360度多自由度仿人气动肌肉机械手制造技术

本发明专利技术涉及360度多自由度仿人气动肌肉机械手。目的是提供的该机械手应具备人手的一些基本功能，可以独立完成操作，并具有实用、柔顺、体积小、安全、易控制、轻巧及机构简单等特点。技术方案是：一种360度多自由度气动机械手，包括机械手机构以及为机械手机构提供动力且由所述气路控制系统控制的人工肌肉系统；其特征在于：所述机械手机构包括旋转支架、机械大臂、机械小臂、手以及五个手指；所述人工气动肌肉系统包括若干个第二气动人工肌肉、若干个第一气动人工肌肉、若干个第五气动人工肌肉、若干个第三气动人工肌肉以及若干个第四气动人工肌肉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器人机械手，具体涉及一种360度多自由度气动机械手。
技术介绍
近20年来，气动技术的应用领域迅速拓展，尤其在各种自由化生产线上得到广泛应用。同时，机械手的应用领域也从最开始的工业控制领域逐步发展到医疗康复、商业娱乐、体育运动、公共安全、家务劳动等多个领域中。从而结合于气动技术的机械手的研宄在各个领域中取得了广泛的应用。由于气压传动系统使用安全、可靠，可以在高温、震动、易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射等恶劣环境下工作。而气动机械手作为机械手的一种，它具有结构简单、重量轻、动作迅速、平稳、可靠、节能和不污染环境、容易实现无级调速、易实现过载保护、易实现复杂的动作等优点。气动肌肉驱动的机械手是一类具有良好柔顺性能、安全性能的机器人手臂。气动机械手被广泛应用于汽车制造业、半导体及家电行业、化肥和化工，食品和药品的包装、精密仪器和军事工业等。汽车制造工厂的生产线，尤其是焊接生产线大多采用了气动机械手。彩电、冰箱等家用电器产品的装配生产线上，在半导体芯片、印刷电路等各种电子产品的装配流水线上，可以看到各种大小不一、形状不同的气动机械手；对加速度限制十分严格的芯片搬运系统，采用了平稳加速的SIN气缸。食品行业的粉状、粒状、块状物料的自动计量包装，烟草工业的自动卷烟和自动包装等许多工序也大量采用了气动机械手。此外，气动系统、气动机械手被广泛应用于制药与医疗器械上。如:气动自动调节病床，Robodoc机器人，da Vinci S外科手术机器人等。然而在许多领域，尚需一种能够在360度内调节且具有多自由度的气动机械手。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提供一种360度多自由度气动机械手；该机械手应具备人手的一些基本功能，可以独立完成操作，并具有实用、柔顺、体积小、安全、易控制、轻巧及机构简单等特点。本专利技术提供的技术方案是:一种360度多自由度气动机械手，包括机械手机构以及为机械手机构提供动力且由所述气路控制系统控制的人工肌肉系统；其特征在于:所述机械手机构包括通过可活动地定位在固定支架上的旋转支架、通过肩关节可活动地定位在旋转支架上的机械大臂、通过肘关节可活动地定位在机械大臂上的机械小臂、通过腕关节可活动地定位在机械小臂上且带有手掌的手以及可活动地并联定位在手掌上的五个手指；所述人工气动肌肉系统包括通过钢丝绳驱动旋转支架的若干个第二气动人工肌肉、通过钢丝绳驱动肩关节的若干个第一气动人工肌肉、通过钢丝绳驱动肘关节的若干个第五气动人工肌肉、通过钢丝绳驱动腕关节的若干个第三气动人工肌肉以及通过钢丝绳驱动五个手指的若干个第四气动人工肌肉；以使机械臂上可以实现多自由度的运动，包括整个机械手实现360度运动、肩关节带动机械小臂绕机械大臂轴向方向的转动、肘关节带动机械小臂实现屈伸运动、腕关节带动手实现旋转和抬伸运动。所述旋转支架的下端固定着旋转圆盘，上端安装着带有滑轮的肩关节；所述机械大臂的一端连接在肩关节上；所述第二气动人工肌肉的一端定位在固定支架上，另一端连接的钢丝绳分别绕过导索架以及旋转圆盘后再与另一第二气动人工肌肉的一端连接，以实现整个机械手绕竖直轴线的360度运动；所述第一气动人工肌肉的一端固定在旋转支架上，另一端连接的钢丝绳通过旋转支架上的导丝孔，绕过肩关节滑轮后与另一第一气动人工肌肉的一端连接，以实现机械大臂绕肩关节滑轮轴线的转动。所述机械大臂的另一端与肘关节相连；所述第五气动人工肌肉一端固定在旋转支架上，另一端连接的钢丝绳通过旋转支架上的导丝孔，绕过肘关节滑轮后与另一第五气动人工肌肉的一端连接，以实现机械小臂绕肘关节滑轮轴线的转动。所述机械小臂一端通过小臂右盘与肘关节相连，另一端与腕关节相连；所述若干第三气动人工肌肉的一端固定在小臂右盘上，另一端连接的钢丝绳分别绕过腕关节的两个滑轮后再与另一第三气动人工肌肉的一端连接，以实现手的旋转和抬伸运动。所述手通过第一支撑架定位在连接腕关节的圆盘架上；所述若干第四气动人工肌肉的一端固定在该圆盘架上，另一端均连接一驱动手指的钢丝绳。所述五个手指中的小拇指、无名指、中指、食指，均由若干个指节分别通过一手指轴相互轴线平行地依次铰接形成，并且可转动地并联铰接在手掌上。所述五个手指中的大拇指，由若干个指节分别通过一大拇指轴相互轴线平行地依次铰接形成；该大拇指又通过十字轴可转动地定位在手掌上；所述十字轴中的一个轴线与四个手指中的铰接轴线垂直。所述指节的铰接端中，每个铰接端均定位一滑轮，每一滑轮上均缠绕一钢丝绳，该钢丝绳的两端分别穿越各指节中的导丝孔、手掌上的导向轮以及圆盘架后再分别与两个第四人工肌肉连接；以实现手指的人工模拟运动。本专利技术的工作原理是:当各气路中充入不同压力的压缩空气时，各气动人工肌肉输出不同的位移，从而拉动钢丝绳带动滑轮，使得手臂、手指各关节发生相应的转动，通过模拟仿真，可以驱动整个机械手实现360度运动。因此，只需通过控制气动人工肌肉内部气压来实现机械手各关节的转动角度和方向，再经过PID模糊整定自适应系统，进而使得机械手的运动实现自适应控制，最终达到所要求的空间位置。本专利技术采用简单的并联机构以及用气动人工肌肉作为驱动器，结合气路系统和控制系统，实现了人手臂与手的基本功能，从而为替代人手臂与手奠定了基础。因此，此气动人工肌肉的多自由度仿人机械手具有实用、柔顺、安全、体积小、机构简单、轻巧、易控制等优点，满足康复机器人、仿生机器人、服务机器人等领域对其性能的需求，可以广泛运用。【附图说明】图1为本专利技术的立体结构示意图。图2为本专利技术的工作状态示意图(图中省略钢丝绳)。图3为本专利技术中机械大臂和机械小臂的立体放大结构示意图。图4为本专利技术中手的立体放大结构示意图。图5为配合机械大臂和机械小臂的钢丝绳连接关系示意图。图6为本专利技术中手掌的主视结构示意图。图7为本专利技术中手指的立体结构示意图。图8为本专利技术中大拇指的立体结构示意图。图9为本专利技术中气路控制系统示意图。图10为本专利技术的控制流程示意图。图中:1.固定支架，2.第一气动肌肉，3.旋转圆盘，4.第五气动肌肉，5.第二气动肌肉，6.肘关节，7.旋转支架，8.肩关节，9.机械大臂，10.第三气动肌肉，11.机械小臂，12.小臂圆盘架，13.腕关节，14.圆盘架，15.第四气动肌肉，16.手掌，18.手，19.导索架，20.肩关节滑轮，21.肘关节滑轮，22.右边滑轮、23.左边滑轮，25.小拇指，26.无名指，27.中指，28.食指，29.大拇指，30.手指撑板，31.手指轴，32.手指近滑轮，33.轴承，34.手指近指节，35.手指中滑轮，36.手指中指节，37.手指远滑轮，38.手指远指节，39.大拇指撑板，40.十字轴，41.大拇指近指节，42.大拇指中滑轮，43.大拇指轴，44.大拇指中指节，45.大拇指远滑轮，46.大拇指远指节，47.导向轮，48、49、50、61.钢丝绳，51.气源装置，52.气动三联件，53.比例压力阀，54.电磁阀，55.气动人工肌肉，56.数据采集卡，57.计算机，58.导向孔，63.滑套，65.小臂右盘，14-1、4当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种360度多自由度气动机械手，包括机械手机构以及为机械手机构提供动力且由所述气路控制系统控制的人工肌肉系统；其特征在于：所述机械手机构包括通过可活动地定位在固定支架(1)上的旋转支架(7)、通过肩关节(8)可活动地定位在旋转支架上的机械大臂(9)、通过肘关节(6)可活动地定位在机械大臂上的机械小臂(11)、通过腕关节(13)可活动地定位在机械小臂上且带有手掌的手(18)以及可活动地并联定位在手掌上的五个手指；所述人工气动肌肉系统包括通过钢丝绳驱动旋转支架的若干个第二气动人工肌肉(5)、通过钢丝绳驱动肩关节的若干个第一气动人工肌肉(2)、通过钢丝绳驱动肘关节的若干个第五气动人工肌肉(4)、通过钢丝绳驱动腕关节的若干个第三气动人工肌肉(10)以及通过钢丝绳驱动五个手指的若干个第四气动人工肌肉(15)；以使机械臂上可以实现多自由度的运动。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：金英子，毛文波，向新贤，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33