一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人制造技术

本发明专利技术公开一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，属于机器人领域。由气动肌腱、肱骨、尺骨、桡骨、控制系统等组成。肩关节、腕关节分别由四根气动肌腱并联驱动肱骨、尺骨、桡骨转动，肘关节由肩部的多关节气动肌腱驱动肱骨、尺骨、桡骨转动；腰关节由两层气动肌腱与弹簧组合并联，之后与气动肌腱并联构成。髋关节由两根气动肌腱相互作用于左下肢关节、右下肢关节。膝关节由气动肌腱与杆端关节轴承组合驱动，踝关节由气动肌腱与钢丝绳、转动轮组合实现。单根气动肌腱由数字输出模块输出PWM波形通过电磁阀控制，状态由电压输入模块采集传感器的信号获取。本发明专利技术以气动肌腱驱动，具有柔顺性好、结构紧凑，自由度多的特点，可用于教学和演示。和演示。和演示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人


[0001]本专利技术属于机器人
，具体涉及一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人。

技术介绍

[0002]气动肌腱作为一种柔性的驱动器，在软体机器人的设计起到举足轻重的作用。气动肌腱充、放气改变刚度，可驱动关节运动；人的肌肉充入氧气、营养，运动后排出二氧化碳，因此气动肌腱广泛应用于仿生机器人设计。
[0003]中国专利CN107283413B设计不规则分别气动肌腱驱动仿人上肢，但其在小臂设计过程中，仅仅设计了尺骨与肌腱组合的模式。小臂中尺骨主要参与肘关节的构成，其与腕关节通过软组织连接，因此不参与构成腕关节。桡骨上端参与构成肘关节，下端参与构成腕关节。桡骨为旋转骨，主要对尺骨起到支撑作用。桡骨、尺骨在小臂的构成、运动中相辅相成，缺一不可。
[0004]气动肌腱作为一种柔性的驱动器，其自身气压刚度受气压限制，气压的大小又影响到气动肌肉伸缩的长度，为保证一定长度的情况下提高气动肌腱的刚度，采取气动肌腱与弹簧并联的方式，气动肌腱与弹簧并联构成基本的执行元件进一步并联，刚度得到改善。
[0005]气动肌腱以拮抗肌形式存在时，往往需要配合转动轮驱动关节。驱动转动轮的力大部分情况下依靠钢丝绳与转动轮之间的摩擦力，另外钢丝绳作为刚性绳索，其较为精确位置的固定难度较大。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对上述现有的技术缺陷，提供了一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人关节与控制系统，本专利技术具有柔顺性好、结构紧凑，多自由度等优点。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，包括头部关节1、双上肢关节2、腰关节3、双下肢关节4、控制系统，双上肢关节2包括结构完全相同的左上肢关节2
‑
1、右上肢关节2
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2，双下肢关节4包括髋关节连接件60及连接在髋关节连接件60下端左右两侧、结构完全相同的左下肢关节4
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1、右下肢关节4
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2，头部关节1安装在腰关节3上方，左上肢关节2
‑
1、右上肢关节2
‑
2分别连接在腰关节3上端的左右两侧，髋关节连接件60连接在腰关节3下端，双上肢关节2、腰关节3、双下肢关节4中均设有单根气动肌腱85 ，单根气动肌腱85包括双上肢关节2、腰关节3、双下肢关节4中所有的气动肌腱，头部关节1、单根气动肌腱85均与控制系统连接。
[0008]具体地，头部关节1包括气动马达5、中间连接件7、摄像头8，摄像头8的下端通过中间连接件与气动马达5连接，气动马达5下端与腰关节3连接，摄像头8、气动马达5均与控制系统连接。
[0009]具体地，双上肢关节2中：肩关节连接件9与腰关节3连接，肱骨第一段10一端与肩关节连接件9可转动连接，另一端经过肱骨连接板11与肱骨第二段12固定连接；桡骨第一段13一端与肱骨第二段12可转动连接，另一端通过桡骨连接板15与桡骨第二段17固定连接，
尺骨第一段14一端与肱骨第二段12可转动连接，另一端通过尺骨连接板16与尺骨第二段18固定连接；桡骨第二段17、尺骨第二段18均与腕关节连接板19可转动连接，气爪20与腕关节连接板19固定连接。肱骨第一段10一端与肩关节连接件9可转动连接为球铰；桡骨第一段13与肱骨第二段12可转动连接，尺骨第一段14与肱骨第二段12可转动连接，桡骨第二段17与腕关节连接板19可转动连接，尺骨第二段18与腕关节连接板19可转动连接；肩关节气动肌腱一21、肩关节气动肌腱二22、肩关节气动肌腱三23、肩关节气动肌腱四24两端分别与肩关节连接件9、肱骨连接板11可转动连接；肩肘关节气动肌腱一25两端分别与肩关节连接件9、桡骨连接板15可转动连接，肩肘关节气动肌腱二26两端分别与肩关节连接件9、尺骨连接板16可转动连接；腕关节气动肌腱一27、腕关节气动肌腱二28两端分别与桡骨连接板15、腕关节连接板19可转动连接，腕关节气动肌腱三29、腕关节气动肌腱四30两端分别与尺骨连接板16、腕关节连接板19可转动连接。
[0010]具体地，腰关节3中：腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱二33、腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱四36、腰关节气动肌腱十46、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十二49、腰关节气动肌腱十三50两端分别与腰关节上端连接板6、腰关节中间连接板51可转动连接，腰关节气动肌腱二33、腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱四36、腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱十三50、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十二49、腰关节气动肌腱十46之间以45
°
夹角均匀分布，腰关节气动肌腱二33、腰关节气动肌腱四36、腰关节气动肌腱十三50、腰关节气动肌腱十二49在外圈以90
°
夹角均匀分布。腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十46在内圈以90
°
夹角均匀分布，且腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱二33、腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱四36、腰关节气动肌腱十46、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十二49、腰关节气动肌腱十三50在腰关节上端连接板6上的分布圆半径，小于在腰关节中间连接板51上的分布圆半径，腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十46外部分别同轴安装弹簧二35、弹簧一32、弹簧七47、弹簧六45；腰关节气动肌腱五38、腰关节气动肌腱六39、腰关节气动肌腱七41、腰关节气动肌腱八42、腰关节气动肌腱九43、腰关节气动肌腱十四52、腰关节气动肌腱十五54、腰关节气动肌腱十六55两端分别与腰关节中间连接板51、腰关节下端连接板56可转动连接；腰关节气动肌腱六39、腰关节气动肌腱七41、腰关节气动肌腱八42、腰关节气动肌腱九43、腰关节气动肌腱十六55、腰关节气动肌腱十四52、腰关节气动肌腱十五54、腰关节气动肌腱五38分别在腰关节气动肌腱二33、腰关节气动肌腱三34、腰关节气动肌腱四36、腰关节气动肌腱一31、腰关节气动肌腱十三50、腰关节气动肌腱十一48、腰关节气动肌腱十二49、腰关节气动肌腱十46的正下方分布，腰关节气动肌腱六39、腰关节气动肌腱八42、腰关节气动肌腱十六55、腰关节气动肌腱十五54在外圈以90
°
夹角均匀分布，腰关节气动肌腱七41、腰关节气动肌腱九43、腰关节气动肌腱十四52、腰关节气动肌腱五38在外圈以90
°
夹角均匀分布，且外部分别同轴安装弹簧四40、弹簧五44、弹簧八53、弹簧三37。
[0011]具体地，双下肢关节4中：髋关节气动肌腱一57、髋关节气动肌腱二58两端分别与髋关节连接板59、右下肢关节4
‑
2固定连接；髋关节气动肌腱一57、髋关节气动肌腱二58同步充、放气驱动右下肢关节4
‑
2沿X轴方向移动，髋关节气动肌腱一57、髋关节气动肌腱二58也可以一组拮抗肌的形式驱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，其特征在于，包括头部关节（1）、双上肢关节（2）、腰关节（3）、双下肢关节（4）、控制系统，双上肢关节（2）包括结构完全相同的左上肢关节（2
‑
1）、右上肢关节（2
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2），双下肢关节（4）包括髋关节连接件（60）及连接在髋关节连接件（60）下端左右两侧、结构完全相同的左下肢关节（4
‑
1）、右下肢关节（4
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2），头部关节（1）安装在腰关节（3）上方，左上肢关节（2
‑
1）、右上肢关节（2
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2）分别连接在腰关节（3）上端的左右两侧，髋关节连接件（60）连接在腰关节（3）下端，双上肢关节（2）、腰关节（3）、双下肢关节（4）中均设有单根气动肌腱（85），单根气动肌腱（85）包括双上肢关节（2）、腰关节（3）、双下肢关节（4）中所有的气动肌腱，头部关节（1）、单根气动肌腱（85）均与控制系统连接。2.根据权利要求1所述的一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，其特征在于，头部关节（1）包括气动马达（5）、中间连接件（7）、摄像头（8），摄像头（8）的下端通过中间连接件与气动马达（5）连接，气动马达（5）下端与腰关节（3）连接，摄像头（8）、气动马达（5）均与控制系统连接。3.根据权利要求1所述的一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，其特征在于，双上肢关节（2）中：肩关节连接件（9）与腰关节（3）连接，肱骨第一段（10）一端与肩关节连接件（9）可转动连接，另一端经过肱骨连接板（11）与肱骨第二段（12）固定连接；桡骨第一段（13）一端与肱骨第二段（12）可转动连接，另一端通过桡骨连接板（15）与桡骨第二段（17）固定连接，尺骨第一段（14）一端与肱骨第二段（12）可转动连接，另一端通过尺骨连接板（16）与尺骨第二段（18）固定连接；桡骨第二段（17）、尺骨第二段（18）均与腕关节连接板（19）可转动连接，气爪（20）与腕关节连接板（19）固定连接，肱骨第一段（10）一端与肩关节连接件（9）可转动连接为球铰；桡骨第一段（13）与肱骨第二段（12）可转动连接，尺骨第一段（14）与肱骨第二段（12）可转动连接，桡骨第二段（17）与腕关节连接板（19）可转动连接，尺骨第二段（18）与腕关节连接板（19）可转动连接；肩关节气动肌腱一（21）、肩关节气动肌腱二（22）、肩关节气动肌腱三（23）、肩关节气动肌腱四（24）两端分别与肩关节连接件（9）、肱骨连接板（11）可转动连接；肩肘关节气动肌腱一（25）两端分别与肩关节连接件（9）、桡骨连接板（15）可转动连接，肩肘关节气动肌腱二（26）两端分别与肩关节连接件（9）、尺骨连接板（16）可转动连接；腕关节气动肌腱一（27）、腕关节气动肌腱二（28）两端分别与桡骨连接板（15）、腕关节连接板（19）可转动连接，腕关节气动肌腱三（29）、腕关节气动肌腱四（30）两端分别与尺骨连接板（16）、腕关节连接板（19）可转动连接。4.根据权利要求1所述的一种基于气动肌腱的柔性仿生机器人，其特征在于，腰关节（3）中：腰关节气动肌腱一（31）、腰关节气动肌腱二（33）、腰关节气动肌腱三（34）、腰关节气动肌腱四（36）、腰关节气动肌腱十（46）、腰关节气动肌腱十一（48）、腰关节气动肌腱十二（49）、腰关节气动肌腱十三（50）两端分别与腰关节上端连接板（6）、腰关节中间连接板（51）可转动连接，腰关节气动肌腱二（33）、腰关节气动肌腱三（34）、腰关节气动肌腱四（36）、腰关节气动肌腱一（31）、腰关节气动肌腱十三（50）、腰关节气动肌腱十一（48）、腰关节气动肌腱十二（49）、腰关节气动肌腱十（46）之间以45
°
夹角均匀分布，腰关节气动肌腱二（33）、腰关节气动肌腱四（36）、腰关节气动肌腱十三（50）、腰关节气动肌腱十二（49）在外圈以90
°
夹角均匀分布，腰关节气动肌腱三（34）、腰关节气动肌腱一（31）、腰关节气动肌腱十一（48）、腰关节气动肌腱十（46）在内圈以90
°
夹角均匀分布，且腰关节气动肌腱一（31）、腰关节气动
肌腱二（33）、腰关节气动肌腱三（34）、腰关节气动肌腱四（36）、腰关节气动肌腱十（46）、腰关节气动肌腱十一（48）、腰关节气动肌腱十二（49）、腰关节气动肌腱十三（50）在腰关节上端连接板（6）上的分布圆半径，小于在腰关节中间连接板（51）上的分布圆半径，腰关节气动肌腱三（34）、腰关节气动肌腱一（31）、腰关节气动肌腱十一（48）、腰关节气动肌腱十（46）外部分别同轴安装弹簧二（35）、弹簧一（32）、弹簧七（47）、弹簧六（45）；腰关节气动肌腱五（38）、腰关节气动肌腱六（39）、腰关节气动肌腱七（41）、腰关节气动肌腱八（42）、腰关节气动肌腱九（43）、腰关节气动肌腱十四（52）、腰关节气动肌腱十五（54）、腰关节气动肌腱十六（55）两端分别与腰关...

【专利技术属性】
技术研发人员：李庆伟，
申请(专利权)人：云南经济管理学院，
类型：发明
国别省市：