一种基于气动肌肉的仿型机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于气动肌肉的仿型机器人系统，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肌肉的仿型机器人系统主要由气动肌肉、带轮、气爪、连接件以及关节控制系统组成。腰关节利用多根气动肌肉交叉驱动，髋关节、膝关节、踝关节由气动肌肉组件的肌群驱动，肩关节由气动肌肉肌群拮抗肌驱动，肘关节由单关节和多关节气动肌肉肌群拮抗肌驱动，腕关节则由并联气动肌肉组成。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】
一种基于气动肌肉的仿型机器人系统
本专利技术涉及仿生机器人设备
，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肌肉的仿型机器人系统。
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肌肉的仿型机器人系统。
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肌肉的仿型机器人系统。一种基于气动肌肉的仿型机器人系统，包括：腰关节，所述腰关节的两侧分别设置互为镜像的上肢关节，下部分别设置互为镜像的下肢关节；所述腰关节的腰关节上侧板、中间支柱一、中间支柱二、中间支柱三依次可转动连接，所述中间支柱三和腰关节下侧板固定连接，所述中间支柱一、中间支柱二之间设置气动肌肉连接件一、气动肌肉连接件二、气动肌肉连接件五、气动肌肉连接件六，所述气动肌肉连接件一、气动肌肉连接件二、气动肌肉连接件五、气动肌肉连接件六固定连接中间支柱一，所述中间支柱二、中间支柱三之间设置气动肌肉连接件三、气动肌肉连接件四、气动肌肉连接件七、气动肌肉连接件八，所述气动肌肉连接件三、气动肌肉连接件四、气动肌肉连接件七、气动肌肉连接件八固定连接中间支柱二，所述气动肌肉连接件一、气动肌肉连接件二、气动肌肉连接件三、气动肌肉连接件四下凹，所述气动肌肉连接件五、气动肌肉连接件六、气动肌肉连接件七、气动肌肉连接件八上凸，所述气动肌肉一、气动肌肉七一端固定连接腰关节上侧板，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件五的两端，所述气动肌肉二、气动肌肉八一端固定连接腰关节上侧板，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件六的两端，所述气动肌肉连接件一、气动肌肉连接件七两端分别可转动连接气动肌肉三、气动肌肉九的两端，所述气动肌肉连接件二、气动肌肉连接件八的两端分别可转动连接气动肌肉四、气动肌肉十的两端，所述腰关节下侧板分别固定连接气动肌肉五、气动肌肉十二，所述气动肌肉五、气动肌肉十二分别可转动连接气动肌肉连接件三的两端，所述腰关节下侧板分别固定连接气动肌肉六、气动肌肉十一，所述气动肌肉六、气动肌肉十一分别可转动连接气动肌肉连接件四的两端；所述腰关节下侧板的下方固定连接下肢关节的髋关节连接件，所述髋关节连接件和连杆一可转动连接，所述连杆一和大腿气动肌肉肌群一固定连接，所述大腿气动肌肉肌群一和连杆二固定连接，所述连杆二和膝关节连接件可转动连接，所述膝关节连接件和连杆三可转动连接，所述连杆三和小腿气动肌肉肌群一固定连接，所述小腿气动肌肉肌群一和连杆四固定连接，所述连杆四和脚可转动连接，所述髋关节连接件和连杆五可转动连接，所述连杆五大腿气动肌肉肌群二固定连接，所述大腿气动肌肉肌群二和连杆六固定连接，所述连杆六和膝关节连接件可转动连接，所述膝关节连接件和连杆七可转动连接，所述连杆七和小腿气动肌肉肌群二固定连接，所述小腿气动肌肉肌群二和连杆八固定连接，所述连杆八和脚可转动连接，所述髋关节连接件、膝关节连接件、大腿中间杆、小腿中间杆、脚依次可转动连接；所述腰关节的腰关节上侧板固定连接上肢关节的支架，所述支架和中间连接件固定连接，所述支架和中间连接件固定连接带轮一，所述中间连接件和带轮二可转动连接，所述中间连接件和带轮三可转动连接，所述带轮三分别同肘关节连接件、带轮四固定连接，所述肘关节连接件、带轮四固定连接，所述上肢关节的大臂气动肌肉一和大臂气动肌肉三两端分别同气动肌肉连接板一、气动肌肉连接板三固定连接，所述上肢关节的大臂气动肌肉二和大臂气动肌肉四两端分别同气动肌肉连接板二、气动肌肉连接板四固定连接，所述上肢关节的肘关节气动肌肉一和肘关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气动肌肉的仿型机器人系统，其特征在于，包括：/n腰关节(2)，所述腰关节(2)的两侧分别设置互为镜像的上肢关节(1)，下部分别设置互为镜像的下肢关节(3)；/n所述腰关节(2)的腰关节上侧板(4)、中间支柱一(10)、中间支柱二(11)、中间支柱三(12)依次可转动连接，所述中间支柱三(12)和腰关节下侧板(9)固定连接，所述中间支柱一(10)、中间支柱二(11)之间设置气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)固定连接中间支柱一(10)，所述中间支柱二(11)、中间支柱三(12)之间设置气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)，所述气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)固定连接中间支柱二(11)，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)下凹，所述气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)上凸，所述气动肌肉一(17)、气动肌肉七(23)一端固定连接腰关节上侧板(4)，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件五(13)的两端，所述气动肌肉二(18)、气动肌肉八(24)一端固定连接腰关节上侧板(4)，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件六(14)的两端，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件七(15)两端分别可转动连接气动肌肉三(19)、气动肌肉九(25)的两端，所述气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件八(16)的两端分别可转动连接气动肌肉四(20)、气动肌肉十(26)的两端，所述腰关节下侧板(9)分别固定连接气动肌肉五(21)、气动肌肉十二(28)，所述气动肌肉五(21)、气动肌肉十二(28)分别可转动连接气动肌肉连接件三(7)的两端，所述腰关节下侧板(9)分别固定连接气动肌肉六(22)、气动肌肉十一(27)，所述气动肌肉六(22)、气动肌肉十一(27)分别可转动连接气动肌肉连接件四(8)的两端；/n所述腰关节下侧板(9)的下方固定连接下肢关节(3)的髋关节连接件(29)，所述髋关节连接件(29)和连杆一(30)可转动连接，所述连杆一(30)和大腿气动肌肉肌群一(31)固定连接，所述大腿气动肌肉肌群一(31)和连杆二(33)固定连接，所述连杆二(33)和膝关节连接件(29-2)可转动连接，所述膝关节连接件(29-2)和连杆三(34)可转动连接，所述连杆三(34)和小腿气动肌肉肌群一(35)固定连接，所述小腿气动肌肉肌群一(35)和连杆四(37)固定连接，所述连杆四(37)和脚(38)可转动连接，所述髋关节连接件(29)和连杆五(39)可转动连接，所述连杆五(39)大腿气动肌肉肌群二(40)固定连接，所述大腿气动肌肉肌群二(40)和连杆六(41)固定连接，所述连杆六(41)和膝关节连接件(29-2)可转动连接，所述膝关节连接件(29-2)和连杆七(42)可转动连接，所述连杆七(42)和小腿气动肌肉肌群二(43)固定连接，所述小腿气动肌肉肌群二(43)和连杆八(44)固定连接，所述连杆八(44)和脚(38)可转动连接，所述髋关节连接件(29)、膝关节连接件(29-2)、大腿中间杆(32)、小腿中间杆(36)、脚(38)依次可转动连接；/n所述腰关节(2)的腰关节上侧板(4)固定连接上肢关节(1)的支架(48)，所述支架(48)和中间连接件(64)固定连接，所述支架(48)和中间连接件(64)固定连接带轮一(47)，所述中间连接件(64)和带轮二(49)可转动连接，所述中间连接件(64)和带轮三(56)可转动连接，所述带轮三(56)分别同肘关节连接件(57)、带轮四(67)固定连接，所述肘关节连接件(57)、带轮四(67)固定连接，所述上肢关节(1)的大臂气动肌肉一(50)和大臂气动肌肉三(52)两端分别同气动肌肉连接板一(45)、气动肌肉连接板三(54)固定连接，所述上肢关节(1)的大臂气动肌肉二(51)和大臂气动肌肉四(53)两端分别同气动肌肉连接板二(46)、气动肌肉连接板四(55)固定连接，所述上肢关节(1)的肘关节气动肌肉一(60)和肘关节气动肌肉三(62)两端分别同气动肌肉连接板五(58)、气动肌肉连接板七(65)固定连接，所述上肢关节(1)的肘关节气动肌肉二(61)和肘关节气动肌肉四(63)两端分别同气动肌肉连接板六(59)、气动肌肉连接板八(66)固定连接，所述气动肌肉连接板一(45)、气动肌肉连接板二(46)、带轮一(...

【技术特征摘要】
1.一种基于气动肌肉的仿型机器人系统，其特征在于，包括：
腰关节(2)，所述腰关节(2)的两侧分别设置互为镜像的上肢关节(1)，下部分别设置互为镜像的下肢关节(3)；
所述腰关节(2)的腰关节上侧板(4)、中间支柱一(10)、中间支柱二(11)、中间支柱三(12)依次可转动连接，所述中间支柱三(12)和腰关节下侧板(9)固定连接，所述中间支柱一(10)、中间支柱二(11)之间设置气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)固定连接中间支柱一(10)，所述中间支柱二(11)、中间支柱三(12)之间设置气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)，所述气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)固定连接中间支柱二(11)，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件三(7)、气动肌肉连接件四(8)下凹，所述气动肌肉连接件五(13)、气动肌肉连接件六(14)、气动肌肉连接件七(15)、气动肌肉连接件八(16)上凸，所述气动肌肉一(17)、气动肌肉七(23)一端固定连接腰关节上侧板(4)，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件五(13)的两端，所述气动肌肉二(18)、气动肌肉八(24)一端固定连接腰关节上侧板(4)，另一端分别可转动连接气动肌肉连接件六(14)的两端，所述气动肌肉连接件一(5)、气动肌肉连接件七(15)两端分别可转动连接气动肌肉三(19)、气动肌肉九(25)的两端，所述气动肌肉连接件二(6)、气动肌肉连接件八(16)的两端分别可转动连接气动肌肉四(20)、气动肌肉十(26)的两端，所述腰关节下侧板(9)分别固定连接气动肌肉五(21)、气动肌肉十二(28)，所述气动肌肉五(21)、气动肌肉十二(28)分别可转动连接气动肌肉连接件三(7)的两端，所述腰关节下侧板(9)分别固定连接气动肌肉六(22)、气动肌肉十一(27)，所述气动肌肉六(22)、气动肌肉十一(27)分别可转动连接气动肌肉连接件四(8)的两端；
所述腰关节下侧板(9)的下方固定连接下肢关节(3)的髋关节连接件(29)，所述髋关节连接件(29)和连杆一(30)可转动连接，所述连杆一(30)和大腿气动肌肉肌群一(31)固定连接，所述大腿气动肌肉肌群一(31)和连杆二(33)固定连接，所述连杆二(33)和膝关节连接件(29-2)可转动连接，所述膝关节连接件(29-2)和连杆三(34)可转动连接，所述连杆三(34)和小腿气动肌肉肌群一(35)固定连接，所述小腿气动肌肉肌群一(35)和连杆四(37)固定连接，所述连杆四(37)和脚(38)可转动连接，所述髋关节连接件(29)和连杆五(39)可转动连接，所述连杆五(39)大腿气动肌肉肌群二(40)固定连接，所述大腿气动肌肉肌群二(40)和连杆六(41)固定连接，所述连杆六(41)和膝关节连接件(29-2)可转动连接，所述膝关节连接件(29-2)和连杆七(42)可转动连接，所述连杆七(42)和小腿气动肌肉肌群二(43)固定连接，所述小腿气动肌肉肌群二(43)和连杆八(44)固定连接，所述连杆八(44)和脚(38)可转动连接，所述髋关节连接件(29)、膝关节连接件(29-2)、大腿中间杆(32)、小腿中间杆(36)、脚(38)依次可转动连接；
所述腰关节(2)的腰关节上侧板(4)固定连接上肢关节(1)的支架(48)，所述支架(48)和中间连接件(64)固定连接，所述支架(48)和中间连接件(64)固定连接带轮一(47)，所述中间连接件(64)和带轮二(49)可转动连接，所述中间连接件(64)和带轮三(56)可转动连接，所述带轮三(56)分别同肘关节连接件(57)、带轮四(67)固定连接，所述肘关节连接件(57)、带轮四(67)固定连接，所述上肢关节(1)的大臂气动肌肉一(50)和大臂气动肌肉三(52)两端分别同气动肌肉连接板一(45)、气动肌肉连接板三(54)固定连接，所述上肢关节(1)的大臂气动肌肉二(51)和大臂气动肌肉四(53)两端分别同气动肌肉连接板二(46)、气动肌肉连接板四(55)固定连接，所述上肢关节(1)的肘关节气动肌肉一(60)和肘关节气动肌肉三(62)两端分别同气动肌肉连接板五(58)、气动肌肉连接板七(65)固定连接，所述上肢关节(1)的肘关节气动肌肉二(61)和肘关节气动肌肉四(6...

【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，敖康，李心雨，刘亿，尹弟，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33