CN104175317A - 气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，包括有水平设置的固定平台，以及水平设置于固定平台正上方的运动平台，固定平台与运动平台之间中间位置竖向设置有可伸缩式中心液压缸，位于中心液压缸左侧的固定平台、运动平台之间设置有第一气动人工肌肉支撑单元、第二气动人工肌肉支撑单元，位于中心液压缸右侧的固定平台、运动平台之间设置有第三气动人工肌肉支撑单元、第四气动人工肌肉支撑单元。本发明采用气动人工肌肉和液压缸混合驱动方式，充分利用气动人工肌肉柔顺性好、结构简单和液压缸负载能力强、精度高的优点。本发明具有机构简单、组装拆卸方便灵活、易控制、操作方便。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，具体是一种气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人。
背景技术
并联机器人具有刚度大、结构稳定、承载能力强、精度高、响应速度快、运动惯性小和便于实时控制等优点。由于其卓越的运动学和动力学性能以及潜在的工业应用前景，目前，各种自由度的并联机器人在国内外都有广泛的研究，并且已被成功地应用到数控机床、航天器对接装置、雷达定向装置、运动模拟器以及医用机器人等方面。随着现代社会的老龄化、工作强度大、交通、工伤事故的增加，以及现代生活崇尚运动健身，如人体腰部和脚部损伤康复训练及健身运动已逐步成为现代社会人们健康工作生活的一部分。在机器人技术的不断发展中，并联机器人机构不仅具有精度高、响应快、负载能力强等特点，而且要能表现出良好的柔顺性，尤其是在人体腰部训练模拟仿生机器人和脚部锻炼康复机器人领域，人们对并联机器人柔顺安全性的要求远远大于对其位置精度的要求。
发明内容 本发明的目的是提供一种气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：包括有水平设置的固定平台，以及水平设置于固定平台正上方的运动平台，固定平台与运动平台之间中间位置竖向设置有可伸缩式中心液压缸，固定平台顶面几何中心位置固定有液压缸下端球铰链，运动平台底面几何中心位置固定有液压缸上端球铰链，所述中心液压缸上端铰接在液压缸上端球铰链处，中心液压缸下端铰接在液压缸下端球铰链处，位于中心液压缸左侧的固定平台、运动平台之间设置有第一气动人工肌肉支撑单元、第二气动人工肌肉支撑单元，位于中心液压缸右侧的固定平台、运动平台之间设置有第三气动人工肌肉支撑单元、第四气动人工肌肉支撑单元，第一、第二、第三及第四气动人工肌肉支撑单元结构相同，其中第一、第二气动人工肌肉支撑单元在空间呈交错设置，第三、第四气动人工肌肉支撑单元在空间呈交错设置，每个气动人工肌肉支撑单元顶端分别铰接在运动平台底面，每个气动人工肌肉支撑单元底端分别铰接在固定平台顶面，且各个气动人工肌肉支撑单元与固定平台之间分别在不同方向夹持相同角度α，各个气动人工肌肉支撑单元与运动平台之间分别在不同方向夹持相同角度β。
所述的气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：每个气动人工肌肉支撑单元包括气动人工肌肉，气动人工肌肉上端通过气动人工肌肉上连接件与支撑单元球铰链连接，支撑单元球铰链通过螺栓联接安装在支撑单元上套筒端部，气动人工肌肉下端通过气动人工肌肉下连接件与虎克铰链连接，气动人工肌肉下连接件通过螺栓连接安装在支撑单元下套筒端部，支撑单元上、下套筒之间连接有套在气动人工肌肉外的弹簧，所述支撑单元球铰链固定于运动平台底面，虎克铰链固定于固定平台顶面。
所述的气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：所述气动人工肌肉下连接件上设有与气动人工肌肉内连通的进气孔。
本发明的有益效果为：气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人通过采用四条气动人工肌肉和一条液压缸混合驱动并联机器人机构构型，能够完成具有空间六自由度的人体腰部训练模拟器和脚部锻炼及健身康复运动器。该机器人采用气动人工肌肉和液压缸混合驱动方式，充分利用气动人工肌肉柔顺性好、结构简单和液压缸负载能力强、精度高的优点。本发明具有机构简单、组装拆卸方便灵活、易控制、操作方便。
附图说明
图1为本发明气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人结构示意图。
图2为本发明气动人工肌肉支撑单元的结构示意图。
图3为气动人工肌肉支撑单元的剖视图。
具体实施方式
如图1所示。气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，包括有水平设置的固定平台5，以及水平设置于固定平台5正上方的运动平台6，固定平台5与运动平台6之间中间位置竖向设置有可伸缩式中心液压缸8，固定平台5顶面几何中心位置固定有液压缸下端球铰链9，运动平台6底面几何中心位置固定有液压缸上端球铰链7，中心液压缸8上端铰接在液压缸上端球铰链7处，中心液压缸8下端铰接在液压缸下端球铰链9处，位于中心液压缸8左侧的固定平台5、运动平台6之间设置有第一气动人工肌肉支撑单元1、第二气动人工肌肉支撑单元2，位于中心液压缸8右侧的固定平台5、运动平台6之间设置有第三气动人工肌肉支撑单元3、第四气动人工肌肉支撑单元4，第一、第二、第三及第四气动人工肌肉支撑单元1、2、3、4结构相同，其中第一、第二气动人工肌肉支撑单元1、2在空间呈交错设置，第三、第四气动人工肌肉支撑单元3、4在空间呈交错设置，每个气动人工肌肉支撑单元顶端分别铰接在运动平台6底面，每个气动人工肌肉支撑单元底端分别铰接在固定平台5顶面，且各个气动人工肌肉支撑单元与固定平台5之间分别在不同方向夹持相同角度α，各个气动人工肌肉支撑单元与运动平台6之间分别在不同方向夹持相同角度β。
如图2、3所示，每个气动人工肌肉支撑单元包括气动人工肌肉1-5，气动人工肌肉上端通过气动人工肌肉上连接件1-3与支撑单元球铰链1-1连接，支撑单元球铰链1-1通过螺栓联接安装在支撑单元上套筒1-2端部，气动人工肌肉1-5下端通过气动人工肌肉下连接件1-6与虎克铰链1-8连接，气动人工肌肉下连接件1-6通过螺栓连接安装在支撑单元下套筒1-7端部，支撑单元上、下套筒1-2、1-7之间连接有套在气动人工肌肉1-5外的弹簧1-4，所述支撑单元球铰链1-1固定于运动平台6底面，虎克铰链1-8固定于固定平台5顶面。
气动人工肌肉下连接件1-6上设有与气动人工肌肉内连通的进气孔。
气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人包括一个底部的固定平台5、一个顶端的运动平台6、第一气动人工肌肉支撑单元1、第二气动人工肌肉支撑单元2、第三气动人工肌肉支撑单元3、第四气动人工肌肉支撑单元4、液压缸上端球铰链7、中心液压缸8和液压缸下端球铰链9构成。
四组气动人工肌肉支撑单元1、2、3、4结构完全相同，以第一气动人工肌肉支撑单元1为例，第一气动人工肌肉支撑单元1包括支撑单元球铰链1-1、支撑单元上套筒1-2、气动人工肌肉上连接件1-3、弹簧1-4、气动人工肌肉1-5、气动人工肌肉下连接件1-6、支撑单元下套筒1-7、虎克铰1-8。气动人工肌肉上端通过气动人工肌肉上连接件1-3与支撑单元球铰链1-1连接，气动人工肌肉1-5下端通过气动人工肌肉下连接件1-6与虎克铰链1-8连接，气动人工肌肉上连接件1-3和下连接件1-6既起联接作用，同时有气动人工肌肉进气孔。
支撑单元球铰链1-1通过螺栓联接安装在支撑单元上套筒1-2端部，气动人工肌肉下连接件1-6通过螺栓连接安装在支撑单元下套筒1-7端部，在气动人工肌肉1-5周围、支撑单元上套筒1-2和支撑单元下套筒1-7之间安装有弹簧1-4，支撑单元上套筒1-2、支撑单元下套筒1-7和之间的弹簧1-4具有导向作用，使得气动人工肌肉支撑单元1既可以承受压力又可以承受拉力。
固定平台5的几何中心处安装有液压缸下端球铰链9，运动平台6的几何中心处安装有液压缸上端球铰链7。中心液压缸8下端通过液压缸下端球铰链9与固定平台5连接，上端通过液压缸上端球铰链7与运动平台6连接。
固定平台5周围均匀分布四组虎克铰安装孔，运动平台6周围均匀分布四组球铰链安装孔。以第一气动人工肌肉支撑单元为例，第一气动人工肌肉支撑单元1下端通过虎克铰1-8与固定平台5连接，虎克铰1-8通过螺栓联接安装在固定平台5上，第一气动人工肌肉支撑单元1上端通过支撑单元球铰链1-1与运动平台6连接，支撑单元球铰链1-1通过螺栓联接安装在运动平台6上，第一气动人工肌肉支撑单元1与固定平台5和运动平台6之间的安装角度分别为α和β。中心液压缸8由外置液压回路驱动，可以伸长或缩短。四组气动人工肌肉支撑单元1、2、3、4由外置气压回路驱动，可以伸长或缩短。运动平台6在四组气动人工肌肉支撑单元1、2、3、4和中心液压缸8的共同作用下被完全约束，可以实现在空间的六自由度运动。
Claims (3)
1.气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：包括有水平设置的固定平台，以及水平设置于固定平台正上方的运动平台，固定平台与运动平台之间中间位置竖向设置有可伸缩式中心液压缸，固定平台顶面几何中心位置固定有液压缸下端球铰链，运动平台底面几何中心位置固定有液压缸上端球铰链，所述中心液压缸上端铰接在液压缸上端球铰链处，中心液压缸下端铰接在液压缸下端球铰链处，位于中心液压缸左侧的固定平台、运动平台之间设置有第一气动人工肌肉支撑单元、第二气动人工肌肉支撑单元，位于中心液压缸右侧的固定平台、运动平台之间设置有第三气动人工肌肉支撑单元、第四气动人工肌肉支撑单元，第一、第二、第三及第四气动人工肌肉支撑单元结构相同，其中第一、第二气动人工肌肉支撑单元在空间呈交错设置，第三、第四气动人工肌肉支撑单元在空间呈交错设置，每个气动人工肌肉支撑单元顶端分别铰接在运动平台底面，每个气动人工肌肉支撑单元底端分别铰接在固定平台顶面，且各个气动人工肌肉支撑单元与固定平台之间分别在不同方向夹持相同角度α，各个气动人工肌肉支撑单元与运动平台之间分别在不同方向夹持相同角度β。
2.根据权利要求1所述的气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：每个气动人工肌肉支撑单元包括气动人工肌肉，气动人工肌肉上端通过气动人工肌肉上连接件与支撑单元球铰链连接，支撑单元球铰链通过螺栓联接安装在支撑单元上套筒端部，气动人工肌肉下端通过气动人工肌肉下连接件与虎克铰链连接，气动人工肌肉下连接件通过螺栓连接安装在支撑单元下套筒端部，支撑单元上、下套筒之间连接有套在气动人工肌肉外的弹簧，所述支撑单元球铰链固定于运动平台底面，虎克铰链固定于固定平台顶面。
3.根据权利要求2所述的气动人工肌肉液压混合驱动六自由度并联机器人，其特征在于：所述气动人工肌肉下连接件上设有与气动人工肌肉内连通的进气孔。
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