一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪制造技术

本发明专利技术涉及仿生机器人领域，具体涉及一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪。所述的机器人手爪包括上臂、手爪上关节、手爪下关节、气动肌肉、钢丝绳、扭力弹簧和气动肌肉安装座。所述的上臂的下端固定气动肌肉安装座，其上端与手爪下关节连接，手爪上关节与手爪下关节连接。气动肌肉安装座通过气动肌肉与钢丝绳连接；钢丝绳绕过手爪上关节上的沟槽，其末端固定在沟槽上的螺纹孔上,沟槽约束钢丝绳的方向。本发明专利技术使所设计的灵长类仿生机器人手爪更加具有“仿生性”；相比传统的减速电机驱动手爪，其爪握力矩也有很大的提高，且避免了传统的减速电机驱动手爪所特有的自身重量大的缺点。

A Primate Bionic Robot Claw Driven by Pneumatic Muscle

The invention relates to the field of bionic robots, in particular to a primate bionic robot gripper driven by pneumatic muscles. The robot gripper comprises an upper arm, an upper joint of the gripper, a lower joint of the gripper, a pneumatic muscle, a wire rope, a torsion spring and a pneumatic muscle mounting seat. The lower end of the upper arm is fixed with a pneumatic muscle mounting seat, the upper end is connected with the lower claw joint, and the upper claw joint is connected with the lower claw joint. The pneumatic muscle mounting seat is connected with the wire rope through the pneumatic muscle; the wire rope circumvents the groove on the upper joint of the gripper, and its end is fixed on the thread hole on the groove, and the groove restricts the direction of the wire rope. The invention makes the designed primate bionic robot's claw more bionic; compared with the traditional deceleration motor driving claw, the gripping moment of the claw is also greatly improved, and the disadvantage of the traditional deceleration motor driving claw is avoided.

【技术实现步骤摘要】
一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪
本专利技术涉及仿生机器人领域，具体涉及一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪。
技术介绍
近年来，人们对灵长类仿生机器人的研究越来越深入，通过对灵长类动物进行功能模拟以及结构模拟设计了各种各样的灵长类仿生机器人，并实现了多种运动模式。灵长类仿生机器人的功能实现对机器人的手爪性能有较高的要求，因为灵长类仿生机器人手爪需要具备良好的仿生性能，重量轻，响应速度快以及爪握力矩大的特点。然而，现有的灵长类仿生机器人手爪都是采用舵机配合减速齿轮完成手爪的张开与闭合。这种驱动方式会增加手爪的自重，降低手爪的灵活性；且经过减速齿轮的减速，手爪的闭合速度也会大大减小；舵机本身输出力矩过小，很难满足手爪的爪握力矩要求；另外，电机驱动手爪偏离了“仿生”的意义，使灵长类仿生机器人手爪失去了灵长类动物手爪的柔顺性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪。本专利技术所采用的技术方案是：一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪，包括上臂、手爪上关节、手爪下关节、气动肌肉、钢丝绳、扭力弹簧和气动肌肉安装座。手爪上关节与手爪下关节通过扭簧连接，手爪上、下关节的连接部分分别设有扭簧沟槽，扭簧在手爪上、下关节连接部分合并时嵌入其中，为手爪开合提供扭力；轴穿过扭力弹簧，实现手爪上关节与手爪下关节的动态连接；轴与手爪下关节之间通过轴承连接；手爪上关节相对于连接部分的外侧设有用于钢丝绳环绕固定的沟槽；手爪下关节与上臂的上端与固定连接，上臂的下端固定气动肌肉安装座；钢丝绳一端绕过手爪上关节上的沟槽，固定在沟槽的螺纹孔A上,沟槽用于约束钢丝绳的方向；钢丝绳另一端与气动肌肉顶端连接，气动肌肉底端与气动肌肉安装座连接。进一步的，气动肌肉和钢丝绳通过吊环连接。进一步的，手爪上关节扭簧沟槽包括角度不同的手爪上关节扭簧沟槽A和手爪上关节扭簧沟槽B，手爪下关节设有角度不同的手爪下关节扭簧沟槽A和手爪下关节扭簧沟槽B，扭力弹簧放置在不同的沟槽中实现手爪上关节不同的张开角度。进一步的，手爪下关节固定三个转向柱，钢丝绳绕过转向柱与气动肌肉顶端连接，实现钢丝绳的角度调节。采用气动肌肉代替传统手爪内的减速电机，通过向气动肌肉充放气控制手爪的张开与闭合。手爪的闭合通过气动肌肉收缩实现，向气动肌肉充气引起气动肌肉的收缩，拉动钢丝绳将直线运动转化为手指上关节的旋转运动，进而引起手爪的闭合。气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪的开合过程如下：通过向气动肌肉充气，气动肌肉收缩，拉动钢丝绳将直线运动转化为手爪上关节的旋转运动，从而使气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪闭合。当想让手爪张开时，此时需将气动肌肉内的气体放出后，依靠扭力弹簧的弹力，即可实现手爪上关节的张开。手爪上关节和手爪下关节上分别开设不同角度的扭簧沟槽，用于放置扭力弹簧，扭力弹簧放置在不同的沟槽可以有不同的自然张开角度。本专利技术的有益效果是：本专利技术使所设计的灵长类仿生机器人手爪更加具有“仿生性”；手爪的闭合速度有显著提高，闭合时间为0.2s；相比传统的减速电机驱动手爪，其爪握力矩也有很大的提高，且避免了传统的减速电机驱动手爪所特有的自身重量大的缺点。附图说明图1为灵长类仿生机器人手爪示意图。图2为手爪上关节与手爪下关节示意图。图3为图2的侧视图。图4为手爪下关节示意图。图5为图4的侧视图。图6为手爪上关节示意图。图中：1手爪上关节；2手爪下关节；3钢丝绳；4气动肌肉；5上臂；6气动肌肉安装座；7轴承；8扭力弹簧；9轴；10螺纹孔；11A手爪下关节扭簧沟槽；11B手爪下关节扭簧沟槽；12螺纹孔A；13沟槽；14A手爪上关节扭簧沟槽；14B手爪上关节扭簧沟槽。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步说明。如图1～图6所示，一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪，包括上臂5、手爪上关节1、手爪下关节2、气动肌肉4、钢丝绳3、扭力弹簧8和气动肌肉安装座6。所述的上臂5的下端固定气动肌肉安装座6，其上端与手爪下关节2连接，手爪上关节1与手爪下关节2连接。气动肌肉安装座6通过气动肌肉4与钢丝绳3连接；钢丝绳3绕过手爪上关节1上的沟槽13，其末端固定在沟槽13上的螺纹孔A12上,沟槽13约束钢丝绳3的方向。手爪上关节1设有手爪上关节扭簧沟槽，手爪下关节2设有手爪下关节扭簧沟槽,手爪上关节扭簧沟槽与手爪下关节扭簧沟槽对应连接；扭力弹簧8一端置于手爪上关节扭簧沟槽中，其另一端置于手爪下关节扭簧沟槽中，通过扭力弹簧8的弹力实现手爪上关节1的张开。轴9穿过扭力弹簧8，实现手爪上关节1与手爪下关节2的动态连接；轴9与手爪下关节2之间通过轴承7连接。手爪上关节1设有扭簧沟槽14A和扭簧沟槽14B，手爪下关节2设有扭簧沟槽11A和扭簧沟槽11B，手爪上关节的扭簧沟槽和手爪下关节的扭簧沟槽用于放置扭力弹簧8，以实现手爪的张开。扭力弹簧放置在不同的沟槽中，手爪在自然状态下会有不同的张开角度。扭力弹簧8使得手爪在自然状态下张开一定的角度，气动肌肉4上设有气孔，当向气动肌肉4中充气时，气动肌肉4收缩，同时带动钢丝绳3做直线运动，钢丝绳3的末端带动手爪上关节1旋转以实现手爪的闭合。通过向气动肌肉4中充放气和扭力弹簧8的作用力来实现本专利技术的气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪的开合。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪，其特征在于，包括上臂(5)、手爪上关节(1)、手爪下关节(2)、气动肌肉(4)、钢丝绳(3)、扭力弹簧(8)和气动肌肉安装座(6)；手爪上关节(1)与手爪下关节(2)通过扭簧连接，手爪上、下关节的连接部分分别设有扭簧沟槽，扭簧在手爪上、下关节连接部分合并时嵌入其中，为手爪开合提供扭力；轴(9)穿过扭力弹簧(8)，实现手爪上关节(1)与手爪下关节(2)的动态连接；轴(9)与手爪下关节(2)之间通过轴承(7)连接；手爪上关节(1)相对于连接部分的外侧设有用于钢丝绳(3)环绕固定的沟槽；手爪下关节(2)与上臂(5)的上端与固定连接，上臂(5)的下端固定气动肌肉安装座(6)；钢丝绳(3)一端绕过手爪上关节(1)上的沟槽，固定在沟槽的螺纹孔A(12)上,沟槽用于约束钢丝绳(3)的方向；钢丝绳(3)另一端与气动肌肉(4)顶端连接，气动肌肉(4)底端与气动肌肉安装座(6)连接。

【技术特征摘要】
1.一种气动肌肉驱动灵长类仿生机器人手爪，其特征在于，包括上臂(5)、手爪上关节(1)、手爪下关节(2)、气动肌肉(4)、钢丝绳(3)、扭力弹簧(8)和气动肌肉安装座(6)；手爪上关节(1)与手爪下关节(2)通过扭簧连接，手爪上、下关节的连接部分分别设有扭簧沟槽，扭簧在手爪上、下关节连接部分合并时嵌入其中，为手爪开合提供扭力；轴(9)穿过扭力弹簧(8)，实现手爪上关节(1)与手爪下关节(2)的动态连接；轴(9)与手爪下关节(2)之间通过轴承(7)连接；手爪上关节(1)相对于连接部分的外侧设有用于钢丝绳(3)环绕固定的沟槽；手爪下关节(2)与上臂(5)的上端与固定连接，上臂(5)的下端固定气动肌肉安装座(6)；钢丝绳(3)一端绕过手爪上关节(1)上的沟槽，固定在沟槽的螺纹孔A(12)上,沟槽用于约束钢丝绳(3)的方向；钢丝绳(3)另一端与气动肌肉(4)顶端连接，气动肌肉(4)底端与气动肌...

【专利技术属性】
技术研发人员：程红太，芮崇杰，赵亮，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21