压力，减少对气囊的压力。5）预先将气囊拉伸几次6）圆角的边可以减少对气囊的压力集中。