一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，以气缸和气动肌肉驱动人的肩关节、肘关节、腕关节、手指、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、脚趾的运动，具有完全模拟人运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、气动肌肉、锥齿轮、椎骨以及连接板组成。多个直线气缸驱动肩关节运动，摆动气缸与锥齿轮结合驱动肘关节，气动肌肉驱动腕关节和手指；多根气动肌肉驱动腰关节和椎骨；摆动气缸与平行四边形结构结合驱动下肢运动。肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、分别具有6、1、2、1、1、2个自由度。本发明专利技术专利以气缸和气动肌肉驱动，具有结构紧凑、防爆性能好、自由度多、刚柔结合的特点，可用于教学和演示。

【技术实现步骤摘要】
一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统
本专利技术涉及仿生机器人
，特别是一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。
技术介绍
机器人是一种能够把人类从繁重的工作中解放出来的装置、涉及到机械、电气、通信、控制等方面的知识；仿型机器人作为机器人的一个研究方向，具有外形与人相似、功能相似的效果。清洁的空气作为一种介质，具有较好的防爆型，并且具有取之不尽、用之不完的优点。气缸和气动肌肉作为两个元件，各自有自身的特点，如果能够组合使用，将避免各自的缺点。中国专利CN107717961B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。中国专利CN110682305A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。中国CN110561457A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。但是上述机器人仅仅从气缸的角度设计机器人，并没有考虑柔顺性、肌群组合、单根驱动支链的刚柔组合、单关节与多关节混联组合驱动等问题。需要一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，包括：胸关节,所述胸关节两侧互为镜像的设置两组上肢关节，下方固定在腰关节上，所述腰关节的下方互为镜像的设置下肢关节，所述下肢关节分别为左下肢和右下肢；所述胸关节的胸关节固定板两侧互为镜像的设置直线气缸一、直线气缸二、直线气缸三、直线气缸四、直线气缸五、直线气缸六、直线气缸七和直线气缸八，所述直线气缸二、直线气缸三一端可转动连接到胸关节固定板的上侧，另一端可转动连接到肩关节板，所述直线气缸五、直线气缸七一端可转动连接到胸关节固定板的下侧，另一端可转动连接到肩关节板，所述直线气缸一、直线气缸四、直线气缸六、直线气缸八一端可转动连接到胸关节固定板的中部，另一端可转动连接到肩关节板，所述肩关节板上一侧设置摆动气缸一，另一侧固定肘关节板一和肘关节板二，所述摆动气缸一的工作杆连接锥齿轮二，所述锥齿轮二分别啮合锥齿轮一和锥齿轮三，所述锥齿轮一可转动连接到肘关节板一，所述锥齿轮三可转动连接到肘关节板二；所述胸关节固定板和腰关节的腰关节顶板固定连接，所述腰关节顶板依次可转动连接椎骨四、椎骨五、椎骨六、椎骨一、椎骨二、椎骨三和腰关节底板，所述腰关节底板和腰关节顶板之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七、腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十三和腰关节气动肌肉十四，所述腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五从右向左倾斜，所述腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七同侧，所述腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十三从左向右倾斜，所述腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十四同侧；所述腰关节底板上方两侧分别固定摆动气缸二的缸体，所述摆动气缸二的工作杆分别固定左下肢的髋关节固定件和右下肢的髋关节固定件，所述髋关节固定件分别铰接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四分别铰接膝关节固定件，所述膝关节固定件分别铰接小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四，所述小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四分别铰接踝关节固定件，所述踝关节固定件通过摆动气缸三连接脚，所述小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四、大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四分别由摆动气缸驱动；所述锥齿轮一和锥齿轮三分别固定连接肘关节板三，所述肘关节板三固定连接小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三、小臂气动肌肉四，所述小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三、小臂气动肌肉四分别可转动连接到腕关节固定板；所述肘关节板三分别固定连接手指气动肌肉一、手指气动肌肉二、手指气动肌肉三、手指气动肌肉四、手指气动肌肉五、手指气动肌肉六、手指气动肌肉七、手指气动肌肉八，所述手指气动肌肉一和手指气动肌肉二连接手指一，所述手指气动肌肉三和手指气动肌肉四连接手指二，所述手指气动肌肉七和手指气动肌肉八连接手指三，所述手指气动肌肉五和手指气动肌肉六连接手指四；计算机，所述计算机分别控制胸关节控制系统、上肢关节控制系统、腰关节控制系统和下肢关节控制系统。所述胸关节固定板截面为工字型。所述肘关节板一和肘关节板二分别垂直于肩关节板。所述腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七、腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十四长度大小相同，所述腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五、腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十三长度大小相同。所述髋关节固定件、膝关节固定件、踝关节固定件内分别固定摆动气缸的缸体，所述髋关节固定件内的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述膝关节固定件内上部的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述膝关节固定件内下部的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四，所述踝关节固定件内的摆动气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，包括：/n胸关节(1),所述胸关节(1)两侧互为镜像的设置两组上肢关节(2)，下方固定在腰关节(3)上，所述腰关节(3)的下方互为镜像的设置下肢关节(4)，所述下肢关节(4)分别为左下肢(4-1)和右下肢(4-2)；/n所述胸关节(1)的胸关节固定板(5)两侧互为镜像的设置直线气缸一(6)、直线气缸二(7)、直线气缸三(8)、直线气缸四(9)、直线气缸五(17)、直线气缸六(18)、直线气缸七(19)和直线气缸八(20)，所述直线气缸二(7)、直线气缸三(8)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的上侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸五(17)、直线气缸七(19)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的下侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸一(6)、直线气缸四(9)、直线气缸六(18)、直线气缸八(20)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的中部，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述肩关节板(16)上一侧设置摆动气缸一(10)，另一侧固定肘关节板一(11)和肘关节板二(15)，所述摆动气缸一(10)的工作杆连接锥齿轮二(13)，所述锥齿轮二(13)分别啮合锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)，所述锥齿轮一(12)可转动连接到肘关节板一(11)，所述锥齿轮三(14)可转动连接到肘关节板二(15)；/n所述胸关节固定板(5)和腰关节(3)的腰关节顶板(32)固定连接，所述腰关节顶板(32)依次可转动连接椎骨四(33)、椎骨五(34)、椎骨六(35)、椎骨一(28)、椎骨二(29)、椎骨三(30)和腰关节底板(31)，所述腰关节底板(31)和腰关节顶板(32)之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)、腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十三(41)和腰关节气动肌肉十四(42)，所述腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)从右向左倾斜，所述腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)同侧，所述腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十三(41)从左向右倾斜，所述腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十四(42)同侧；/n所述腰关节底板(31)上方两侧分别固定摆动气缸二(43)的缸体，所述摆动气缸二(43)的工作杆分别固定左下肢(4-1)的髋关节固定件(44)和右下肢(4-2)的髋关节固定件(44)，所述髋关节固定件(44)分别铰接大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)，所述大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别铰接膝关节固定件(47)，所述膝关节固定件(47)分别铰接小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)分别铰接踝关节固定件(50)，所述踝关节固定件(50)通过摆动气缸三(56)连接脚(51)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)、大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别由摆动气缸驱动；/n所述锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)分别固定连接肘关节板三(57)，所述肘关节板三(57)固定连接小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)，所述小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)分别可转动连接到腕关节固定板(62)；/n所述肘关节板三(57)分别固定连接手指气动肌肉一(63)、手指气动肌肉二(64)、手指气动肌肉三(65)、手指气动肌肉四(66)、手指气动肌肉五(69)、手指气动肌肉六(70)、手指气动肌肉七(71)、手指气动肌肉八(72)，所述手指气动肌肉一(63)和手指气动肌肉二(64)连接手指一(67)，所述手指气动肌肉三(65)和手指气动肌肉四(66)连接手指二(68)，所述手指气动肌肉七(71)和手指气动肌肉八(72)连接手指三(73)，所述手指气动肌肉五(69)和手指...

【技术特征摘要】
1.一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，包括：
胸关节(1),所述胸关节(1)两侧互为镜像的设置两组上肢关节(2)，下方固定在腰关节(3)上，所述腰关节(3)的下方互为镜像的设置下肢关节(4)，所述下肢关节(4)分别为左下肢(4-1)和右下肢(4-2)；
所述胸关节(1)的胸关节固定板(5)两侧互为镜像的设置直线气缸一(6)、直线气缸二(7)、直线气缸三(8)、直线气缸四(9)、直线气缸五(17)、直线气缸六(18)、直线气缸七(19)和直线气缸八(20)，所述直线气缸二(7)、直线气缸三(8)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的上侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸五(17)、直线气缸七(19)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的下侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸一(6)、直线气缸四(9)、直线气缸六(18)、直线气缸八(20)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的中部，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述肩关节板(16)上一侧设置摆动气缸一(10)，另一侧固定肘关节板一(11)和肘关节板二(15)，所述摆动气缸一(10)的工作杆连接锥齿轮二(13)，所述锥齿轮二(13)分别啮合锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)，所述锥齿轮一(12)可转动连接到肘关节板一(11)，所述锥齿轮三(14)可转动连接到肘关节板二(15)；
所述胸关节固定板(5)和腰关节(3)的腰关节顶板(32)固定连接，所述腰关节顶板(32)依次可转动连接椎骨四(33)、椎骨五(34)、椎骨六(35)、椎骨一(28)、椎骨二(29)、椎骨三(30)和腰关节底板(31)，所述腰关节底板(31)和腰关节顶板(32)之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)、腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十三(41)和腰关节气动肌肉十四(42)，所述腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)从右向左倾斜，所述腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)同侧，所述腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十三(41)从左向右倾斜，所述腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十四(42)同侧；
所述腰关节底板(31)上方两侧分别固定摆动气缸二(43)的缸体，所述摆动气缸二(43)的工作杆分别固定左下肢(4-1)的髋关节固定件(44)和右下肢(4-2)的髋关节固定件(44)，所述髋关节固定件(44)分别铰接大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)，所述大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别铰接膝关节固定件(47)，所述膝关节固定件(47)分别铰接小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)分别铰接踝关节固定件(50)，所述踝关节固定件(50)通过摆动气缸三(56)连接脚(51)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)、大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别由摆动气缸驱动；
所述锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)分别固定连接肘关节板三(57)，所述肘关节板三(57)固定连接小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)，所述小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)分别可转动连接到腕关节固定板(62)；
所述肘关节板三(57)分别固定连接手指气动肌肉一(63)、手指气动肌肉二(64)、手指气动肌肉三(65)、手指气动肌肉四(66)、手指气动肌肉五(69)、手指气动肌肉六(70)、手指气动肌肉七(71)、手指气动肌肉八(72)，所述手指气动肌肉一(63)和手指气动肌肉二(64)连接手指一(67)，所述手指气动肌肉三(65)和手指气动肌肉四(66)连接手指二(68)，所述手指气动肌肉七(71)和手指气动肌肉八(72)连接手指三(73)，所述手指气动肌肉五(69)和手...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴起威，姜飞龙，曹坚，胡红生，汪斌，朱海滨，朱荷蕾，刘睿莹，欧阳青，宋玉来，钱承，殷小亮，赵伟，陈晟，周丽，杨琴，张海军，杨立娜，沈剑英，杨德山，许聚武，戴婷，敖康，董睿，王庆泉，何琳，李心雨，任杰，刘亿，程祥光，吴三喜，尹弟，肖学才，高志强，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江;33