一种基于气动的仿人机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种基于气动的仿人机器人，以气动肌肉模拟人的肌肉驱动髋关节、膝关节、踝关节、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。所述的一种基于气动的仿人机器人主要由骨盆、肋骨、椎骨、气动肌肉、带轮、气爪、连接件以及关节控制系统组成。腰关节的骨骼由椎骨、肋骨、胸结构件、骨盆构建，长气动肌肉、中气动肌肉、短气动肌肉一起驱动腰关节运动；下肢关节中单关节气动肌肉与多关节气动肌肉组合、多关节气动肌肉与多关节气动肌肉交叉组合驱动下肢关节运动。本发明专利技术专利以气动肌肉驱动，具有结构紧凑，柔顺性好、气动肌肉状态多样的特点，可用于教学和演示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气动的仿人机器人
本专利技术涉及机器人设备
，特别是一种结构紧凑、柔顺性好、气动肌肉状态多样的基于气动的仿人机器人。
技术介绍
软体机器人是一种新型柔软机器人，能够适应各种非结构化环境，可以实现灵活的弯曲、扭转，即使受到外界冲击，也不会产生较大的碰撞好冲击，因此近年来一直是机器人领域研究的热点。目前，大多数软体机器人的设计是模仿自然界各种生物，气动肌肉由于具有和人的肌肉类似的特性，具有等压、等张、等长特性；人体肌肉在运动过程中吸收身体的氧气，排出二氧化碳，气动肌肉通过控制气动阀充放气实现动作，因此气动肌肉可以较好的运用在软体机器人设计。CN110936367B，申请号：201911082363.3，申请日：2019-11-07，公开了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。CN110682305B，申请号：201910995867.8，申请日：2019-10-18，公开了一种仿人型机器人系统，腰关节装置的两侧分别设置上肢装置，下端两侧分别设置下肢装置，以气缸、气动肌肉和弹簧组合体驱动仿人机器人的上肢装置、腰关节装置、下肢装置的运动，具有完全模拟人的关节运动的功能。由气缸、带轮、连接件、气动肌肉和弹簧组合体、连接板、气爪等组成。摆动气缸之间结合，摆动气缸与带传动结合，气爪驱动上肢系统，气动肌肉和弹簧组合体和直线气缸驱动腰关节系统，直线气缸、直线气缸与杆结构结合驱动下肢系统。单上肢系统、腰关节系统、单下肢系统分别具有5、7、12个自由度，整个机器人共计41个自由度。CN110561457B，申请号：201910890458.1，申请日：2019-09-20，公开了基于气缸的仿人机器人系统，上肢关节装置的腰部第一连接件的两端分别可转动连接肱骨支架，肱骨支架依次连接大臂连接件，万向节和小臂连接件；腰关节装置的腰部第一摆动气缸两端设置在腰部第一连接件上，腰部第一摆动气缸固定在腰部第二连接件上，腰部第二连接件固定在腰部第二摆动气缸的转动轴上，腰部第二摆动气缸的缸体固定在腰部第三连接件上，腰部第三连接件的两侧分别可转动连接至少四个腰部气缸。CN110936367B，CN110682305B，CN110561457B分别设计出刚性仿人机器人关节。CN108466256B，申请号：201810344584.2，申请日：2018-04-17，公开了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。仅仅设计单独柔性并联关节和单独刚性并联串联的仿人机器人关节，并且仅仅为执行元件并联的形式驱动关节，并不能较为真实的反应人体关节肌肉的运动特性。需要一种结构紧凑、柔顺性好、气动肌肉状态多样的基于气动的仿人机器人。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构紧凑、柔顺性好、气动肌肉状态多样的基于气动的仿人机器人。一种基于气动的仿人机器人，包括：摄像头，所述摄像头可转动连接到腰关节，所述腰关节两侧可转动连接互为镜像的上肢关节，所述腰关节的下方可转动连接互为镜像的下肢关节，所述摄像头和腰关节之间，上肢关节和腰关节之间分别由气动马达连接，所述气动马达的壳体分别固定在腰关节上，所述气动马达的转子分别固定摄像头和上肢关节；所述腰关节的胸结构件、椎骨一、椎骨二、椎骨三、椎骨四、椎骨五、椎骨六、椎骨七、椎骨八、骨盆从上到下依次可转动连接，所述椎骨二和肋骨一固定连接，所述椎骨四和肋骨二固定连接，所述椎骨五和肋骨三固定连接，所述椎骨八和肋骨四固定连接，所述胸结构件和骨盆之间分别可转动连接长气动肌肉一、长气动肌肉二、长气动肌肉三、长气动肌肉四的两端，所述胸结构件和骨盆之间分别可转动连接长气动肌肉五、长气动肌肉六、长气动肌肉七、长气动肌肉八，所述肋骨一和肋骨四之间分别可转动连接中气动肌肉一、中气动肌肉二、中气动肌肉三、中气动肌肉四、中气动肌肉五、中气动肌肉六、中气动肌肉七、中气动肌肉八，所述肋骨二和胸结构件之间分别可转动连接短气动肌肉一、短气动肌肉二、短气动肌肉三、短气动肌肉四、短气动肌肉九、短气动肌肉十、短气动肌肉十一、短气动肌肉十二的两端，所述肋骨三和骨盆之间分别可转动连接短气动肌肉五、短气动肌肉六、短气动肌肉七、短气动肌肉八、短气动肌肉十三、短气动肌肉十四、短气动肌肉十五、短气动肌肉十六；所述下肢关节的大腿第一段和骨盆可转动连接，所述大腿第一段分别同气动肌肉连接板一和大腿第二段固定连接，所述大腿第二段和小腿第一段可转动连接，所述小腿第一段分别同气动肌肉连接板二和小腿第二段固定连接，所述小腿第二段和脚可转动连接，所述骨盆和气动肌肉连接板一之间分别可转动连接大腿气动肌肉一、大腿气动肌肉二、大腿气动肌肉三、大腿气动肌肉四的两端，所述脚和气动肌肉连接板二之间分别可转动连接小腿气动肌肉一、小腿气动肌肉二、小腿气动肌肉三、小腿气动肌肉四的两端，所述骨盆和气动肌肉连接板二之间分别可转动连接大腿气动肌肉五、大腿气动肌肉六、大腿气动肌肉七、大腿气动肌肉八的两端，所述气动肌肉连接板一和脚之间分别可转动连接小腿气动肌肉五、小腿气动肌肉六、小腿气动肌肉七、小腿气动肌肉八的两端；所述上肢关节的肩关节连接件通过气动马达可转动连接腰关节的胸结构件，所述肩关节连接件可转动连接螺纹杆一，所述螺纹杆一分别固定连接大臂中间杆、带轮一、带轮三，所述大臂中间杆和螺纹杆二可转动连接，所述大臂中间杆分别固定连接带轮二、带轮四、肘关节连接杆，所述带轮一和带轮二分别啮合大臂气动肌肉一、大臂气动肌肉二的两端，所述带轮三和带轮四分别啮合大臂气动肌肉三、大臂气动肌肉四的两端，所述肘关节连接杆固定连接小臂连接板，所述小臂连接板分别可转动连接小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三，所述小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三分别可转动连接腕关节连接板，所述腕关节连接板固定连接气爪；肌电信号采集系统，所述肌电信号采集系统分别连接上肢关节控制系统、腰关节控制系统、下肢关节控制系统。所述胸结构件中空，截面为倒梯形。所述肋骨一、肋骨二、肋骨三、肋骨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气动的仿人机器人，其特征在于，包括：/n摄像头(1)，所述摄像头(1)可转动连接到腰关节(3)，所述腰关节(3)两侧可转动连接互为镜像的上肢关节(2)，所述腰关节(3)的下方可转动连接互为镜像的下肢关节(4)，所述摄像头(1)和腰关节(3)之间，上肢关节(2)和腰关节(3)之间分别由气动马达连接，所述气动马达的壳体分别固定在腰关节(3)上，所述气动马达的转子分别固定摄像头(1)和上肢关节(2)；/n所述腰关节(3)的胸结构件(9)、椎骨一(10)、椎骨二(11)、椎骨三(12)、椎骨四(13)、椎骨五(14)、椎骨六(15)、椎骨七(16)、椎骨八(17)、骨盆(18)从上到下依次可转动连接，所述椎骨二(11)和肋骨一(5)固定连接，所述椎骨四(13)和肋骨二(6)固定连接，所述椎骨五(14)和肋骨三(7)固定连接，所述椎骨八(17)和肋骨四(8)固定连接，所述胸结构件(9)和骨盆(18)之间分别可转动连接长气动肌肉一(19)、长气动肌肉二(20)、长气动肌肉三(21)、长气动肌肉四(22)的两端，所述胸结构件(9)和骨盆(18)之间分别可转动连接长气动肌肉五(23)、长气动肌肉六(24)、长气动肌肉七(25)、长气动肌肉八(26)，所述肋骨一(5)和肋骨四(8)之间分别可转动连接中气动肌肉一(27)、中气动肌肉二(28)、中气动肌肉三(29)、中气动肌肉四(30)、中气动肌肉五(31)、中气动肌肉六(32)、中气动肌肉七(33)、中气动肌肉八(34)，所述肋骨二(6)和胸结构件(9)之间分别可转动连接短气动肌肉一(35)、短气动肌肉二(36)、短气动肌肉三(37)、短气动肌肉四(38)、短气动肌肉九(43)、短气动肌肉十(44)、短气动肌肉十一(45)、短气动肌肉十二(46)的两端，所述肋骨三(7)和骨盆(18)之间分别可转动连接短气动肌肉五(39)、短气动肌肉六(40)、短气动肌肉七(41)、短气动肌肉八(42)、短气动肌肉十三(47)、短气动肌肉十四(48)、短气动肌肉十五(49)、短气动肌肉十六(50)；/n所述下肢关节(4)的大腿第一段(53)和骨盆(18)可转动连接，所述大腿第一段(53)分别同气动肌肉连接板一(54)和大腿第二段(60)固定连接，所述大腿第二段(60)和小腿第一段(61)可转动连接，所述小腿第一段(61)分别同气动肌肉连接板二(62)和小腿第二段(63)固定连接，所述小腿第二段(63)和脚(57)可转动连接，所述骨盆(18)和气动肌肉连接板一(54)之间分别可转动连接大腿气动肌肉一(51)、大腿气动肌肉二(52)、大腿气动肌肉三(58)、大腿气动肌肉四(59)的两端，所述脚(57)和气动肌肉连接板二(62)之间分别可转动连接小腿气动肌肉一(55)、小腿气动肌肉二(56)、小腿气动肌肉三(64)、小腿气动肌肉四(65)的两端，所述骨盆(18)和气动肌肉连接板二(62)之间分别可转动连接大腿气动肌肉五(66)、大腿气动肌肉六(67)、大腿气动肌肉七(68)、大腿气动肌肉八(69)的两端，所述气动肌肉连接板一(54)和脚(57)之间分别可转动连接小腿气动肌肉五(70)、小腿气动肌肉六(71)、小腿气动肌肉七(72)、小腿气动肌肉八(73)的两端；/n所述上肢关节(2)的肩关节连接件(74)通过气动马达可转动连接腰关节(3)的胸结构件(9)，所述肩关节连接件(74)可转动连接螺纹杆一(78-2)，所述螺纹杆一(78-2)分别固定连接大臂中间杆(78)、带轮一(75)、带轮三(86)，所述大臂中间杆(78)和螺纹杆二(80-2)可转动连接，所述大臂中间杆(78)分别固定连接带轮二(79)、带轮四(89)、肘关节连接杆(80)，所述带轮一(75)和带轮二(79)分别啮合大臂气动肌肉一(76)、大臂气动肌肉二(77)的两端，所述带轮三(86)和带轮四(89)分别啮合大臂气动肌肉三(87)、大臂气动肌肉四(88)的两端，所述肘关节连接杆(80)固定连接小臂连接板(81)，所述小臂连接板(81)分别可转动连接小臂气动肌肉一(82)、小臂气动肌肉二(83)、小臂气动肌肉三(90)，所述小臂气动肌肉一(82)、小臂气动肌肉二(83)、小臂气动肌肉三(90)分别可转动连接腕关节连接板(84)，所述腕关节连接板(84)固定连接气爪(85)；/n肌电信号采集系统(91)，所述肌电信号采集系统(91)分别连接上肢关节控制系统(92)、腰关节控制系统(93)、下肢关节控制系统(94)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于气动的仿人机器人，其特征在于，包括：
摄像头(1)，所述摄像头(1)可转动连接到腰关节(3)，所述腰关节(3)两侧可转动连接互为镜像的上肢关节(2)，所述腰关节(3)的下方可转动连接互为镜像的下肢关节(4)，所述摄像头(1)和腰关节(3)之间，上肢关节(2)和腰关节(3)之间分别由气动马达连接，所述气动马达的壳体分别固定在腰关节(3)上，所述气动马达的转子分别固定摄像头(1)和上肢关节(2)；
所述腰关节(3)的胸结构件(9)、椎骨一(10)、椎骨二(11)、椎骨三(12)、椎骨四(13)、椎骨五(14)、椎骨六(15)、椎骨七(16)、椎骨八(17)、骨盆(18)从上到下依次可转动连接，所述椎骨二(11)和肋骨一(5)固定连接，所述椎骨四(13)和肋骨二(6)固定连接，所述椎骨五(14)和肋骨三(7)固定连接，所述椎骨八(17)和肋骨四(8)固定连接，所述胸结构件(9)和骨盆(18)之间分别可转动连接长气动肌肉一(19)、长气动肌肉二(20)、长气动肌肉三(21)、长气动肌肉四(22)的两端，所述胸结构件(9)和骨盆(18)之间分别可转动连接长气动肌肉五(23)、长气动肌肉六(24)、长气动肌肉七(25)、长气动肌肉八(26)，所述肋骨一(5)和肋骨四(8)之间分别可转动连接中气动肌肉一(27)、中气动肌肉二(28)、中气动肌肉三(29)、中气动肌肉四(30)、中气动肌肉五(31)、中气动肌肉六(32)、中气动肌肉七(33)、中气动肌肉八(34)，所述肋骨二(6)和胸结构件(9)之间分别可转动连接短气动肌肉一(35)、短气动肌肉二(36)、短气动肌肉三(37)、短气动肌肉四(38)、短气动肌肉九(43)、短气动肌肉十(44)、短气动肌肉十一(45)、短气动肌肉十二(46)的两端，所述肋骨三(7)和骨盆(18)之间分别可转动连接短气动肌肉五(39)、短气动肌肉六(40)、短气动肌肉七(41)、短气动肌肉八(42)、短气动肌肉十三(47)、短气动肌肉十四(48)、短气动肌肉十五(49)、短气动肌肉十六(50)；
所述下肢关节(4)的大腿第一段(53)和骨盆(18)可转动连接，所述大腿第一段(53)分别同气动肌肉连接板一(54)和大腿第二段(60)固定连接，所述大腿第二段(60)和小腿第一段(61)可转动连接，所述小腿第一段(61)分别同气动肌肉连接板二(62)和小腿第二段(63)固定连接，所述小腿第二段(63)和脚(57)可转动连接，所述骨盆(18)和气动肌肉连接板一(54)之间分别可转动连接大腿气动肌肉一(51)、大腿气动肌肉二(52)、大腿气动肌肉三(58)、大腿气动肌肉四(59)的两端，所述脚(57)和气动肌肉连接板二(62)之间分别可转动连接小腿气动肌肉一(55)、小腿气动肌肉二(56)、小腿气动肌肉三(64)、小腿气动肌肉四(65)的两端，所述骨盆(18)和气动肌肉连接板二(62)之间分别可转动连接大腿气动肌肉五(66)、大腿气动肌肉六(67)、大腿气动肌肉七(68)、大腿气动肌肉八(69)的两端，所述气动肌肉连接板一(54)和脚(57)之间分别可转动连接小腿气动肌肉五(70)、小腿气动肌肉六(71)、小腿气动肌肉七(72)、小腿气动肌肉八(73)的两端；
所述上肢关节(2)的肩关节连接件(74)通过气动马达可转动连接腰关节(3)的胸结构件(9)，所述肩关节连接件(74)可转动连接螺纹杆一(78-2)，所述螺纹杆一(78-2)分别固定连接大臂中间杆(78)、带轮一(75)、带轮三(86)，所述大臂中间杆(78)和螺纹杆二(80-2)可转动连接，所述大臂中间杆(78)分别固定连接带轮二(79)、带轮四(89)、肘关节连接杆(80)，所述带轮一(75)和带轮二(79)分别啮合大臂气动肌肉一(76)、大臂气动肌肉二(77)的两端，所述带轮三(86)和带轮四(89)分别啮合大臂气动肌肉三(87)、大臂气动肌肉四(88)的两端，所述肘关节连接杆(80)固定连接小臂连接板(81)，所述小臂连接板(81)分别可转动连接小臂气动肌肉一(82)、小臂气动肌肉二(83)、小臂气动肌肉三(90)，所述小臂气动肌肉一(82)、小臂气动肌肉二(83)、小臂气动肌肉三(90)分别可转动连接腕关节连接板(84)，所述腕关节连接板(84)固定连接气爪(85)；
肌电信号采集系统(91)，所述肌电信号采集系统(91)分别连接上肢关节控制系统(92)、腰关节控制系统(93)、下肢关节控制系统(94)。


2.根据权利要求1所述的一种基于气动的仿人机器人，其特征在于，所述胸结构件(10)中空，截面为倒梯形。


3.根据权利要求1所述的一种基于气动的仿人机器人，其特征在于，所述肋骨一(5)、肋骨二(6)、肋骨三(7)、肋骨四(8)分别为长方形环。


4.根据权利要求1所述的一种基于气动的仿人机器人，其特征在于，所述长气动肌肉一(19)、长气动肌肉二(20)、长气动肌肉三(21)、长气动肌肉四(22)分别位于肋骨一(5)、肋骨二(6)、肋骨三(7)、肋骨四(8)的外侧，所述长气动肌肉一(19)、长气动肌肉二(20)、长气动肌肉三(21)、长气动肌肉四(22)分别位于胸结构件(9)和骨盆(18)的四周，所述长气动肌肉五(...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜飞龙，曹坚，钱苏翔，胡红生，杨琴，张海军，汪斌，朱海滨，刘睿莹，杨德山，欧阳青，宋玉来，钱承，殷小亮，赵伟，陈晟，周丽，朱荷蕾，许聚武，杨立娜，沈剑英，崔文华，程树群，李伟荣，何琳，章璇，董睿，伊光武，陈军委，李心雨，刘亿，尹弟，敖康，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33