一种基于气动肌肉与气缸的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与气缸的机器人系统，以气动马达和气缸驱动机器人关节的运动，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与气缸的机器人系统主要由气动肌肉、气缸、气动马达、连接件以及关节控制系统组成。髋关节、踝关节、肩关节、腕关节同时由直线气缸和气动马达一起驱动，可以分别作为主动元件和被动元件，肘关节、膝关节则由直线气缸驱动。本发明专利技术专利以气动肌肉、气缸、气动马达驱动，具有结构紧凑，运动模式多样、运动范围较广的特点，可用于教学和演示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统
本专利技术涉及仿生机器人
，特别是一种结构紧凑，运动模式多样、运动范围较广的基于气动肌肉与气缸的机器人系统。
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，运动模式多样、运动范围较广的基于气动肌肉与气缸的机器人系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构紧凑，运动模式多样、运动范围较广的基于气动肌肉与气缸的机器人系统。一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，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；所述腰关节的上侧板和上侧连接件可转动连接，所述上侧连接件固定连接薄壁气缸的杆，所述薄壁气缸的缸体和下侧连接件可转动连接，所述下侧连接件和下侧板固定连接，所述薄壁气缸的缸体和中间板固定连接，所述下侧板和中间板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、短气动肌肉四的两端，所述上侧板和下侧板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、长气动肌肉五、长气动肌肉六的两端；所述下侧板和连接件一固定连接，所述连接件一固定连接髋关节部件，所述髋关节部件固定连接大腿连接件，所述大腿连接件可转动连接小腿连接件，所述小腿连接件、踝关节部件、脚依次固定连接，所述髋关节部件分别固定连接气动马达一、气动马达二，所述大腿连接件、髋关节部件分别可转动连接大腿气缸一、大腿气缸二、大腿气缸三、大腿气缸四的两端，所述大腿连接件、小腿连接件分别可转动连接膝关节气缸一膝关节气缸二，所述踝关节部件分别固定连接气动马达三、气动马达四，所述小腿连接件、脚分别可转动连接踝关节气缸一、踝关节气缸二、踝关节气缸三、踝关节气缸四的两端；所述下肢关节的连接件一和脚之间组成下肢关节处的髋关节、膝关节、踝关节，所述下侧板通过连接板连接上肢关节处的髋关节、膝关节、踝关节，所述上肢关节处的髋关节、膝关节、踝关节通过腕关节连接板连接气爪；计算机，所述计算机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。所述上侧板、下侧板分别为长方形。所述短气动肌肉一、短气动肌肉二、短气动肌肉三、短气动肌肉四分别两两空间相交，均匀分布在下侧板、薄壁气缸、中间板的四周。所述长气动肌肉一、长气动肌肉二、长气动肌肉三、长气动肌肉四、长气动肌肉五、长气动肌肉六分别均匀分布在上侧板、下侧板的四周。所述大腿气缸一、大腿气缸二、大腿气缸三、大腿气缸四成组设置，两两空间相交，所述踝关节气缸一、踝关节气缸二、踝关节气缸三、踝关节气缸四成组设置，两两空间相交。所述气动马达一、气动马达二相互垂直，所述气动马达三、气动马达四相互垂直，所述气动马达一、气动马达三共面，所述气动马达二、气动马达四共面。所述气动马达一的轴心和大腿气缸二、大腿气缸三所在的平面相互平行，所述气动马达二的轴心和大腿气缸一、大腿气缸四所在的平面相互平行，所述气动马达三的轴心和踝关节气缸一、踝关节气缸四所在的平面相互平行，所述气动马达四的轴心和踝关节气缸二、踝关节气缸三所在的平面相互平行。所述膝关节气缸一、膝关节气缸二相互平行。所述髋关节部件和踝关节部件结构相同，所述髋关节部件的支架一和支架二可转动连接，所述支架一和气动马达一的壳体固定连接，所述支架二和气动马达二的壳体固定连接，所述气动马达一的转动轴、十字架、连接件二依次固定连接，所述气动马达二的转动轴、十字架、连接件一依次固定连接，所述支架一和连接件二可转动连接，所述连接件一和支架二可转动连接，所述连接件一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，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)的上侧板(4)和上侧连接件(5)可转动连接，所述上侧连接件(5)固定连接薄壁气缸(8)的杆，所述薄壁气缸(8)的缸体和下侧连接件(11)可转动连接，所述下侧连接件(11)和下侧板(13)固定连接，所述薄壁气缸(8)的缸体和中间板(16)固定连接，所述下侧板(13)和中间板(16)分别可转动连接短气动肌肉一(10)、短气动肌肉二(12)、短气动肌肉三(18)、短气动肌肉四(19)的两端，所述上侧板(4)和下侧板(13)分别可转动连接长气动肌肉一(6)、长气动肌肉二(7)、长气动肌肉三(9)、长气动肌肉四(14)、长气动肌肉五(15)、长气动肌肉六(17)的两端；/n所述下侧板(13)和连接件一(20)固定连接，所述连接件一(20)固定连接髋关节部件(30)，所述髋关节部件(30)固定连接大腿连接件(25)，所述大腿连接件(25)可转动连接小腿连接件(26)，所述小腿连接件(26)、踝关节部件(39)、脚(29)依次固定连接，所述髋关节部件(30)分别固定连接气动马达一(21)、气动马达二(22)，所述大腿连接件(25)、髋关节部件(30)分别可转动连接大腿气缸一(31)、大腿气缸二(32)、大腿气缸三(33)、大腿气缸四(34)的两端，所述大腿连接件(25)、小腿连接件(26)分别可转动连接膝关节气缸一(23)膝关节气缸二(24)，所述踝关节部件(39)分别固定连接气动马达三(27)、气动马达四(28)，所述小腿连接件(26)、脚(29)分别可转动连接踝关节气缸一(35)、踝关节气缸二(36)、踝关节气缸三(37)、踝关节气缸四(38)的两端；/n所述下肢关节(3)的连接件一(20)和脚(29)之间组成下肢关节(3)处的髋关节、膝关节、踝关节，所述下侧板(13)通过连接板连接上肢关节(1)处的髋关节、膝关节、踝关节，所述上肢关节(1)处的髋关节、膝关节、踝关节通过腕关节连接板(45)连接气爪(46)；/n计算机(47)，所述计算机(47)分别连接上肢关节控制系统(48)、腰关节控制系统(49)、下肢关节控制系统(50)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，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)的上侧板(4)和上侧连接件(5)可转动连接，所述上侧连接件(5)固定连接薄壁气缸(8)的杆，所述薄壁气缸(8)的缸体和下侧连接件(11)可转动连接，所述下侧连接件(11)和下侧板(13)固定连接，所述薄壁气缸(8)的缸体和中间板(16)固定连接，所述下侧板(13)和中间板(16)分别可转动连接短气动肌肉一(10)、短气动肌肉二(12)、短气动肌肉三(18)、短气动肌肉四(19)的两端，所述上侧板(4)和下侧板(13)分别可转动连接长气动肌肉一(6)、长气动肌肉二(7)、长气动肌肉三(9)、长气动肌肉四(14)、长气动肌肉五(15)、长气动肌肉六(17)的两端；
所述下侧板(13)和连接件一(20)固定连接，所述连接件一(20)固定连接髋关节部件(30)，所述髋关节部件(30)固定连接大腿连接件(25)，所述大腿连接件(25)可转动连接小腿连接件(26)，所述小腿连接件(26)、踝关节部件(39)、脚(29)依次固定连接，所述髋关节部件(30)分别固定连接气动马达一(21)、气动马达二(22)，所述大腿连接件(25)、髋关节部件(30)分别可转动连接大腿气缸一(31)、大腿气缸二(32)、大腿气缸三(33)、大腿气缸四(34)的两端，所述大腿连接件(25)、小腿连接件(26)分别可转动连接膝关节气缸一(23)膝关节气缸二(24)，所述踝关节部件(39)分别固定连接气动马达三(27)、气动马达四(28)，所述小腿连接件(26)、脚(29)分别可转动连接踝关节气缸一(35)、踝关节气缸二(36)、踝关节气缸三(37)、踝关节气缸四(38)的两端；
所述下肢关节(3)的连接件一(20)和脚(29)之间组成下肢关节(3)处的髋关节、膝关节、踝关节，所述下侧板(13)通过连接板连接上肢关节(1)处的髋关节、膝关节、踝关节，所述上肢关节(1)处的髋关节、膝关节、踝关节通过腕关节连接板(45)连接气爪(46)；
计算机(47)，所述计算机(47)分别连接上肢关节控制系统(48)、腰关节控制系统(49)、下肢关节控制系统(50)。


2.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，其特征在于，所述上侧板(4)、下侧板(13)分别为长方形。


3.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，其特征在于，所述短气动肌肉一(10)、短气动肌肉二(12)、短气动肌肉三(18)、短气动肌肉四(19)分别两两空间相交，均匀分布在下侧板(13)、薄壁气缸(8)、中间板(16)的四周。


4.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，其特征在于，所述长气动肌肉一(6)、长气动肌肉二(7)、长气动肌肉三(9)、长气动肌肉四(14)、长气动肌肉五(15)、长气动肌肉六(17)分别均匀分布在上侧板(4)、下侧板(13)的四周。


5.根据权利要求1所述的一种基于气动肌肉与气缸的机器人系统，其特征在于，所述大腿气缸一(31)、大腿气缸二(32)、大腿气缸三(33)、大腿气缸四(34)成组设置，两两空间相交，所述踝关节气缸一(35)、踝关节气缸二(36)、踝...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜飞龙，曹坚，钱苏翔，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，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，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