具体实施方式

为充分了解本发明的目的、特征及功能，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明。

图1是本发明所述的聚合物纤维人工肌肉连续自动加捻收卷装置总装示意图。如图1所示，该装置包括送丝机构100聚合物纤维200、加捻机构300、收卷机构400、平移机构500以及底板600。所述送丝机构100中滚动轴承Ⅰ107的中心轴与收卷机构400中花键轴405的中心轴水平对齐。所述聚合物纤维200一般为尼龙纤维丝、涤纶纤维丝等；所述加捻机构300、收卷机构400和平移机构500全部安装在底板600上；加捻机构300中的加捻连接座307固定在收卷机构400中的前支撑座401上；平移机构500中的带座轴承502与收卷机构400中的花键轴405进行过盈配合连接。平移机构500中的导杆501安装在收卷机构400中的后支撑座403上，并用螺母进行固定。

图2是送丝机构100示意图。如图2所示，包括力矩电机101、力矩电机安装支座102、集线筒Ⅰ103、送丝机构底板104、送丝滑轮Ⅰ105、送丝滑轮Ⅱ106、滚动轴承Ⅰ107以及送丝平台108。所述力矩电机101通过力矩电机安装支座102固定于送丝机构底板104上；所述集线筒Ⅰ103安装于力矩电机101输出轴上；所述送丝滑轮Ⅰ105、送丝滑轮Ⅱ106安装于送丝平台108上，通过两个送丝滑轮可防止纤维上的扭矩传到集线筒Ⅰ103上；所述滚动轴承Ⅰ107安装于送丝平台108前端的孔中，纤维通过滚动轴承Ⅰ107可有效减少纤维丝的磨损；所述送丝平台108固定在送丝机构底板Ⅰ104上。通过调节力矩电机Ⅰ101输出力矩大小可以控制工作过程中纤维丝上的张力大小。所述集线筒Ⅰ103及送丝平台108均为3D打印件。

图3是加捻机构300示意图。如图3所示，包括同步带轮Ⅰ301、同步带Ⅰ302、绕线杆303、同步带轮Ⅱ304、同步带轮支撑305、滚动轴承Ⅱ306、加捻机构衔接座307、步进电机安装支座Ⅰ308和步进电机Ⅰ309。所述同步带轮Ⅰ301安装在步进电机Ⅰ309输出轴上，并通过紧定螺钉进行限位防止发生相对滑动；所述步进电机Ⅰ309安装在步进电机安装支座Ⅰ308上；所述绕线杆303一端攻有外螺纹与上述同步带轮Ⅱ304进行螺纹连接；所述同步带轮Ⅱ304安装在同步带轮支撑305一端并用紧定螺钉防止发生相对转动；所述同步带轮支撑305内侧安装有滚动轴承Ⅱ306并且为过盈配合；所述滚动轴承Ⅱ306内孔与加捻机构衔接座307的轴进行过盈配合；所述同步带302安装在所述的两个同步带轮上。这样步进电机Ⅰ309通过带传动的方式使绕线杆303转动，绕线杆303带着聚合物纤维转动对其进行加捻操作。其中绕线杆303、同步带轮支撑305以及加捻机构衔接座307为金属加工件，其他均为外购零件。步进电机Ⅰ309采用57高速闭环步进电机可确保转速准确不丢步。

图4是收卷机构400示意图。如图4所示，收卷机构包括前支撑座401、滚动轴承Ⅲ402、后支撑座403、集线筒Ⅱ404、花键轴405、花键轴套406、滚动轴承Ⅳ407、同步带轮Ⅲ408、挡位环409、同步带Ⅱ410、同步带轮Ⅳ411、步进电机安装支座Ⅱ412、步进电机Ⅱ413。所述集线筒Ⅱ404安装在所述花键轴405的一端；所述花键轴套406与所述滚动轴承Ⅳ407内孔进行过盈配合；所述滚动轴承Ⅳ407安装在所述前支撑座401内，并且与前支撑座401内孔为过盈配合；所述花键轴405安装在所述花键轴套406之中，并且可以进行轴向相对滑动；所述后支撑座403内孔同样安装有滚动轴承，滚动轴承内安装有花键轴套，上述花键轴405穿过所述花键轴套并且为间隙配合，且花键轴405可相对花键轴套进行轴向滑动(此处的滚动轴承与花键轴套图中未示出)；所述花键轴405上套有两个所述的挡位环409并位于前后支撑座401、403之间(图中只示出一个挡位环)；所述同步带轮Ⅲ408内孔同样安装有花键轴套并且安装在花键轴405上(此处的花键轴套图中未示出)，位于两个挡位环409之间；所述同步带轮Ⅳ411安装在步进电机Ⅱ413的输出轴上，并通过紧定螺钉进行限位防止发生相对滑动；所述步进电机Ⅱ413安装在步进电机安装支座Ⅱ412上；所述同步带Ⅱ410安装在同步带轮Ⅲ408、同步带轮Ⅳ411上。步进电机Ⅱ413通过带传动的方式带动花键轴405转动进而使集线筒Ⅱ404转动完成收卷工作。其中前后支撑座401、403、花键轴405及花键轴套406为金属加工件；集线筒Ⅱ404和挡位环409为3D打印件，其余为采购件。

图5是平移机构500示意图。如图5所示，包括导杆501、带座轴承502、平移衔接座503、丝杆螺母504、梯形丝杆505、联轴器506、步进电机安装支座Ⅲ507、步进电机Ⅲ508。所述导杆501安装在所述平移衔接座503中，导杆501一端旋入螺母用来限位；所述带座轴承502安装在平移衔接座503的左端；所述丝杆螺母504安装在平移衔接座503的右端；所述梯形丝杆505旋入丝杆螺母504之中；所述步进电机Ⅲ508安装在所述步进电机安装支座Ⅲ507上；所述联轴器506连接步进电机Ⅲ508的输出轴与梯形丝杆505。步进电机Ⅲ508驱动平移衔接座503在导杆501上进行滑动。其中导杆501、平移衔接座503为金属加工件，其他均为采购件。

下面对本发明所述的一种用于聚合物纤维人工肌肉连续自动加捻收卷装置工作过程进行说明：

首先从集线筒Ⅰ103上引出聚合物纤维200，使纤维绕过两个送丝滑轮，即送丝滑轮Ⅰ105；送丝滑轮Ⅱ106，之后依次穿过滚动轴承Ⅰ107、绕线杆303，最后系在集线筒Ⅱ404上。力矩电机101上电并调节到合适的扭矩T。步进电机Ⅰ309、步进电机Ⅱ413、步进电机Ⅲ508同时开始转动，步进电机Ⅰ309驱动加捻机构300中的同步带轮Ⅱ304转动，绕线杆303随同步带轮Ⅱ304转动且转速为ω₁。绕线杆303带动聚合物纤维200转动并开始对其进行加捻；步进电机Ⅱ413驱动收卷机构400中的花键轴405以ω₂开始转动，集线筒Ⅱ404随花键轴405一起转动。若ω₁≠ω₂，集线筒Ⅱ404开始收卷人工肌肉；步进电机Ⅲ508以ω₃往复转动，通过梯形丝杆505、丝杆螺母504配合驱动平移衔接座503在导杆501上往复运动，带座轴承502带动花键轴405及集线筒Ⅱ404往复平移使加捻好的聚合物纤维200均匀地绕在集线筒Ⅱ404上，且此时应满足以下关系：

其中，d为聚合物纤维200直径，S为梯形丝杆505的导程。

人工肌肉制备过程中一个重要的参数——加捻负载F满足以下关系：

其中，r₁为集线筒Ⅰ103的半径，T为力矩电机输出力矩。