CN107696024B - 一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节 - Google Patents
一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节，其包括N层的气动肌肉组，N≥2，每层气动肌肉组均由上固定板、下固定板和可转动连接在上、下固定板之间的不少于三根的气动肌肉组成；第N层的气动肌肉组的下固定板位于第N‑1层的气动肌肉组的上固定板和下固定板之间，且第N层的气动肌肉组的下固定板和第N‑1组的气动肌肉组的上固定板之间通过支柱固定连接，第N层的气动肌肉组的气动肌肉的下端均穿过所述的第N‑1组的气动肌肉组的上固定板可转动连接在第N层的气动肌肉组的下固定板上，相邻的气动肌肉组的气动肌肉与固定板的连接点交叉排布。本发明以气动肌肉驱动作为执行元件，工作空间大、自由度多、结构紧凑，可用于关节运动模拟、零件搬运、仿生教学与演示。
Description
技术领域
本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节系统。
背景技术
气动肌肉以其仅受气压单因素的影响、功率/质量比、柔顺性等优点，已经被用来研究人体和动物关节以及机器人领域。
中国专利200610053005.6、201410267007.X分别提出三根气动肌肉驱动的单关节并联平台，中国专利201510665545.9提出六根气动肌肉驱动的单关节并联平台，由于气动肌肉的运动范围受到气动肌肉收缩量的限制，因此上述专利中的单关节并联平台运动空间受到极大的限制。中国专利201710485388.2提出单关节和多关节气动肌肉混联的混联平台，并不能够增加混联平台的工作空间。
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的交叉耦合仿生关节，本发明具有工作空间大、自由度多、结构紧凑等。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节系统，它包括：
一种基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节，其特征在于，该仿生关节包括N层的气动肌肉组，N≥2，每层气动肌肉组均由上固定板、下固定板和可转动连接在上、下固定板之间的不少于三根的气动肌肉组成，各层气动肌肉组从下到上彼此套接连接，即第N层的气动肌肉组的下固定板位于第N-1层的气动肌肉组的上固定板和下固定板之间，且第N层的气动肌肉组的下固定板和第N-1组的气动肌肉组的上固定板之间通过支柱固定连接，第N层的气动肌肉组的气动肌肉的下端均穿过所述的第N-1组的气动肌肉组的上固定板可转动连接在第N层的气动肌肉组的下固定板上，相邻的气动肌肉组的气动肌肉与固定板的连接点交叉排布。
进一步地，所述的气动肌肉组的上固定板为圆形，且沿周向均匀分布镂空结构，所述的气动肌肉穿过所述的镂空结构与上固定板可转动连接。
进一步地，所述的气动肌肉均通过气动比例压力阀或者高速开关阀控制其内部的气压。
进一步地，所述的气动肌肉可替换为气缸、电缸或液压缸。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用多根气动肌肉驱动关节，可以同时实现关节多个方向的运动；
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.本发明每个关节具有移动和转动的6个自由度，同时各关节肌肉的重叠混联，大大增加了气动肌肉关节总体的伸缩量，每次层关节最终的移动和转动的效果都是前面所有关节叠加的结果，交叉耦合的关节可以形象地模拟仿生关节完成各种动作。
附图说明
图1是基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节的结构示意图；
图中：第一层气动肌肉一1、第一层气动肌肉二2、第一层气动肌肉三3、支柱一4、第二层气动肌肉一5、第二层气动肌肉二6、支柱二7、第二层气动肌肉三8、第三层气动肌肉一9、第三层气动肌肉二10、第三层气动肌肉三11、第六层固定板12、第一层固定板13、第一层气动肌肉四14、第一层气动肌肉五15、第一层气动肌肉六16、第三层固定板17、第二层固定板18、第二层气动肌肉四19、第二层气动肌肉五20、第二层气动肌肉六21、第四层固定板22、第三层气动肌肉四23、第三层气动肌肉五24、第三层气动肌肉六25、第五层固定板26。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种基于气动肌肉交叉耦合仿生关节系统包括：第一层气动肌肉一1、第一层气动肌肉二2、第一层气动肌肉三3、支柱一4、第二层气动肌肉一5、第二层气动肌肉二6、支柱二7、第二层气动肌肉三8、第三层气动肌肉一9、第三层气动肌肉二10、第三层气动肌肉三11、第六层固定板12、第一层固定板13、第一层气动肌肉四14、第一层气动肌肉五15、第一层气动肌肉六16、第三层固定板17、第二层固定板18、第二层气动肌肉四19、第二层气动肌肉五20、第二层气动肌肉六21、第四层固定板22、第三层气动肌肉四23、第三层气动肌肉五24、第三层气动肌肉六25、第五层固定板26。
其中，第一层固定板13固定在台架上，第一层气动肌肉一1、第一层气动肌肉二2、第一层气动肌肉三3、第一层气动肌肉四14、第一层气动肌肉五15、第一层气动肌肉六16两端分别与第一层固定板13、第三层固定板17可转动连接，通过阀(气动比例压力阀或者高速开关阀)控制第一层气动肌肉一1、第一层气动肌肉二2、第一层气动肌肉三3、第一层气动肌肉四14、第一层气动肌肉五15、第一层气动肌肉六16内部的气压，进一步控制其伸缩，最终驱动第三层固定板17移动和转动的六自由度运动。支柱一4上下两端分别与第二层固定板18、第三层固定板17固定连接，第三层固定板17带动第二层固定板18一起进行移动和转动的六自由度运动。在初始位置时，第二层固定板18各气动肌肉连接点与第一层固定板13各气动肌肉连接点在平面内交错60度，第二层气动肌肉一5、第二层气动肌肉二6、第二层气动肌肉三8、第二层气动肌肉四19、第二层气动肌肉五20、第二层气动肌肉六21两端分别与第二层固定板18、第五层固定板26可转动连接，与前面相类似，通过控制第二层气动肌肉一5、第二层气动肌肉二6、第二层气动肌肉三8、第二层气动肌肉四19、第二层气动肌肉五20、第二层气动肌肉六21的收缩最终实现第五层固定板26移动和转动的六自由度运动，支柱二7上下两端分别与第四层固定板22、第五层固定板26固定连接，进一步通过支柱二7带动第四层固定板22与第五层固定板26一起运动，其运动的方向可以对第二层固定板18、第三层固定板17的移动和转动增强或者减弱。第一层固定板13各气动肌肉连接点与第四层固定板22各气动肌肉连接点在平面内气动肌肉角度相重合，第三层气动肌肉一9、第三层气动肌肉二10、第三层气动肌肉三11、第三层气动肌肉四23、第三层气动肌肉五24、第三层气动肌肉六25两端分别与第四层固定板22、第六层固定板12可转动连接，通过控制第三层气动肌肉一9、第三层气动肌肉二10、第三层气动肌肉三11、第三层气动肌肉四23、第三层气动肌肉五24、第三层气动肌肉六25的伸缩，实现第六层固定板12移动和转动的六自由度运动，第六层固定板12最终移动和转动的量为第三层固定板17、第五层固定板26、第六层固定板12各固定板单独移动和转动的量叠加的结果。
本发明，通过控制各单独关节的气动肌肉，可以实现交叉耦合仿生关节位姿的控制，可以动态形象的模拟关节的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气动肌肉交叉耦合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的交叉耦合仿生关节，其特征在于，该仿生关节包括N层的气动肌肉组，N≥2，每层气动肌肉组均由上固定板、下固定板和可转动连接在上、下固定板之间的不少于三根的气动肌肉组成，各层气动肌肉组从下到上彼此套接连接，即第N层的气动肌肉组的下固定板位于第N-1层的气动肌肉组的上固定板和下固定板之间，且第N层的气动肌肉组的下固定板和第N-1组的气动肌肉组的上固定板之间通过支柱固定连接，第N层的气动肌肉组的气动肌肉的下端均穿过所述的第N-1组的气动肌肉组的上固定板可转动连接在第N层的气动肌肉组的下固定板上，相邻的气动肌肉组的气动肌肉与固定板的连接点交叉排布；
所述的气动肌肉组的上固定板为圆形，且沿周向均匀分布镂空结构，所述的气动肌肉穿过所述的镂空结构与上固定板可转动连接；
所述的气动肌肉均通过气动比例压力阀或者高速开关阀控制其内部的气压。
2.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的交叉耦合仿生关节，其特征在于，所述的气动肌肉可替换为气缸、电缸或液压缸。
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