CN108161958A - 一种基于气动肌肉的仿人手指系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于气动肌肉仿人手指系统，以气动肌肉模拟人的肌肉驱动手指关节的运动，具有完全模拟人的手指和手运动的功能。所述的仿人手指系统主要由固定板、连接轴、带轮、V型带、以及气动肌肉组成。单关节对拉气动肌肉和带轮的组合由一组对拉肌肉同时驱动多个关节，从而实现对拉气动肌肉实现多个关节角度和刚度同时调节作用同时，减少对拉肌肉的数量，并且实现手指的握、抓、弹等动作切换。本发明以气动肌肉驱动，具有结构紧凑、控制简单、柔顺性好、输出力大、刚度可调的特点，可用于物体抓取、教学演示、零件搬运等领域。

Description

一种基于气动肌肉的仿人手指系统
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仿人手指系统。
背景技术
人的手关节结构及其错综复杂，针对形状不同的物体可以实现握、抓、弹等动作，分布不均的肌肉在这些动作中相互协调以实现上述动作。中国专利201210408685.4、201520996639.X、201610921761.X和201621204358.7采用电机加连杆机构驱动仿人手，中国专利201210551850.1电机加齿轮驱动仿人手，上述仿人手刚性大、关节摩擦力大、协调性差、输出力的大小收电机大小的限制。中国专利201710414708.5和201520315466.0分别采用液压缸和气缸设计仿人机械手，但是其尺寸较大、刚性大。中国专利201610690944.5和201710116913.3分别采用胶管和形状记忆合金驱动仿人机械手，其柔性得到了较大的改善，但是难以实现精确的位姿控制。
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仿人手指，本发明结构紧凑，控制简单、柔顺性好、输出力大等。
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手指系统，它包括：
一种基于气动肌肉的仿人手指系统，其特征在于，该手指系统为左右对称结构，且分为上中下三段骨头，每一段骨头均包括位于两侧的左侧固定板和右侧固定板，所述的左侧固定板和右侧固定板平行放置，且其对应的两端均通过固定杆固定连接，所述的第一段骨头的左侧固定板和右侧固定板的上端之间还可转动连接第一转动轴8，所述的第一转动轴8上的左半部分，从左到右依次固定设置带轮一11、第二段骨头左侧固定板6、带轮二10、带轮三9；所述的第二段骨头的左侧固定板6和右侧固定板的上端之间还可转动连接第二转动轴3，所述的第二转动轴3上的左半部分，从左到右依次固定设置带轮四2、带轮五4和第三段骨头左侧固定板1；
所述的第一段骨头的左半部分还包括气动肌肉一15、气动肌肉二16、气动肌肉三18、气动肌肉四19、气动肌肉五21、气动肌肉六34，它们的一端均通过固定件固定在所述的第一段骨头的左侧固定板14的下端，所述的气动肌肉一15和气动肌肉二16的另一端均与皮带一12连接，通过皮带一12形成拮抗肌驱动所述的带轮一11正反转，所述的气动肌肉三18和气动肌肉四19的另一端均与皮带二13连接，通过皮带二13形成拮抗肌驱动所述的带轮二10正反转，所述的气动肌肉五21和气动肌肉六34的另一端均与皮带四7连接，通过皮带四7形成拮抗肌驱动所述的带轮四2正反转，所述的带轮三9和带轮五4通过皮带三5连接；所述的第一、第二和第三段骨头的右半部分和左半部分结构相同。
进一步地，所述的第一转动轴8由多段组成，所述的第一段骨头的左侧固定板14通过第一转动轴的第一段40与所述的带轮一11固定连接，所述的带轮一11、第二段骨头左侧固定板6固定连接，所述的第二段骨头左侧固定板6和带轮二10通过第一转动轴的第二段41固定连接，所述的带轮二10、带轮三9固定连接，所述的带轮三9与第一段骨头的右半部分通过第一转动轴的第三段42固定连接。
进一步地，所述的第二转动轴3由多段组成，所述的第二段骨头的左侧固定板通过第二转动轴的第一段37与所述的带轮四2固定连接，所述的带轮四2通过第二转动轴的第二段38与所述的带轮五4固定连接，所述的带轮五4和第三段骨头左侧固定板1固定连接，所述的第三段骨头左侧固定板1与第三段骨头右侧固定板25通过第二转动轴的第三段39固定连接。
进一步地，所述的皮带均为V型带。
进一步地，所述的左侧固定板和右侧固定板均为中部镂空结构。
进一步地，所述的左侧固定板和右侧固定板的上端、下端均通过两个固定杆连接。
本发明的有益效果是：
1.本发明利用多组对拉气动肌肉驱动关节和带轮的组合由一组对拉肌肉同时驱动多个关节，可以同时调节关节运动角度和刚度，同时其输出具有较大的刚度；
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.本发明通过控制各气动肌肉内部的气压，可以形象地模拟人的手指可以实现的各种握、抓、弹等动作的切换，有助于了解手指每根肌肉在其运动中的作用。
附图说明
图1是仿人手指整体结构示意图图；
图2是仿人手指左半侧结构示意图；
图中，第三段骨头左侧固定板1、带轮四2、第二转动轴3、带轮五4、V型带三5、第二段骨头左侧固定板6、V型带四7、第一转动轴8、带轮三9、带轮二10、带轮一11、V型带一12、V型带二13、第一段骨头左侧固定板14、气动肌肉一15、气动肌肉二16、气动肌肉固定件一17、气动肌肉三18、气动肌肉四19、气动肌肉固定件二20、气动肌肉五21、气动肌肉固定件三22、第三段骨头固定螺柱一23、第三段骨头固定螺柱二24、第三段骨头右侧固定板25、第三段骨头固定螺柱三26、第三段骨头固定螺柱四27、第二段骨头固定螺柱一28、第二段骨头固定螺柱二29、第二段骨头固定螺柱三30、第二段骨头固定螺柱四31、第一段骨头固定螺柱一32、第一段骨头固定螺柱二33、气动肌肉六34、第一段骨头固定螺柱三35、第一段骨头固定螺柱四36、第二转动轴的第一段37、第二转动轴的第二段38、第二转动轴的第三段39、第一转动轴的第一段40、第一转动轴的第二段41、第一转动轴的第三段42。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1和2所示，一种基于气动肌肉的仿人手指系统，该手指系统为左右对称结构，且分为上中下三段骨头，每一段骨头均包括位于两侧的左侧固定板和右侧固定板，如第三段骨头左侧固定板1、第三段骨头右侧固定板25、第二段骨头左侧固定板6、第二段骨头右侧固定板、第一段骨头左侧固定板14、第一段骨头右侧固定板，第一段骨头左侧固定板14、第一段骨头右侧固定板的下端通过第一段骨头固定螺柱三35、第一段骨头固定螺柱四36固定连接，上端通过第一段骨头固定螺柱一32、第一段骨头固定螺柱二33固定连接，第二段骨头左侧固定板6、第二段骨头左侧固定板的下端通过第二段骨头固定螺柱三30、第二段骨头固定螺柱四31固定连接，上端通过第二段骨头固定螺柱一28、第二段骨头固定螺柱二29固定连接，第三段骨头左侧固定板1、第三段骨头右侧固定板25的下端通过第三段骨头固定螺柱三26、第三段骨头固定螺柱四27固定连接，上端通过第三段骨头固定螺柱一23、第三段骨头固定螺柱二24固定连接。
第一段骨头左侧固定板14和第一段骨头右侧固定板的上端之间还可转动连接第一转动轴8，第一转动轴8包括三段，第一转动轴的第一段40左端通过轴承连接在第一段骨头左侧固定板14上，右端与带轮一11固定连接，带轮一11、第二段骨头左侧固定板6固定在一起，第二段骨头左侧固定板6通过第一转动轴的第二段41与带轮二10固定连接，带轮二10和带轮三9固定连接，带轮三9与第一段骨头的右半部分通过第一转动轴的第三段42固定连接；
第二段骨头左侧固定板6和第二段骨头右侧固定板的上端之间还可转动连接第二转动轴3，第二转动轴3包括3段，第二段骨头的左侧固定板6通过第二转动轴3的第一段37与带轮四2固定连接，带轮四2通过第二转动轴的第二段38与带轮五4固定连接，带轮五4和第三段骨头左侧固定板1固定连接，第三段骨头左侧固定板1与第三段骨头右侧固定板25通过第二转动轴的第三段39固定连接；
第一段骨头的左半部分还包括气动肌肉一15、气动肌肉二16、气动肌肉固定件一17、气动肌肉三18、气动肌肉四19、气动肌肉固定件二20、气动肌肉五21、气动肌肉固定件三22，气动肌肉固定件一17、气动肌肉固定件二20、气动肌肉固定件三22均固定在第一段骨头左侧固定板14的下端，气动肌肉一15、气动肌肉二16的一端均固定在气动肌肉固定件一17上，气动肌肉一15、气动肌肉二16的另一端均与V型带一12连接，通过V型带一12形成拮抗肌驱动带轮一11正反转，气动肌肉三18、气动肌肉四19的一端均固定在气动肌肉固定件二20上，另一端均与V型带二13连接，通过V型带二13形成拮抗肌驱动带轮二10正反转，气动肌肉五21和气动肌肉六34的一端均固定在气动肌肉固定件三22上，另一端均与V型带四7连接，通过V型带四7形成拮抗肌驱动所带轮四2正反转，带轮三9和带轮五4通过V型带三5连接；第一、第二和第三段骨头的右半部分和左半部分结构相同。
上述的左侧固定板和右侧固定板均为中部镂空结构。
以左边一侧为例说明系统的工作过程：通过气动阀控制气动肌肉一15、气动肌肉二16、气动肌肉三18、气动肌肉四19内的气压，使得气动肌肉一15、气动肌肉二16、气动肌肉三18、气动肌肉四19内的气压存在压差，驱动带轮一11转动，带动第一转动轴的第一段40、第二段骨头左侧固定板6、第一转动轴的第二段41、带轮二10、带轮三9、第一转动轴的第三段42相对于第一段骨头左侧固定板14转动；带轮三9又通过V型带三5驱动带轮五4、第二转动轴的第一段37、带轮四2、第二转动轴的第二段38、第三段骨头左侧固定板1相对于第二段骨头左侧固定板6转动；
也可以单独控制气动肌肉一15、气动肌肉二16或单独控制气动肌肉三18、气动肌肉四19。
如通过气动阀控制气动肌肉一15、气动肌肉二16可以实现带轮一11、第一转动轴的第一段40、第二段骨头左侧固定板6相对于第一段骨头左侧固定板14转动，气动肌肉三18、气动肌肉四19、气动肌肉五21、气动肌肉六34带动带轮四2、第二转动轴的第一段37、第二转动轴的第二段38、带轮五4、第三段骨头左侧固定板1、第一转动轴的第三段42第二段骨头左侧固定板6的转动。
当需要控制第三段骨头的运动时，可以通过控制气动肌肉一15和气动肌肉二16、气动肌肉三18和气动肌肉四19、气动肌肉五21和气动肌肉六34等三对中的任意一对或多对来实现；当需要控制第二段骨头的运动时，可以通过控制气动肌肉一15和气动肌肉二16、气动肌肉三18和气动肌肉四19等两对中的任意一对或两对来实现。
本发明，通过控制各模拟手指肌肉的气动肌肉，实现仿人手指动作的控制，可以动态形象的模拟人手指的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他仿人手指无法比拟的优势。
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 (6)

1.一种基于气动肌肉的仿人手指系统，其特征在于，该手指系统为左右对称结构，且分为上中下三段骨头，每一段骨头均包括位于两侧的左侧固定板和右侧固定板，所述的左侧固定板和右侧固定板平行放置，且其对应的两端均通过固定杆固定连接，所述的第一段骨头的左侧固定板和右侧固定板的上端之间还可转动连接第一转动轴(8)，所述的第一转动轴(8)上的左半部分，从左到右依次固定设置带轮一(11)、第二段骨头左侧固定板(6)、带轮二(10)、带轮三(9)；所述的第二段骨头的左侧固定板(6)和右侧固定板的上端之间还可转动连接第二转动轴(3)，所述的第二转动轴(3)上的左半部分，从左到右依次固定设置带轮四(2)、带轮五(4)和第三段骨头左侧固定板(1)。
所述的第一段骨头的左半部分还包括气动肌肉一(15)、气动肌肉二(16)、气动肌肉三(18)、气动肌肉四(19)、气动肌肉五(21)、气动肌肉六(34)，它们的一端均通过固定件固定在所述的第一段骨头的左侧固定板(14)的下端，所述的气动肌肉一(15)和气动肌肉二(16)的另一端均与皮带一(12)连接，通过皮带一(12)形成拮抗肌驱动所述的带轮一(11)正反转，所述的气动肌肉三(18)和气动肌肉四(19)的另一端均与皮带二(13)连接，通过皮带二(13)形成拮抗肌驱动所述的带轮二(10)正反转，所述的气动肌肉五(21)和气动肌肉六(34)的另一端均与皮带四(7)连接，通过皮带四(7)形成拮抗肌驱动所述的带轮四(2)正反转，所述的带轮三(9)和带轮五(4)通过皮带三(5)连接；所述的第一、第二和第三段骨头的右半部分和左半部分结构相同。
2.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的仿人手指系统，所述的第一转动轴(8)由多段组成，所述的第一段骨头的左侧固定板(14)通过第一转动轴(40)的第一段与所述的带轮一(11)固定连接，所述的带轮一(11)、第二段骨头左侧固定板(6)固定连接，所述的第二段骨头左侧固定板(6)和带轮二(10)通过第一转动轴(41)的第二段固定连接，所述的带轮二(10)、带轮三(9)固定连接，所述的带轮三(9)与第一段骨头的右半部分通过第一转动轴的第三段(42)固定连接。
3.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的仿人手指系统，所述的第二转动轴(3)由多段组成，所述的第二段骨头的左侧固定板通过第二转动轴的第一段(37)与所述的带轮四(2)固定连接，所述的带轮四(2)通过第二转动轴的第二段(38)与所述的带轮五(4)固定连接，所述的带轮五(4)和第三段骨头左侧固定板(1)固定连接，所述的第三段骨头左侧固定板(1)与第三段骨头右侧固定板(25)通过第二转动轴的第三段(39)固定连接。
4.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的仿人手指系统，所述的皮带均为V型带。
5.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的仿人手指系统，所述的左侧固定板和右侧固定板均为中部镂空结构。
6.根据权利要求1所述的基于气动肌肉的仿人手指系统，所述的左侧固定板和右侧固定板的上端、下端均通过两个固定杆连接。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB02 Change of applicant information
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Address after: 314033 2 building, Photovoltaic Science Park, 1288 Kang He road, Xiuzhou District, Jiaxing, Zhejiang.

Applicant after: Jiaxing University

Address before: 314033 Yuexiu South Road, Jiaxing, Jiaxing, Zhejiang

Applicant before: Jiaxing University

CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Jiang Feilong

Inventor after: Chen Cheng

Inventor after: Zhou Li

Inventor after: Dai Ting

Inventor after: Yang Lina

Inventor after: Zhang Haijun

Inventor after: Shen Jianying

Inventor after: Zhu Haibin

Inventor after: Zhu Helei

Inventor after: Qian Cheng

Inventor after: Song Yulai

Inventor after: Yin Xiaoliang

Inventor after: Liu Ruiying

Inventor before: Jiang Feilong

Inventor before: Zhang Haijun

GR01 Patent grant
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TR01 Transfer of patent right
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Effective date of registration: 20221116

Address after: 310000 Room 309, Floor 3, Building 3, No. 516, Renhe Avenue, Renhe Street, Yuhang District, Hangzhou, Zhejiang

Patentee after: Hangzhou Jiuchi Precision Machinery Technology Co.,Ltd.

Address before: 314033 2 building, Photovoltaic Science Park, 1288 Kang He road, Xiuzhou District, Jiaxing, Zhejiang.

Patentee before: JIAXING University