人工肌肉测试

我的终极目标

实现飞行是我的终极目标，它需要有强大的肌肉，就像鸟类一样有异常发达的胸肌。对于人工肌肉的构型我最早尝试的是气动执行器， 但是需要很大的气压，有一次爆炸了，很危险，我放弃了。

我不断地去了解人类肌肉收缩的原理，了解到，它是通过钙离子（Ca²⁺）改变肌球蛋白的构象，肌球蛋白头部在结合后会发生倾斜摆动， 就像划船一样，将细肌丝向粗肌丝的中央方向拖拽。看来还是使用了机械力。

后来有一天灵感一闪，想到了DNA的折叠，于是我尝试用折叠的方法来设计人工肌肉的结构。从2019年一直迭代到2023年，终于形成相对可行的方案。

人工肌肉构造

以上照片显示的是手工制作的肌肉束，蓝色圆环是热缩管。先将波纹管剖开，将肌肉纤维内核塞进去，再用热缩管套在波纹管外侧加热固定。

1. 肌肉纤维内核：力传递和轴向伸缩部件（是个秘密），直径20毫米
2. 肌肉纤维外壳：形状维持部件（PFA波纹管），内径18毫米，外径22毫米
3. 肌肉纤维外覆层：接触面滑动部件（聚氨酯弹性体），厚度3毫米

有效性测试

• 主控单片机：stm32f103cbt6；点击一次用户按钮，电机转过一定角度，带动肌肉束内核收缩一定距离

  

• 电机：霍尔减速电机，额定电压12伏，额定扭矩0.66kg.cm

  

• 负载：1.97kg多功能工具箱
• 测试场景如下

  

• 测试视频

测试结果还是有效的，目测收缩率达到了25%。

模拟仿真

模拟参数

1. 驱动电机参数：转速4800度/秒
2. 肌肉束规格：直径5.78毫米，自然拉伸长度144.4毫米
3. 恒荷载：29.4N，位于肌肉系统末端
4. 材质：尼龙材料，弹性模量28.3Gpa
5. 理想条件下，仅对肌肉束内核进行模拟

模拟结果

1. 驱动做工6569.96Nmm（即曲线面积）

   

2. 机械效率分析：
   用时0.25秒，角位移1200°，肌肉系统末端上升79.28mm，对荷载做功29.4x79.28=2330.832Nmm。

   

   

下一步

经过测试与仿真，证明此种人工肌肉构造是可行的，那么接下来就是如何实现批量制造的问题，目前我正进行这方面的探索。