CN107263523B - 一种基于气动肌肉混联的仿生关节 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于气动肌肉混联的仿生关节，以气动肌肉驱动底座、中间平台、上端平台模拟人的关节和肌肉运动。气动肌肉混联的仿生关节包括底座、中间平台、上端平台、多关节气动肌肉和单关节气动肌肉，上端平台和底座之间连接多关节气动肌肉，上端平台和中间平台之间、中间平台和底座之间均连接单关节气动肌肉。本发明采用气动肌肉并联、并联气动肌肉的串联、串联气动肌肉的并联、多个方向气动肌肉混联的方式，可以同时实现平台由多个方向多根气动肌肉协同驱动的运动，结构紧凑、清洁、防爆性能好，可用于人体关节模拟、运动模拟器、医疗康复器械等领域。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种模拟关节的混联系统。
背景技术
气动肌肉与人的肌肉在柔顺性方面很类似，另外气动肌肉通过充放气收缩提供拉力进行工作，人的肌肉则通过吸收氧气和水，排除二氧化碳工作，同时两者还有等压、等张、等长等相类似的工作状态。气动肌肉可以进一步用于精度高、输出力大的并联平台模拟人的关节。
中国专利200610053005.6提出一种中间为固定轴，周边均匀分布三根气动肌肉驱动的并联平台，可以实现固定平台的横摇、纵摇。
中国专利201410267007.X在中国专利200610053005.6的基础上去掉中间杆，仅保留了三根均匀分布气动肌肉，可以实现横摇、纵摇和升沉运动。
中国专利201510665545.9提出一种由六根均匀分布的气动肌肉驱动固定平台具有6个自由度。
以上均不能较好的模拟人的关节和肌肉分布状态。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有的技术缺陷，提供了一种基于气动肌肉混联的仿生关节，本发明结构紧凑，干净、防爆等。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
基于气动肌肉混联的仿生关节，其包括：底座1、中间平台7、上端平台10、多关节气动肌肉和单关节气动肌肉，所述的上端平台10和所述的底座1之间连接所述的多关节气动肌肉，所述的上端平台和所述的中间平台7之间、所述的中间平台7和所述的底座1之间均连接所述的单关节气动肌肉。
进一步的，所述的多关节气动肌肉为3个，所述的上端平台10和所述的底座1之间、所述的中间平台7和所述的底座1之间的所述的单关节气动肌肉均为3个。
更进一步的，所述的仿生关节还包括下端支撑杆6和上端支撑杆9，所述的下端支撑杆6一端与所述的底座1连接，另一端与所述的中间平台7连接；所述的上端支撑杆9的一端与中间平台7连接，另一端与所述的上端平台10连接。
更进一步的，当所述的底座1固定，所述的中间平台7、上端平台10运动时，各部件的连接关系进一步如下：
所述的单关节气动肌肉和多关节气动肌肉与所述的底座1、中间平台7、上端平台10均为可转动连接，所述的下端支撑杆6与所述的底座1为固定连接，另一端与所述的中间平台7可转动连接；所述的上端支撑杆9的一端与中间平台7固定连接，另一端与所述的上端平台10可转动连接。
一种控制上述权利要求所述的基于气动肌肉混联的仿生关节的控制系统，还包括
消声器19、消声罐20、高速开关阀阀组21、舵机控制器22、树莓派23、计算机24、数据采集卡25、气动三联体26、保压罐27、倾角传感器28、压力传感器29；
所述的气动三联体26、所述的保压罐27、所述的高速开关阀阀组21的进气阀、所述的单关节气动肌肉和多关节气动肌肉、所述的高速开关阀阀组21出气阀、所述的消声罐20、所述的消声器19顺次连接；所述的计算机、所述的树莓派23、所述的舵机控制器22、所述的高速开关阀阀组21的线圈顺次连接；
所述的单关节气动肌肉、多关节气动肌肉上连接所述的压力传感器29，所述的中间平台7上连接所述的倾角传感器28；所述的压力传感器29、所述的倾角传感器28均与所述的数据采集卡25连接，所述的数据采集卡25与所述的计算机24连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用多根气动肌肉混联驱动平台，可以同时实现平台由多个方向多根气动肌肉协同驱动的运动；
2.本发明采用气动肌肉并联、并联气动肌肉的串联、串联气动肌肉的并联、多个方向气动肌肉混联的姿态控制；
3.本发明利用气动肌肉驱动具有较好的柔顺性、较大的功率/质量比、结构紧凑等优点。
附图说明
图1是仿人下肢大腿结构图；
图2是仿人下肢小腿结构图；
图3是气动肌肉固定连接图；
图4是气动系统控制原理图；
图中：底座1、多关节气动肌肉一2、单关节气动肌肉一3、多关节气动肌肉二4、单关节气动肌肉二5、下端支撑杆6、中间平台7、单关节气动肌肉四8、上端支撑杆9、上端平台10、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12、多关节气动肌肉三13、单关节气动肌肉三14、球铰一15、球铰二16、螺栓一17、螺栓二18、消声器19、消声罐20、高速开关阀阀组21、舵机控制器22、树莓派23、计算机24、数据采集卡25、气动三联体26、保压罐27、倾角传感器28、压力传感器29。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明基于气动肌肉混联仿生关节系统包括：底座1、多关节气动肌肉一2、单关节气动肌肉一3、多关节气动肌肉二4、单关节气动肌肉二5、下端支撑杆6、中间平台7、单关节气动肌肉四8、上端支撑杆9、上端平台10、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12、多关节气动肌肉三13、单关节气动肌肉三14、球铰一15、球铰二16、螺栓一17、螺栓二18、消声器19、消声罐20、高速开关阀阀组21、舵机控制器22、树莓派23、计算机24、数据采集卡25、气动三联体26、保压罐27、倾角传感器28、压力传感器29。
其中，单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14一端通过球铰与底座1相连，另一端通过球铰与中间平台7相连，驱动中间平台7横摇、纵摇；下端支撑杆6通过螺栓二18与底座1相连，另一端通过球铰二16与中间平台7相连；单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12一端通过球铰与中间平台7相连，另一端通过球铰与上端平台10相连，驱动上端平台10横摇、纵摇；上端支撑杆9通过螺栓一17与中间平台7相连，另一端通过球铰一15与上端平台10相连；多关节气动肌肉一2、多关节气动肌肉二4、多关节气动肌肉三13一端通过球铰与底座1相连，另一端通过球铰与上端平台10相连，驱动上端平台10横摇、纵摇；以上底座1、中间平台7、上端平台10的横摇、纵摇均以固定底座1为例说明。
上端平台10和底座1之间连接的多关节气动肌肉、上端平台10和中间平台7之间以及中间平台7和底座1之间的单关节气动肌肉可以均匀分布，也可以不均匀分布。
在实际控制过程中，根据固定的平台而变化，也可以根据实际情况去掉下端支撑杆6、上端支撑杆9。
根据实际工作的需要决定，中间平台7是由均匀分布的单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14三根气动肌肉或者单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12三根气动肌肉或者单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12六根气动肌肉协同控制或者某几根以某种组合进行控制；同理底座1由单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、多关节气动肌肉一2、多关节气动肌肉二4、多关节气动肌肉三13协同控制或者某几根以某种组合进行控制，上端平台10由单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12、多关节气动肌肉一2、多关节气动肌肉二4、多关节气动肌肉三13协同控制或者某几根以某种组合进行控制。
以驱动中间平台7的单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12全部处于气动控制为例说明基于气动肌肉混联的仿生关节控制系统工作原理，如图4所示，气动三联体26出气口连接保压罐27，以保证向系统提供稳定气压的气体，保压罐27出气口连接高速开关阀阀组21的进气阀，高速开关阀阀组21进气阀的出气口分别连接单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12的进气口，高速开关阀阀组21排气阀的进气口也分别连接单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12的出气口，高速开关阀阀组21排气阀的出气口全部连接到消声罐20的进气口，消声罐20的出气口连接消声器19，高速开关阀阀组21的线圈均与舵机控制器22的输出接口相连，舵机控制器22的输入接口与树莓派23的输出接口相连，树莓派23的输入接口与计算机24相连，单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12连接压力传感器29，压力传感器29连接数据采集卡25，中间平台7连接倾角传感器28，倾角传感器28与数据采集卡25连接。数据采集卡25与计算机24相连。
以驱动中间平台7的单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12同时工作为例本发明的工作过程如下：将气动三联体26的进气口连接气源，打开计算机23把wiringPi编写的控制程序下载到树莓派23，打开VS编写的控制程序，输入需要控制的量，树莓派23经过舵机控制器22驱动高速开关阀阀组21以PWM占空比控制的形式给单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12充气，单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12开始充气收缩，带动中间平台7开始运动，与此同时，压力传感器29测量到单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12的气压，倾角传感器28测量到中间平台7的角度变化，反馈给数据采集卡25，进一步传输给计算机24，圆柱坐标系法表示各气动肌肉固定点的坐标，通过运动学反解算出单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12需要的长度，树莓派23控制舵机控制器22，进一步控制高速开关阀阀组21改变PWM的占空比，控制对单关节气动肌肉一3、单关节气动肌肉二5、单关节气动肌肉三14、单关节气动肌肉四8、单关节气动肌肉五11、单关节气动肌肉六12进行充气或者放气，以实现中间平台7运动到预定的位姿。
本发明，通过控制各气动肌肉实现仿生关节位姿的控制，可以动态形象的模拟人体关节模拟、运动模拟器、医疗康复器械的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气动肌肉混联仿生关节无法比拟的优势。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式中的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种基于气动肌肉混联的仿生关节，其特征在于，它包括：底座(1)、中间平台(7)、上端平台(10)、多关节气动肌肉和单关节气动肌肉，所述的上端平台(10)和所述的底座(1)之间连接所述的多关节气动肌肉，所述的上端平台和所述的中间平台(7)之间、所述的中间平台(7)和所述的底座(1)之间均连接所述的单关节气动肌肉；
所述的多关节气动肌肉为3个，所述的上端平台(10)和所述的底座(1)之间、所述的中间平台(7)和所述的底座(1)之间的所述的单关节气动肌肉均为3个；
所述的仿生关节还包括下端支撑杆(6)和上端支撑杆(9)，所述的下端支撑杆(6)一端与所述的底座(1)连接，另一端与所述的中间平台(7)连接；所述的上端支撑杆(9)的一端与中间平台(7)连接，另一端与所述的上端平台(10)连接；
当所述的底座(1)固定，所述的中间平台(7)、上端平台(10)运动时，各部件的连接关系进一步如下：
所述的单关节气动肌肉和多关节气动肌肉与所述的底座(1)、中间平台(7)、上端平台(10)均为可转动连接，所述的下端支撑杆(6)与所述的底座(1)为固定连接，另一端与所述的中间平台(7)可转动连接；所述的上端支撑杆(9)的一端与中间平台(7)固定连接，另一端与所述的上端平台(10)可转动连接。
2.一种控制上述权利要求所述的基于气动肌肉混联的仿生关节的控制系统，还包括
消声器(19)、消声罐(20)、高速开关阀阀组(21)、舵机控制器(22)、树莓派(23)、计算机(24)、数据采集卡(25)、气动三联体(26)、保压罐(27)、倾角传感器(28)、压力传感器(29)；
所述的气动三联体(26)、所述的保压罐(27)、所述的高速开关阀阀组(21)的进气阀、所述的单关节气动肌肉和多关节气动肌肉、所述的高速开关阀阀组(21)出气阀、所述的消声罐(20)、所述的消声器(19)顺次连接；所述的计算机、所述的树莓派(23)、所述的舵机控制器(22)、所述的高速开关阀阀组(21)的线圈顺次连接；
所述的单关节气动肌肉、多关节气动肌肉上连接所述的压力传感器(29)，所述的中间平台(7)上连接所述的倾角传感器(28)；所述的压力传感器(29)、所述的倾角传感器(28)均与所述的数据采集卡(25)连接，所述的数据采集卡(25)与所述的计算机(24)连接。
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Families Citing this family (9)
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|---|---|---|---|---|
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| CN108393868B (zh) * | 2018-02-27 | 2019-12-03 | 嘉兴学院 | 一种基于混联气动肌肉的仿生鱼系统 |
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| CN110434846B (zh) * | 2019-07-23 | 2020-04-10 | 嘉兴学院 | 一种基于气动的仿人机器人系统 |
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| CN111360804B (zh) * | 2020-03-27 | 2021-03-23 | 嘉兴学院 | 一种基于气动肌肉与气缸的仿型机器人系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103816027A (zh) * | 2014-01-28 | 2014-05-28 | 浙江大学 | 一种基于气动肌肉仿人下肢 |
| CN204450526U (zh) * | 2014-12-31 | 2015-07-08 | 浙江大学 | 一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构 |
| CN105172931A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于气动人工肌肉的双足机器人 |
| CN105269591A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-27 | 中国计量学院 | 两自由度大角度运动仿生肘关节 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN204450526U (zh) * | 2014-12-31 | 2015-07-08 | 浙江大学 | 一种气动肌肉驱动的外骨骼助力机构 |
| CN105172931A (zh) * | 2015-08-14 | 2015-12-23 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于气动人工肌肉的双足机器人 |
| CN105269591A (zh) * | 2015-11-19 | 2016-01-27 | 中国计量学院 | 两自由度大角度运动仿生肘关节 |
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