CN107550688A - 基于气动肌肉仿人型机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于气动肌肉仿人型机器人，以气动肌肉模拟人的肌肉驱动肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节的运动，具有完全模拟人运动的功能。该仿人型机器人结构紧凑、清洁、防爆性能好，可用于科学研究、教学演示、医疗诊断。

Description

基于气动肌肉仿人型机器人

技术领域

本发明属于机器人技术领域，涉及一种基于气动肌肉仿型机器人。

背景技术

目前以电机作为动力源的仿人机器人已经相对成熟，但是气动肌肉作为新的执行元件，具有较高的功率/质量比、刚度随气压改变、柔顺性类似于人类的肌肉等优点，因此气动肌肉在机器人领域具有较为广阔的应用前景。人类肌肉按照其驱动的关节可以分为驱动单关节和驱动多关节的气动肌肉，两种类型的气动肌肉广泛分布在人的下肢和上肢，在关节运动过程中，在不同的阶段交替扮演不同的角色相互协调，最终实现关节输出角度和力，目前这方面的气动肌肉驱动的仿人型机器人研究基本处于空白状态。

发明内容

本发明的目的是针对上述情况，提供了一种基于气动肌肉仿人型机器人系统，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：

一种基于气动肌肉仿人型机器人，其特征在于，它包括：肩部1、左臂、右臂、腰、下肢；所述的左臂、右臂、腰均与所述的肩部1可转动连接；所述的下肢与所述的腰可转动连接；

所述的左臂包括大圆肌2、胸大肌3、肱二头肌4、肱三头肌长肌5、肱桡肌6、肘肌7、肱骨8、肱肌9、桡侧腕屈肌10、桡侧腕伸肌11、手12、尺骨13，

所述的肩部1、肱骨8、尺骨13、手12依次可转动连接；

所述的大圆肌2、肘肌7、肱三头肌长肌5、桡侧腕伸肌11位于所述的肱骨8和尺骨13的一侧，所述的胸大肌3、肱二头肌4、肱桡肌6、肱肌9、桡侧腕屈肌10位于所述的肱骨8和尺骨13的另一侧；

所述的大圆肌2、胸大肌3的两端均分别与肩部1、肱骨8可转动连接；所述的肱桡肌6、肘肌7的两端均分别与肱骨8、尺骨13可转动连接；桡侧腕屈肌10、桡侧腕伸肌11的两端均分别与尺骨13、手12可转动连接；肱二头肌4、肱三头肌长肌5的两端分别与肩部1、尺骨13可转动连接；

肱肌9的两端分别与肱骨8、手12可转动连接；

右臂与左臂对称布置，且其结构和连接方式与左臂相同；

所述的腰包括腹外斜肌二14、腹直肌二15、立柱二16、竖脊肌二17、背阔肌二18、第二层板19、腹外斜肌一20、腹直肌一21、立柱一22、第一层板23、竖脊肌一24、背阔肌一25、第三层板39，第三层板39与肩部1固定连接，腹外斜肌二14、腹直肌二15、立柱二16、竖脊肌二17、背阔肌二18两端均分别与第三层板39、第二层板19可转动连接；腹外斜肌一20、腹直肌一21、立柱一22、竖脊肌一24、背阔肌一25均分别与第二层板19、第一层板23可转动相连；

所述的下肢包括腿连接板26和左腿、右腿，所述的腿连接板26与所述的第二层板19固定连接；所述的右腿包括臀大肌27、髂腰肌28、腘绳肌29、股直肌30、股二头肌短肌31、股内肌32、腓肠肌33、股骨34、腓骨35、比目鱼肌36、胫骨前肌37、脚38；

腿连接板26、股骨34、腓骨35、脚38依次可转动连接；臀大肌27、股二头肌短肌31、比目鱼肌36、腘绳肌29、腓肠肌33位于所述的股骨34和腓骨35的一侧，髂腰肌28、股内肌32、胫骨前肌37、股直肌30位于所述的股骨34和腓骨35的另一侧；

臀大肌27、髂腰肌28的两端分别与腿连接板26、股骨34可转动连接，股二头肌短肌31、股内肌32的两端分别与股骨34、腓骨35可转动连接，比目鱼肌36、胫骨前肌37的两端分别与腓骨35、脚38可转动连接，腘绳肌29、股直肌30的两端分别与腿连接板26、腓骨35可转动连接，腓肠肌33的两端分别与股骨34、脚38可转动连接；

左腿与右腿对称布置，且其结构和连接方式与右腿相同；

上述所有的肌肉均为气动肌肉，所有的骨头均为内部中空的结构。

进一步地，所述的可转动连接为球铰连接或钢丝绳连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明肩关节同时由单关节肌肉大圆肌、胸大肌和多关节肌肉肱二头肌、肱三头肌长肌驱动共同驱动，其他多关节肌肉包括肱肌、腘绳肌、股直肌、比目鱼肌与单关节肌肉协调驱动关节运动；

2.本发明利用气动肌肉驱动具有较大的功率/质量比、较好的柔顺性、结构紧凑等优点；

3.本发明肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节具有2、1、2、2、2、1、2个自由度，可以形象地模拟整个人可以实现的各种动作，有助于了解人体结构和人体每根肌肉在人体运动中的作用。

附图说明

图1是仿人型机器人整体结构示意图；

图2是仿人型机器人上肢局部结构示意图；

图3是仿人型机器人腰结构示意图；

图4是仿人型机器人下肢结构示意图；

图中：肩部1、大圆肌2、胸大肌3、肱二头肌4、肱三头肌长肌5、肱桡肌6、肘肌7、肱骨8、肱肌9、桡侧腕屈肌10、桡侧腕伸肌11、手12、尺骨13、腹外斜肌二14、腹直肌二15、立柱二16、竖脊肌二17、背阔肌二18、第二层板19、腹外斜肌一20、腹直肌一21、立柱一22、第一层板23、竖脊肌一24、背阔肌一25、腿连接板26、臀大肌27、髂腰肌28、腘绳肌29、股直肌30、股二头肌短肌31、股内肌32、腓肠肌33、股骨34、腓骨35、比目鱼肌36、胫骨前肌37、脚38、第三层板39。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明的基于气动肌肉仿型机器人作进一步的阐述。

如图1、2、3、4所示，本发明的基于气动肌肉仿人型机器人系统包括肩部1、左臂、右臂、腰、下肢，左臂、右臂、腰均与肩部通过球铰连接；下肢与腰通过球铰连接；

左臂包括大圆肌2、胸大肌3、肱二头肌4、肱三头肌长肌5、肱桡肌6、肘肌7、肱骨8、肱肌9、桡侧腕屈肌10、桡侧腕伸肌11、手12、尺骨13；

大圆肌2、肘肌7、肱三头肌长肌5、桡侧腕伸肌11位于肱骨8和尺骨13的一侧，胸大肌3、肱二头肌4、肱桡肌6、肱肌9、桡侧腕屈肌10位于肱骨8和尺骨13的另一侧；

其中，肱骨8通过球铰与肩部1相连，大圆肌2、胸大肌3两端通过钢丝绳分别与肩部1、肱骨8相连驱动肩关节屈伸运动、收展运动，肱桡肌6、肘肌7两端通过钢丝绳分别与肱骨8、尺骨13相连驱动肘关节屈伸运动，肱二头肌4、肱三头肌长肌5两端通过钢丝绳分别与肩部1、尺骨13同时驱动肘关节屈伸运动和肩关节屈伸运动、收展运动，肱骨8、尺骨13之间通过轴承连接，肱肌9两端通过钢丝绳分别与手12、肱骨8相连，同时驱动肘关节屈伸运动和腕关节屈伸运动、收展运动，桡侧腕屈肌10、桡侧腕伸肌11两端通过钢丝绳分别与手12、尺骨13相连驱动腕关节屈伸运动、收展运动，手12与尺骨13之间通过球铰可转动连接。

右臂与左臂对称布置，且其结构和连接方式与左臂相同；

腰包括腹外斜肌二14、腹直肌二15、立柱二16、竖脊肌二17、背阔肌二18、第二层板19、腹外斜肌一20、腹直肌一21、立柱一22、第一层板23、竖脊肌一24、背阔肌一25、第三层板39，第三层板39通过螺栓与肩部1固定相连，腹外斜肌二14、腹直肌二15、立柱二16、竖脊肌二17、背阔肌二18两端均分别通过球铰与第三层板39、第二层板19相连，驱动第三层板39、肩部1屈伸运动、收展运动；同样，腹外斜肌一20、腹直肌一21、立柱一22、竖脊肌一24、背阔肌一25分别通过球铰与第二层板19、第一层板23相连，驱动第二层板19屈伸运动、收展运动；

下肢包括腿连接板26和左腿、右腿，腿连接板26与第二层板19通过螺栓固定连接；右腿包括臀大肌27、髂腰肌28、腘绳肌29、股直肌30、股二头肌短肌31、股内肌32、腓肠肌33、股骨34、腓骨35、比目鱼肌36、胫骨前肌37、脚38，腿连接板26通过球铰与股骨34可转动连接，臀大肌27、髂腰肌28一端均通过钢丝绳连接于腿连接板26，另一端均通过钢丝绳连接于股骨34驱动髋关节屈伸运动、收展运动，股二头肌短肌31、股内肌32的两端均分别通过钢丝绳连接股骨34与腓骨35，驱动膝关节屈伸运动，股骨34与腓骨35之间通过轴承可转动连接，腘绳肌29、股直肌30一端通过螺帽连接于腿连接板26，另一端通过钢丝绳与腓骨35相连同时驱动髋关节屈伸运动、收展运动和膝关节屈伸运动，腓骨35与脚38之间通过球铰可转动连接，比目鱼肌36、胫骨前肌37的一端均通过钢丝绳与腓骨35连接，另一端均通过球铰与脚38连接，驱动踝关节屈伸运动、收展运动，腓肠肌33一端通过螺帽连接于股骨34，另一端通过钢丝绳与脚38连接驱动膝关节屈伸运动和踝关节屈伸运动、收展运动。

左腿与右腿对称布置，且其结构和连接方式与右腿相同。

所有的肌肉均为气动肌肉，所有的骨头均为内部中空的结构。

Claims (2)

1.一种基于气动肌肉仿人型机器人，其特征在于，它包括：肩部(1)、左臂、右臂、腰、下肢；所述的左臂、右臂、腰均与所述的肩部(1)可转动连接；所述的下肢与所述的腰可转动连接；

所述的左臂包括大圆肌(2)、胸大肌(3)、肱二头肌(4)、肱三头肌长肌(5)、肱桡肌(6)、肘肌(7)、肱骨(8)、肱肌(9)、桡侧腕屈肌(10)、桡侧腕伸肌(11)、手(12)、尺骨(13)；

所述的肩部(1)、肱骨(8)、尺骨(13)、手(12)依次可转动连接；

所述的大圆肌(2)、肘肌(7)、肱三头肌长肌(5)、桡侧腕伸肌(11)位于所述的肱骨(8)和尺骨(13)的一侧，所述的胸大肌(3)、肱二头肌(4)、肱桡肌(6)、肱肌(9)、桡侧腕屈肌(10)位于所述的肱骨(8)和尺骨(13)的另一侧；

所述的大圆肌(2)、胸大肌(3)的两端均分别与肩部(1)、肱骨(8)可转动连接；所述的肱桡肌(6)、肘肌(7)的两端均分别与肱骨(8)、尺骨(13)可转动连接；桡侧腕屈肌(10)、桡侧腕伸肌(11)的两端均分别与尺骨(13)、手(12)可转动连接；肱二头肌(4)、肱三头肌长肌(5)的两端分别与肩部(1)、尺骨(13)可转动连接；

肱肌(9)的两端分别与肱骨(8)、手(12)可转动连接；

右臂与左臂对称布置，且其结构和连接方式与左臂相同；

所述的腰包括腹外斜肌二(14)、腹直肌二(15)、立柱二(16)、竖脊肌二(17)、背阔肌二(18)、第二层板(19)、腹外斜肌一(20)、腹直肌一(21)、立柱一(22)、第一层板(23)、竖脊肌一(24)、背阔肌一(25)、第三层板(39)，第三层板(39)与肩部(1)固定连接，腹外斜肌二(14)、腹直肌二(15)、立柱二(16)、竖脊肌二(17)、背阔肌二(18)两端均分别与第三层板(39)、第二层板(19)可转动连接；腹外斜肌一(20)、腹直肌一(21)、立柱一(22)、竖脊肌一(24)、背阔肌一(25)均分别与第二层板(19)、第一层板(23)可转动相连；

所述的下肢包括腿连接板(26)和左腿、右腿，所述的腿连接板(26)与所述的第二层板(19)固定连接；所述的右腿包括臀大肌(27)、髂腰肌(28)、腘绳肌(29)、股直肌(30)、股二头肌短肌(31)、股内肌(32)、腓肠肌(33)、股骨(34)、腓骨(35)、比目鱼肌(36)、胫骨前肌(37)、脚(38)；

腿连接板(26)、股骨(34)、腓骨(35)、脚(38)依次可转动连接；臀大肌(27)、股二头肌短肌(31)、比目鱼肌(36)、腘绳肌(29)、腓肠肌(33)位于所述的股骨(34)和腓骨(35)的一侧，髂腰肌(28)、股内肌(32)、胫骨前肌(37)、股直肌(30)位于所述的股骨(34)和腓骨(35)的另一侧；

臀大肌(27)、髂腰肌(28)的两端分别与腿连接板(26)、股骨(34)可转动连接，股二头肌短肌(31)、股内肌(32)的两端分别与股骨(34)、腓骨(35)可转动连接，比目鱼肌(36)、胫骨前肌(37)的两端分别与腓骨(35)、脚(38)可转动连接，腘绳肌(29)、股直肌(30)的两端分别与腿连接板(26)、腓骨(35)可转动连接，腓肠肌(33)的两端分别与股骨(34)、脚(38)可转动连接；

左腿与右腿对称布置，且其结构和连接方式与右腿相同；

上述所有的肌肉均为气动肌肉，所有的骨头均为内部中空的结构。

2.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的机器人，所述的可转动连接为球铰连接或钢丝绳连接。