一种气动仿人机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种气动仿人机器人系统，以气缸驱动仿人机器人的髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节的运动，具有完全模拟人的关节运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、带轮、丝杠、锥齿轮、齿形带、齿形轮以及连接件组成。髋关节和肩关节由摆动气缸通过带轮驱动，膝关节由丝杠和气缸组合驱动，脚关节由多根气缸驱动，肘关节由摆动气缸驱动，腕关节由两组变距离摆动部件和气缸并联机构组成；髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节分别具有2、1、4、6、2、1、4个自由度，全身共计34个自由度。本发明专利技术专利以气缸和气缸组合驱动，具有行程大、工作空间大、结构紧凑的特点，可用于教学和演示。

A pneumatic humanoid robot system

【技术实现步骤摘要】
一种气动仿人机器人系统
本专利技术涉及机器人
，特别是一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。
技术介绍
自从1960年代开始，美国开始研究电机驱动的机器人，替人类完成危险、繁重、重复的劳动，到目前机器人已经发展比较成熟并且被广泛应用到各行各业。气缸以清洁的空气作为介质，具有较好的防爆型，同时气缸具有较大的运动空间，并且气缸已经广泛运用在工业领域。气缸按照其运动方式又可以分为直线运动气缸和摆动运动气缸，均可以驱动机器人关节运动，以气缸驱动的机器人往往集中在直角坐标机械手，但是在仿人领域基本处于空白状态。专利201711099824.9首次提出一种单关节气缸驱动的仿人型机器人，公开了一种基于气缸的仿人型机器人，以气缸作为驱动元件模拟人的腰关节以及四肢运动，具有完全模拟人运动的功能。所述的仿人型机器人主要由气缸、固定板、股骨、腓骨、肱骨组成，具有44个自由度；其中模拟的腰关节具有12个自由度，模拟下肢的髋关节、膝关节、踝关节分别具有3、2、2个自由度，模拟上肢的肩关节、肘关节、腕关节分别具有3、1、4个自由度，肩关节与肘关节之间增加了一个自由度。专利201810344584.2提出一种基于并联均匀分布气缸仿人型机器人，公开一种基于气动肌肉与气缸的仿人型机器人系统，以气动肌肉和气缸驱动仿人型机器人的肩关节、肘关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节的运动，该机器人主要由头骨、椎骨、肋骨、肱骨、桡骨、固定件、股骨、腓骨、气动肌肉、气缸以及脚组成。肩关节、肘关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节分别具有3、3、4、3、3、4个自由度，整个系统具有34个自由度，其中肩关节由9根来自椎骨的气动肌肉以柔性冗余的形式分布和驱动肩关节，小腿关节则由周边均匀分布三根气缸，中间一根气缸支撑的并联机构构成，实现转动和移动的自由切换。上述仿人型机器人仅仅为基本的气缸并联，并没有考虑多气缸多种组合驱动关节运动、以及各种可能出现的构型。需要一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。一种气动仿人机器人系统，包括：腰关节，所述腰关节的下方互为镜像设置两组下肢关节，上方两侧分别设置上肢关节，所述下肢关节从上到下依次为髋关节、膝关节和踝关节；所述髋关节的髋关节摆动气缸一的缸体固定在腰关节下面板上，所述髋关节摆动气缸一的转动轴固定在髋关节带轮一上，所述髋关节的髋关节连接轴两端分别同腰关节下面板和髋关节连接件一固定连接，所述髋关节连接件一可转动连接髋关节十字连接件，所述髋关节十字连接件可转动连接髋关节连接件二，所述髋关节十字连接件和髋关节带轮二固定连接，所述髋关节带轮一和髋关节带轮二通过皮带连接；所述髋关节十字连接件和髋关节带轮三固定连接，所述髋关节摆动气缸二的缸体和髋关节连接件二固定，转动轴和髋关节带轮四固定连接，所述髋关节带轮三和髋关节带轮四通过皮带连接；所述髋关节连接件二的下方固定膝关节摆动气缸一的缸体，所述膝关节摆动气缸一的转动轴和膝关节带轮一固定连接，所述髋关节连接件二和膝关节连接板通过膝关节连接轴固定连接，所述膝关节连接板上可转动连接锥齿轮一和膝关节带轮二，所述锥齿轮一和锥齿轮二啮合，所述锥齿轮二和丝杠一固定，所述丝杠一和膝关节连接板可转动连接，所述丝杠一、滑动块一和导向杆一可转动连接，所述滑动块一可转动连接膝关节气缸一，所述膝关节气缸一可转动连接小腿连接件一；所述膝关节摆动气缸一、膝关节带轮一、锥齿轮一、膝关节带轮二、膝关节连接板、锥齿轮二、滑动块一、导向杆一、丝杠一和膝关节气缸一分别同膝关节带轮三、膝关节摆动气缸二、膝关节带轮四、锥齿轮三、锥齿轮四、滑动块二、导向杆二、丝杠二和膝关节气缸二互为镜像设置。所述踝关节的小腿连接件二、小腿连接件三和小腿连接件四与小腿连接件一固定连接，所述小腿连接件三可转动连接小腿气缸一和小腿气缸四，所述小腿气缸一和小腿气缸四可转动连接脚底板第一段，所述脚底板第一段可转动连接小腿气缸二和小腿气缸五，所述小腿气缸二和小腿气缸五可转动连接小腿连接件四，所述小腿连接件二可转动连接小腿气缸三和小腿气缸六，所述小腿气缸三和小腿气缸六可转动连接脚底板第二段，所述脚底板第一段和脚底板第二段可转动连接。所述腰关节的胸部连接件固定在腰关节上面板上，所述腰关节上面板和腰关节下面板之间分别可转动连接腰关节气缸一、腰关节气缸二、腰关节气缸三、腰关节气缸四、腰关节气缸五和腰关节气缸六，所述腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五在内侧，所述腰关节气缸一、腰关节气缸四和腰关节气缸六在外侧。所述腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五在腰关节下面板与腰关节上面板的连接点在圆周上均匀分布相差30度，所述腰关节气缸一、腰关节气缸四和腰关节气缸六在腰关节下面板与腰关节上面板的连接点在圆周上均匀分布相差30度，同时与腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五相差30度。所述胸部连接件为镂空件，类倒三角形。所述上肢关节包括肩关节、肘关节和小臂关节，所述腰关节的胸部连接件固定连接肩关节摆动气缸一的缸体，所述肩关节摆动气缸一的转动轴固定连接肩关节带轮三，胸部连接件通过肩关节连接轴连接肩关节连接件一，所述肩关节连接件一可转动连接肩关节十字连接件，所述肩关节十字连接件可转动连接肩关节连接件二，并固定连接肩关节带轮四，所述肩关节带轮三和肩关节带轮四通过皮带连接，所述肩关节十字连接件和肩关节带轮一固定连接，所述肩关节连接件二上固定肩关节摆动气缸二的缸体，所述肩关节摆动气缸二的转动轴固定在肩关节带轮二上，所述肩关节带轮一和肩关节带轮二通过皮带连接。所述上肢关节的肘关节的肘关节摆动气缸的缸体固定连接肩关节连接件二，所述肘关节摆动气缸的转动轴固定连接肘关节连接件。所述上肢关节的小臂关节包括第一变距离摆动部件、第二变距离摆动部件和小臂气缸并联机构，所述第一变距离摆动部件和第二变距离摆动部件互为镜像，通过摆动部件中间连接件固定连接，所述第一变距离摆动部件的支撑连接件一端和齿形轮可转动连接，另一端和小臂气缸四的工作杆固定连接，所述第一变距离摆动部件的小臂气缸一的工作杆通过连接板一、齿形带和齿形轮啮合，所述第一变距离摆动部件的小臂气缸五通过连接板二、齿形带和齿形轮啮合，所述小臂气缸一、小臂气缸四和小臂气缸五的缸体分别和肘关节连接件固定连接，所述摆动部件中间连接件的端部和末端连接板可转动连接，所述小臂气缸并联机构的小臂气缸二、小臂气缸三和小臂气缸六分别同肘关节连接件、末端连接板可转动连接。本专利技术腰关节的下方互为镜像设置两组下肢关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气动仿人机器人系统，其特征在于，包括：/n腰关节(2)，所述腰关节(2)的下方互为镜像设置两组下肢关节(1)，上方两侧分别设置上肢关节(3)，所述下肢关节(1)从上到下依次为髋关节(4)、膝关节(5)和踝关节(6)；/n所述髋关节(4)的髋关节摆动气缸一(8)的缸体固定在腰关节下面板(7)上，所述髋关节摆动气缸一(8)的转动轴固定在髋关节带轮一(9)上，所述髋关节(4)的髋关节连接轴(10)两端分别同腰关节下面板(7)和髋关节连接件一(11)固定连接，所述髋关节连接件一(11)可转动连接髋关节十字连接件(12)，所述髋关节十字连接件(12)可转动连接髋关节连接件二(27)，所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮二(13)固定连接，所述髋关节带轮一(9)和髋关节带轮二(13)通过皮带连接；/n所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮三(14)固定连接，所述髋关节摆动气缸二(15)的缸体和髋关节连接件二(27)固定，转动轴和髋关节带轮四(16)固定连接，所述髋关节带轮三(14)和髋关节带轮四(16)通过皮带连接；/n所述髋关节连接件二(27)的下方固定膝关节摆动气缸一(17)的缸体，所述膝关节摆动气缸一(17)的转动轴和膝关节带轮一(18)固定连接，所述髋关节连接件二(27)和膝关节连接板(21)通过膝关节连接轴(88)固定连接，所述膝关节连接板(21)上可转动连接锥齿轮一(19)和膝关节带轮二(20)，所述锥齿轮一(19)和锥齿轮二(22)啮合，所述锥齿轮二(22)和丝杠一(25)固定，所述丝杠一(25)和膝关节连接板(21)可转动连接，所述丝杠一(25)、滑动块一(23)和导向杆一(24)可转动连接，所述滑动块一(23)可转动连接膝关节气缸一(26)，所述膝关节气缸一(26)可转动连接小腿连接件一(37)；/n所述膝关节摆动气缸一(17)、膝关节带轮一(18)、锥齿轮一(19)、膝关节带轮二(20)、膝关节连接板(21)、锥齿轮二(22)、滑动块一(23)、导向杆一(24)、丝杠一(25)和膝关节气缸一(26)分别同膝关节带轮三(28)、膝关节摆动气缸二(29)、膝关节带轮四(30)、锥齿轮三(31)、锥齿轮四(32)、滑动块二(33)、导向杆二(34)、丝杠二(35)和膝关节气缸二(36)互为镜像设置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种气动仿人机器人系统，其特征在于，包括：
腰关节(2)，所述腰关节(2)的下方互为镜像设置两组下肢关节(1)，上方两侧分别设置上肢关节(3)，所述下肢关节(1)从上到下依次为髋关节(4)、膝关节(5)和踝关节(6)；
所述髋关节(4)的髋关节摆动气缸一(8)的缸体固定在腰关节下面板(7)上，所述髋关节摆动气缸一(8)的转动轴固定在髋关节带轮一(9)上，所述髋关节(4)的髋关节连接轴(10)两端分别同腰关节下面板(7)和髋关节连接件一(11)固定连接，所述髋关节连接件一(11)可转动连接髋关节十字连接件(12)，所述髋关节十字连接件(12)可转动连接髋关节连接件二(27)，所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮二(13)固定连接，所述髋关节带轮一(9)和髋关节带轮二(13)通过皮带连接；
所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮三(14)固定连接，所述髋关节摆动气缸二(15)的缸体和髋关节连接件二(27)固定，转动轴和髋关节带轮四(16)固定连接，所述髋关节带轮三(14)和髋关节带轮四(16)通过皮带连接；
所述髋关节连接件二(27)的下方固定膝关节摆动气缸一(17)的缸体，所述膝关节摆动气缸一(17)的转动轴和膝关节带轮一(18)固定连接，所述髋关节连接件二(27)和膝关节连接板(21)通过膝关节连接轴(88)固定连接，所述膝关节连接板(21)上可转动连接锥齿轮一(19)和膝关节带轮二(20)，所述锥齿轮一(19)和锥齿轮二(22)啮合，所述锥齿轮二(22)和丝杠一(25)固定，所述丝杠一(25)和膝关节连接板(21)可转动连接，所述丝杠一(25)、滑动块一(23)和导向杆一(24)可转动连接，所述滑动块一(23)可转动连接膝关节气缸一(26)，所述膝关节气缸一(26)可转动连接小腿连接件一(37)；
所述膝关节摆动气缸一(17)、膝关节带轮一(18)、锥齿轮一(19)、膝关节带轮二(20)、膝关节连接板(21)、锥齿轮二(22)、滑动块一(23)、导向杆一(24)、丝杠一(25)和膝关节气缸一(26)分别同膝关节带轮三(28)、膝关节摆动气缸二(29)、膝关节带轮四(30)、锥齿轮三(31)、锥齿轮四(32)、滑动块二(33)、导向杆二(34)、丝杠二(35)和膝关节气缸二(36)互为镜像设置。


2.根据权利要求1所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述踝关节(6)的小腿连接件二(38)、小腿连接件三(39)和小腿连接件四(40)与小腿连接件一(37)固定连接，所述小腿连接件三(39)可转动连接小腿气缸一(41)和小腿气缸四(44)，所述小腿气缸一(41)和小腿气缸四(44)可转动连接脚底板第一段(47)，所述脚底板第一段(47)可转动连接小腿气缸二(42)和小腿气缸五(45)，所述小腿气缸二(42)和小腿气缸五(45)可转动连接小腿连接件四(40)，所述小腿连接件二(38)可转动连接小腿气缸三(43)和小腿气缸六(46)，所述小腿气缸三(43)和小腿气缸六(46)可转动连接脚底板第二段(48)，所述脚底板第一段(47)和脚底板第二段(48)可转动连接。


3.根据权利要求1所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述腰关节(2)的胸部连接件(56)固定在腰关节上面板(55)上，所述腰关节上面板(55)和腰关节下面板(7)之间分别可转动连接腰关节气缸一(49)、腰...

【专利技术属性】
技术研发人员：程祥光，周丽，吴三喜，姜飞龙，许聚武，曹坚，汪斌，杨德山，杨琴，张海军，朱荷蕾，刘睿莹，欧阳青，胡红生，宋玉来，钱承，陈晟，沈建英，戴婷，杨立娜，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33