[发明专利]一种仿型关节机器人系统

说明书

本发明涉及一种仿型关节机器人系统，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、胸关节、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。所述的一种仿型关节机器人系统主要由椎骨、气动马达、气动肌肉、连接件以及关节控制系统组成。腰关节组成包括气动肌肉作为主动元件驱动椎骨转动的一层，气动马达与万向节组成具有主动元件的球铰，与气动肌肉组合驱动关节。下肢关节和上肢关节中的髋关节、膝关节、踝关节、肩关节、肘关节、腕关节由单关节气动肌肉与多关节气动肌肉组合驱动；肩关节则由一组8根气动肌肉组成的柔性冗余并联驱动。本发明结构紧凑，柔顺性好、气动肌肉状态多样的特点，可用于教学和演示。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种结构紧凑、柔顺性好、气动肌肉状态多样的仿型关节机器人系统。

背景技术

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。