CN108000503B - 一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，以气动肌肉构成的多缸体元件作为执行元件驱动关节的运动，具有完全模拟蛇运动的功能。所述的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人主要由气动肌肉、连接件、固定板组成。交错叠加的气动肌肉构成的多缸体元件，其收缩运动范围远远大于同等长度单根气动肌肉。单个多缸体元件可以前进、后退、摆动，多个多缸体元件组合可以实现前进、后退、以及多个方向的摆动。本发明专利以气动肌肉构成的多缸体元件驱动，具有输出力大、清洁、防爆性能好的特点，可用于教学演示、越障、零件抓取。

Description

一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统。

背景技术

蛇形机器人具有横截面小的优点，可以在狭窄的空间完成一些工作，因此很多高校对其进行设计和研究。中国专利201610259233.2、201310016188.4、201210552679.6提出采用磁驱动的蛇形机器人，中国专利201420096033.6、201510936582.9、20131.652111.6、201520702251.4、201410240391.4采取了电机驱动设计出蛇形机器人，中国专利201310315747.2提出一种气缸驱动的蛇形机器人，中国专利201320206773.6同时提出缸驱动的蛇形机器人，以上专利设计的蛇形机器人，由于其关节采用的基本为刚性元件，不能模拟蛇柔软多变的躯体。气动肌肉作为一种具有柔性的元器件，具有较高的作为功率/质量比、以及类似于人类肌肉的柔顺性，因此可以被运用到仿生机器人，中国专利201120411072.7提出三根气动肌肉并联驱动的气动肌肉驱动的蛇形机器人，但是其运动范围和运动自由度受到气动肌肉的限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，该系统输出力大、干净、防爆性能好。具体技术方案如下：

一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，该系统包括n层堆叠的多缸体组，n≥3，每层多缸体组均由第一层板、第二层板和可转动连接在第一、第二层板之间的m个多缸体组成，m≥4；所述的m个多缸体由交替布置的多缸体一和多缸体二组成，所述的多缸体一包括气动肌肉一、气动肌肉二、气动肌肉三和连接件一，所述的气动肌肉一、气动肌肉三的两端均分别与所述的第二层板、所述的连接件一可转动连接，所述的气动肌肉二的两端均分别与所述的第一层板、连接件一可转动连接；所述的多缸体二包括气动肌肉四、气动肌肉五、气动肌肉六和连接件二，所述的气动肌肉四、气动肌肉六的两端均分别与所述的第一层板、所述的连接件二可转动连接，所述的气动肌肉五的两端分别与所述的第二层板、连接件二可转动连接。

进一步地，所述的气动肌肉一和气动肌肉三相对于气动肌肉二对称布置，所述的气动肌肉四和气动肌肉六相对于气动肌肉五对称布置。

进一步地，所述的连接件为字形。

进一步地，所述的可转动连接为铰接。

进一步地，所述的第一层板和第二层板均为中部掏空的板件。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1.本发明利用多根气动肌肉与连接件相组合，组成具有多个腔体的多缸体元件，气动肌肉收缩的叠加，大大增加了关节收缩量，即可以前向运动，又可以后向运动，同时还可以摆动，所设计的蛇形机器人具有移动和多个方向的摆动；

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.本发明气动肌肉的输出力是同等缸径气缸输出力的5倍以上，因此此结构可以运用到其他需要提供拉力和推力、干净防爆的场合。

附图说明

图1是基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统的结构示意图：

图2为基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统的第一层多缸体组的结构示意图；

图3为基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统的第一层多缸体组的关节结构拆解示意图；

图中，第一层板1、多缸体一2、多缸体二3、多缸体三4、多缸体四5、第二层板6、气动肌肉一7、气动肌肉二8、气动肌肉三9、连接件一10、气动肌肉四11、连接件二12、气动肌肉五13、气动肌肉六14、多缸体五15、多缸体六16、多缸体七17、多缸体八18、第三层板19、多缸体九20、多缸体十21、多缸体十一22、多缸体十二23、第四层板24。

具体实施方式

如图1-3所示，本发明的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统包括：上层板1、多缸体一2、多缸体二3、多缸体三4、多缸体四5、下层板6、气动肌肉一7、气动肌肉二8、气动肌肉三9、连接件一10、气动肌肉四11、连接件二12、气动肌肉五13、气动肌肉六14、多缸体五15、多缸体六16、多缸体七17、多缸体八18、第三层板19、多缸体九20、多缸体十21、多缸体十一22、多缸体十二23、第四层板24。

其中，多缸体一2、多缸体二3、多缸体三4、多缸体四5两端分别与第一层板1、第二层板6可转动连接，多缸体一2、多缸体三4的结构完全一致，多缸体二3、多缸体四5的结构完全一致。多缸体二3由气动肌肉一7、气动肌肉二8、气动肌肉三9、连接件一10组成，连接件一和二均为字形，其中气动肌肉三9的两端分别与第一层板1、连接件一10可转动连接，气动肌肉一7、气动肌肉二8的两端分别与连接件一10、第二层板6可转动连接，并且以单缸体形式存在的气动肌肉一7、气动肌肉二8通过连接件一10与以单缸体形式存在的气动肌肉三9构成多缸体元件；气动肌肉四11、气动肌肉六14的两端分别与第一层板1、连接件二12可转动连接，气动肌肉五13的两端分别与连接件二12、第二层板6可转动连接，以单缸体形式存在的气动肌肉四11、气动肌肉六1通过连接件二12与以单缸体形式存在的气动肌肉五13构成多缸体元件。多缸体五15、多缸体六16、多缸体七17、多缸体八18的两端分别与第二层板6、第三层板19可转动连接，多缸体五15、多缸体七17在分布和结构上分别与多缸体二3、多缸体四5一致，多缸体六16、多缸体八18在分布和结构上分别与多缸体一2、多缸体三4一致。多缸体九20、多缸体十21、多缸体十一22、多缸体十二23的两端分别与第三层板19、第四层板24可转动连接，多缸体十21、多缸体十一22在分布和结构上分别与多缸体五15、多缸体七17一致，多缸体九20、多缸体十二23在分布和结构上分别与多缸体六16、多缸体八18一致。

当需要前向蠕动时，多缸体三4的工作过程如下：通过气动阀控制气动肌肉四11、气动肌肉六14充气，气动肌肉四11、气动肌肉六14充气收缩，带动连接件二12、气动肌肉五13、下层板6前向运动，然后给气动肌肉五13充气进一步收缩带动第二层板6运动，还可以通过控制气动肌肉四11、气动肌肉六14、气动肌肉一7、气动肌肉二8的气压差，使得蛇形机器人关节在直线收缩运动的同时具有多个方向的摆动。多缸体一2、多缸体六16、多缸体八18、多缸体九20、多缸体十二23与多缸体三4处于一致的工作状态。

当后向蠕动时，多缸体二3的工作过程如下：通过气动阀控制气动肌肉一7、气动肌肉二8先充气收缩，带动连接件一10、气动肌肉三9、上层板1后向运动，然后气动肌肉三9充气收缩带动第一层板1运动，多缸体五15、多缸体七17、多缸体十21、多缸体十一22与多缸体二3处于一致的工作状态。通过控制气动阀对各多缸体进行充气或者放气，可以实现多缸体蛇形机器人运动到预定的位姿。

本发明，通过控制各单缸体气动肌肉组合的多缸体，实现蛇形机器人位姿的控制，可以动态形象的蛇等爬行动物的蠕动，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气动肌肉蛇形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 (5)

1.一种基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，该系统包括n层堆叠的多缸体组，n≥3，每层多缸体组均由第一层板、第二层板和可转动连接在第一、第二层板之间的m个多缸体组成，m≥4；所述的m个多缸体由交替布置的多缸体一和多缸体二组成，所述的多缸体一包括气动肌肉一、气动肌肉二、气动肌肉三和连接件一，所述的气动肌肉一、气动肌肉三的两端均分别与所述的第二层板、所述的连接件一可转动连接，所述的气动肌肉二的两端均分别与所述的第一层板、连接件一可转动连接；所述的多缸体二包括气动肌肉四、气动肌肉五、气动肌肉六和连接件二，所述的气动肌肉四、气动肌肉六的两端均分别与所述的第一层板、所述的连接件二可转动连接，所述的气动肌肉五的两端分别与所述的第二层板、连接件二可转动连接。

2.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，所述的气动肌肉一和气动肌肉三相对于气动肌肉二对称布置，所述的气动肌肉四和气动肌肉六相对于气动肌肉五对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，所述的连接件为字形。

4.根据权利要求1或2所述的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，所述的可转动连接为铰接。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的基于气动肌肉的多缸体蛇形机器人系统，其特征在于，所述的第一层板和第二层板均为中部掏空的板件。