[發明專利]一種基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統

有效

• 申請號: 202110458757.5
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113146581B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 尹弟;姜飛龍;曹堅;董睿;伊光武;陳軍委;胡紅生;楊德山;汪斌;楊琴;張海軍;劉春元;周振峰;朱海濱;朱荷蕾;許聚武;劉睿瑩;歐陽青;宋玉來;錢承;殷小亮;陳晟;周麗;楊立娜;沈劍英;戴婷;崔文華;程樹群;李偉榮;何琳;章璇;敖康;李心雨;劉億
• 申請（專利權）人: 嘉興學院
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J17/00
• 代理公司: 上海茸恒專利代理事務所(特殊普通合伙) 31408
• 代理人: 袁威

本發明涉及一種基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統，以氣動肌肉模擬人的肌肉驅動肩關節、肘關節、腕關節、腰關節、髖關節、膝關節、踝關節的運動，具有完全模擬人關節運動的功能。所述的基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統主要由氣動肌肉、直線氣缸、帶輪、帶、錐齒輪、連接件、氣動馬達、氣爪、氣動肌肉以及控制系統組成。多關節氣動肌肉既可以通過帶輪、帶直接驅動或者差動轉速驅動肩關節、肘關節、腕關節，也可以與氣動馬達一起驅動肩關節、肘關節、腕關節。直線氣缸與氣動肌肉并聯作為基本模塊，先并聯后串聯組建腰關節。本發明專利以氣動肌肉驅動，具有結構緊湊、柔順性好、自由度多的特點，可用于教學演示、醫療診斷、運動員運動訓練。

技術領域

本發明涉及機器人設備技術領域，特別是一種結構緊湊、柔順性好、自由度多的基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統。

背景技術

柔性機器人由于具有較好的柔順性，在復雜環境運動過程中，如果與外界發生碰撞，由于其自身具有較好的柔順性而避免剛性損壞。氣動肌肉由于具有較好的柔順性，在柔性機器人領域具有較多的應用。

仿生機器人是機器人領域一個重要的研究領域，由于在設計機器人的過程中，往往吸取生物的優勢進行設計，而生物的這些優勢進化幾千年，為適應外部環境進化而來。

中國專利CN107550688B，申請號：201710944285.8，公開一種基于氣動肌肉仿人型機器人，以氣動肌肉模擬人的肌肉驅動肩關節、肘關節、腕關節、腰關節、髖關節、膝關節、踝關節的運動，具有完全模擬人運動的功能。提出氣動肌肉以拮抗肌形式驅動關節，根據氣動肌肉驅動關節的數量可以分為單關節氣動肌肉、多關節氣動肌肉。本申請中提出在已有專利的基礎上，提出單關節氣動肌肉、多關節氣動肌肉另外一種結構模式。

中國專利CN110434846B，涉及一種基于氣動的仿人機器人系統，下肢裝置連接腰部裝置，腰部裝置連接上肢裝置；下肢裝置的第一橫向氣缸通過第二橫向氣缸連接第三橫向氣缸，第一橫向氣缸，第二橫向氣缸和第三橫向氣缸兩兩相互垂直；第二橫向氣缸通過第一連接件連接相互平行的第二縱向氣缸和第五縱向氣缸，第二縱向氣缸兩端分別垂直連接第一縱向氣缸和第三縱向氣缸，第五縱向氣缸兩端分別垂直連接第四縱向氣缸和第六縱向氣缸。CN107550688B，公開一種基于氣動肌肉仿人型機器人，以氣動肌肉模擬人的肌肉驅動肩關節、肘關節、腕關節、腰關節、髖關節、膝關節、踝關節的運動，具有完全模擬人運動的功能。CN110682305B，涉及一種仿人型機器人系統，腰關節裝置的兩側分別設置上肢裝置，下端兩側分別設置下肢裝置，以氣缸、氣動肌肉和彈簧組合體驅動仿人機器人的上肢裝置、腰關節裝置、下肢裝置的運動，具有完全模擬人的關節運動的功能。由氣缸、帶輪、連接件、氣動肌肉和彈簧組合體、連接板、氣爪等組成。擺動氣缸之間結合，擺動氣缸與帶傳動結合，氣爪驅動上肢系統，氣動肌肉和彈簧組合體和直線氣缸驅動腰關節系統，直線氣缸、直線氣缸與桿結構結合驅動下肢系統。單上肢系統、腰關節系統、單下肢系統分別具有5、7、12個自由度，整個機器人共計41個自由度。CN110936367B，涉及一種氣動仿人機器人系統，以氣缸驅動仿人機器人的髖關節、膝關節、腳關節、腰關節、肩關節、肘關節、腕關節的運動，具有完全模擬人的關節運動的功能。由直線氣缸、擺動氣缸、帶輪、絲杠、錐齒輪、齒形帶、齒形輪以及連接件組成。髖關節和肩關節由擺動氣缸通過帶輪驅動，膝關節由絲杠和氣缸組合驅動，腳關節由多根氣缸驅動，肘關節由擺動氣缸驅動，腕關節由兩組變距離擺動部件和氣缸并聯機構組成；髖關節、膝關節、腳關節、腰關節、肩關節、肘關節、腕關節分別具有2、1、4、6、2、1、4個自由度，全身共計34個自由度。均提出基于氣動肌肉或者氣缸并聯的腰關節，但是實際的腰關節則既有保持剛度的骨骼，又有柔性驅動的肌肉。

需要一種結構緊湊、柔順性好、自由度多的基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統。

發明內容

本發明的目的是提供一種結構緊湊、柔順性好、自由度多的基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統。

一種基于氣動肌肉與氣缸冗余的機器人系統，包括：