[发明专利]一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢

说明书

技术领域

本发明涉及一种机器人，属于仿人机器人领域。

背景技术

仿人双足机器人是机器人领域的研究热点，双足机器人可以实现稳定步行、跑步、上下楼梯等动作。传统的双足机器人即主动机器人通常采用刚性的电机和减速器作为驱动元件，控制和驱动系统十分复杂，使得机器人的能量效率很低。

发明内容

本发明是为解决现有主动机器人采用刚性结构驱动，系统结构复杂，柔顺性差及机器人的能量效率较低的问题，进而提供一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢，它包括左腿、右腿和骨盆；左腿和右腿分别包括大腿、小腿、足部、髋关节、膝关节、上踝关节和下踝关节；

左腿和右腿通过骨盆连接，骨盆通过髋关节与大腿转动连接，大腿通过膝关节与小腿转动连接，小腿通过上踝关节与踝关节板转动连接；踝关节板通过下踝关节与足部转动连接，髋关节轴、膝关节轴和上踝关节轴的轴向平行，上踝关节轴的轴向与下踝关节轴的轴向垂直；

左腿和右腿分别还包括11条气动肌腱，11条气动肌腱分别是髂肌、股大肌、股外侧肌、股二头肌、胫骨前肌、比目鱼肌、半腱肌、股直肌、腓肠肌、内收肌和腓骨肌；

大腿上设置有髂肌、股大肌、股外侧肌、股二头肌、半腱肌和股直肌，小腿上设置有胫骨前肌、比目鱼肌、腓肠肌、内收肌和腓骨肌；髂肌和股大肌采用拮抗式布置方式设置，股外侧肌和股二头肌采用拮抗式布置方式设置，胫骨前肌和比目鱼肌采用拮抗式布置方式设置，股直肌和半腱肌采用拮抗式布置方式设置；内收肌和腓骨肌采用拮抗式布置方式设置；

髂肌和股大肌的上端分别与骨盆铰接，该铰接轴的轴向与髋关节轴的轴向平行，髂肌和股大肌的下端分别与大腿铰接；股外侧肌和股二头肌的上端分别与大腿铰接，股外侧肌和股二头肌的下端分别与膝关节轴铰接；胫骨前肌和比目鱼肌的上端分别与小腿铰接，胫骨前肌和比目鱼肌的下端分别与踝关节板铰接，该铰接轴的轴向与踝关节轴的轴向平行；股直肌和半腱肌的上端分别与骨盆铰接，该铰接轴的轴向与髋关节轴的轴向平行，股直肌和半腱肌的下端分别与膝关节轴铰接，腓肠肌的上端与膝关节轴铰接，腓肠肌的下端与足部铰接，该铰接轴的轴向与踝关节轴的轴向平行，半腱肌和腓肠肌上下正对设置，内收肌和腓骨肌的上端分别与小腿铰接，内收肌和腓骨肌的下端分别与足部铰接。

本发明的有益效果是：本发明仿照人类下肢结构，机器人的每条腿由大腿、小腿和足部、髋关节、膝关节和踝关节连接而成，两条腿之间由骨盆连接；按照人体下肢的肌肉布置方式，机器人的每条腿由11条气动人工肌肉驱动，包括八条单关节肌肉和三条双关节肌肉。采用拮抗式布置方式设置，每个关节由一对拮抗式肌肉驱动，每条腿上面还有三条双关节肌肉(肌肉跨过两个关节)，一条肌肉动作引起两个关节耦合运动，本发明研制的双足机器人通过类似于人体肌肉的气动肌腱(气动肌肉)排布方式实现了关节的柔性驱动，并可实现仿人步行。本发明的系统结构简单，使用便捷，本发明采用气动人工肌肉作为双足机器人的驱动元件，由于气动人工肌肉具有柔顺、功率/质量比大、在力/长度特性上与人类肌肉相似等优点，因此，使得机器人的关节具有柔性，有利于提高机器人的能量效率。

附图说明

图1是本发明的仿人下肢整体结构示意图，图2是本发明腿部结构示意图，图3是图2的侧视图，图4是髂肌与股大肌安装结构示意图，图5是股外侧肌与股二头肌安装结构示意图，图6是胫骨前肌与比目鱼肌安装结构示意图，图7是内收肌和腓骨肌安装结构示意图，图8是股直肌、半腱肌与腓肠肌安装结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图8说明，本实施方式的一种气动人工肌肉驱动的仿人下肢，它包括左腿A、右腿B和骨盆C；左腿A和右腿B分别包括大腿1、小腿2、足部3、髋关节4、膝关节5、上踝关节61和下踝关节62；

左腿A和右腿B通过骨盆C连接，骨盆3通过髋关节4与大腿1转动连接，大腿1通过膝关节5与小腿2转动连接，小腿2通过上踝关节61与踝关节板6-4转动连接；踝关节板6-4通过下踝关节62与足部3转动连接，髋关节轴4-1、膝关节轴5-1和上踝关节轴6-1的轴向平行，上踝关节轴6-1的轴向与下踝关节轴6-6的轴向垂直；

左腿A和右腿B分别还包括11条气动肌腱，11条气动肌腱分别是髂肌7、股大肌8、股外侧肌9、股二头肌10、胫骨前肌11、比目鱼肌12、半腱肌13、股直肌14、腓肠肌15、内收肌26和腓骨肌27；