CN107901027A - 一种基于气动肌肉的软体仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于气动肌肉的软体仿生机器人，其包括至少三个固定板以及可转动连接在固定板之间的若干气动肌肉，固定板一与固定板二之间可转动地并联连接至少三组串联气动肌肉，每组串联气动肌肉又均由不少于三层的并联气动肌肉组成，每层并联气动肌肉和下一层气动肌肉之间均通过固定板可转动连接，且每层气动肌肉均由并联布置的六根气动肌肉组成，每根气动肌肉两端均与固定板可转动连接；固定板二和固定板三之间可转动并联连接六根气动肌肉。本发明以气动肌肉作为执行的运动元件，具有完全模拟软体动物如蛇、乌贼、大象鼻子等软体动物或者动物的软体关节运动的功能，结构紧凑、清洁、防爆性能好，可用于教学演示、物体搬运、越障排雷等领域。

Description

一种基于气动肌肉的软体仿生机器人

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软体仿生机器人。

背景技术

植物和动物在生物进化的过程中，为适应外界的环境而进化了一些本身生存的优势，人在改造自然的过程中，可以借鉴这些植物和动物的优势设计一些工具，仿生就是以动物或者植物的某些结构特点或者原理设计工具解决工程问题。传统的高精度、高刚度机器人在一些工程中，会由于其刚度问题而无法胜任一些特殊情况的需要，因此有必要研究软体机器人。中国专利201410406336.8提出一种独立变刚度和动态可控的软体机器人，但是其自由度有限，并且无法像大象鼻子一样自身旋转抓取大小和形状不同的物体。中国专利201610537449.0提出串联控制不同腔体的软体机器人，其运动难以控制，并且只有直线和基本的弯曲运动，同样不具有绕自身旋转的运动。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种基于气动肌肉的软体仿生机器人，本发明结构紧凑，干净、防爆。

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软体仿生机器人，其特征在于，其包括至少三个固定板以及可转动连接在固定板之间的若干气动肌肉，固定板一与固定板二之间可转动地并联连接至少三组串联气动肌肉，每组串联气动肌肉又均由不少于三层的并联气动肌肉组成，每层并联气动肌肉和下一层气动肌肉之间均通过固定板可转动连接，且每层气动肌肉均由并联布置的六根气动肌肉组成，每根气动肌肉两端均与固定板可转动连接；

固定板二和固定板三之间可转动并联连接六根气动肌肉。

进一步地，所述的固定板为圆形。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明利用气动肌肉并联串联的组合，各关节的气动肌肉协调运动，使得软体仿生机器人具有几十个自由度。

2.并联气动肌肉的串联，大大增加了关节的运动空间，同时可以通过对单个气动肌肉并联关节控制，实现大范围的运动空间进行精确的位姿控制。

3.本发明单个关节或者多关节协同模拟蚯蚓、豆虫等软体仿生机器人直线运动，具有还具有三个方向的旋转自由度，包括两个方向的弯曲和一个绕自身的旋转运动，从而既可以单独模拟鱼类在水中摆动的游动，又可以模仿大象的鼻子、蛇等软体动物可以紧握大小和形状不同的物体。

附图说明

图1是基于气动肌肉软体仿生机器人整体机械结构图；

图中：固定板一1、第一层气动肌肉一2、第一层气动肌肉二3、第一层气动肌肉三4、第一层气动肌肉四5、第一层气动肌肉五6、第一层气动肌肉六7、固定板二8、第二层气动肌肉一9、第二层气动肌肉二10、第二层气动肌肉三11、第二层气动肌肉四12、第二层气动肌肉五13、第二层气动肌肉六14、固定板三15、第三层气动肌肉一16、第三层气动肌肉二17、第三层气动肌肉三18、第三层气动肌肉四19、第三层气动肌肉五20、第三层气动肌肉六21、固定板四22、第四层气动肌肉一23、第四层气动肌肉二24、第四层气动肌肉三25、第四层气动肌肉四26、第四层气动肌肉五27、第四层气动肌肉六28、固定板五29。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于气动肌肉软体仿生机器人系统包括：固定板一1、第一层气动肌肉一2、第一层气动肌肉二3、第一层气动肌肉三4、第一层气动肌肉四5、第一层气动肌肉五6、第一层气动肌肉六7、固定板二8、第二层气动肌肉一9、第二层气动肌肉二10、第二层气动肌肉三11、第二层气动肌肉四12、第二层气动肌肉五13、第二层气动肌肉六14、固定板三15、第三层气动肌肉一16、第三层气动肌肉二17、第三层气动肌肉三18、第三层气动肌肉四19、第三层气动肌肉五20、第三层气动肌肉六21、固定板四22、第四层气动肌肉一23、第四层气动肌肉二24、第四层气动肌肉三25、第四层气动肌肉四26、第四层气动肌肉五27、第四层气动肌肉六28、固定板五29。

其中，固定板一1与固定板四22之间有多组由气动肌肉驱动的先串联后并联机构。以其中其中一组串联机构为例说明其连接方式，第一层气动肌肉一2、第一层气动肌肉二3、第一层气动肌肉三4、第一层气动肌肉四5、第一层气动肌肉五6、第一层气动肌肉六7两端分别与固定板一1、固定板二8可转动连接，驱动固定板二8直线和旋转六个自由度运动；第二层气动肌肉一9、第二层气动肌肉二10、第二层气动肌肉三11、第二层气动肌肉四12、第二层气动肌肉五13、第二层气动肌肉六14两端分别与固定板二8、固定板三15可转动连接，驱动固定板三15直线和旋转六个自由度运动；

第三层气动肌肉一16、第三层气动肌肉二17、第三层气动肌肉三18、第三层气动肌肉四19、第三层气动肌肉五20、第三层气动肌肉六21两端分别与固定板三15、固定板四22可转动连接，驱动固定板四22直线和旋转六个自由度运动。

每组气动肌肉并联串联具有的自由度为6乘以层数，然后固定板一1与固定板四22之间总共具有的自由度数量为6乘以层数再乘以组数。

第四层气动肌肉一23、第四层气动肌肉二24、第四层气动肌肉三25、第四层气动肌肉四26、第四层气动肌肉五27、第四层气动肌肉六28两端分别与固定板四22、固定板五29可转动连接，驱动固定板五29直线和旋转六个自由度运动。最终模拟蚯蚓、乌贼的直线收缩运动，鱼类在水中的摆动以及蛇、大象鼻子缠绕大小和形状不同的物体。

本发明，通过关节坐标变换和控制各气动肌肉的位置，实现软体机器人位姿的控制，可以动态形象的模拟软体动物的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气动肌肉软体仿生机器人无法比拟的优势。

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软体仿生机器人，其特征在于，其包括至少三个固定板以及可转动连接在固定板之间的若干气动肌肉，固定板一与固定板二之间可转动地并联连接至少三组串联气动肌肉，每组串联气动肌肉又均由不少于三层的并联气动肌肉组成，每层并联气动肌肉和下一层气动肌肉之间均通过固定板可转动连接，且每层气动肌肉均由并联布置的六根气动肌肉组成，每根气动肌肉两端均与固定板可转动连接；

固定板二和固定板三之间可转动并联连接六根气动肌肉。

2.根据权利要求1所述的固定板，所述的固定板为圆形。