CN110053070A - 一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，由驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件构成。其中：伸缩驱动单元组件通过滑块沿滑块导轨嵌入驱动壳体中，并沿滑块导轨进行伸缩变形，所述组件由可伸缩变形的驱动单元串联构成，可伸缩变形的驱动单元由组成驱动腔的折叠单元两两连接生成，驱动腔内置驱动囊，通过驱动源导入导出而驱动伸缩单元进行仿肌肉伸缩变形，由驱动单元伸缩变形生成的驱动力通过驱动传动连接件的传递来驱动关节壳体绕关节主轴做关节屈伸和收展运动。本发明结构简单，伸缩变形精度易控制，人体仿生程度高，具有良好的节能性、稳定性，便于柔性化、小体积和易控制。

Description

一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体而言涉及一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置。

背景技术

随着机器人技术的发展，机器人应用在制造领域已日益广泛，工业机器人已广泛应用于焊接、喷涂等 各工序，在汽车、食品、金属加工等多行业代替工人做单调、重复的长时间工作，有效的实现了工厂无人 化和操作自动化，成为制造业中不可缺少的重要装置和手段，其核心技术关节驱动装置也在不断更新，呈 现出大力矩、高精度、反应灵敏、小型化、模块化和标准化的发展趋势。

目前机器人关节驱动装置，主要由控制器、伺服电机、减速机组成，被视为机器人三大核心零部件， 占机器人成本的70％。机器人为了可靠的完成工作任务，对定位精度和重复定位精度的要求很高，因此需 要配置高速、高精度、高可靠的伺服电机和传动链短、体积小、质量轻、功率大、易控制的减速机，对其 零部件加工有复杂的制造工艺和制造精度要求，要有完备的高端制造业基础支撑才能生产出机器人精密的 核心零部件，是机器人技术发展面临的挑战，已成为机器人产业发展的痛点，目前机器人技术发展离大规 模、低成本、多领域的应用还有一段距离。

相对于制造领域，服务领域仿人机器人除了对环境适应性、环境感知、自主控制、人机交互等方面提 出了更高的要求，还对关节驱动装置提出了更高的能量效率要求，要有更好的动力/重量/体积比，还要有 柔性驱动，以满足仿人机器人依靠自身有限的能源来灵活步行和维持日常工作需要。

近年来仿人机器人的研发虽然取得了突出进展，但仍面临巨大挑战。由于其在经济建设中所具备的重 大意义，仿人机器人关节驱动技术成为近年来机器人技术的研究热点和难点。电机、液压、气动等关节驱 动方式相继应用于各种仿人机器人，研制样机不断推出。如本田公司研制的ASIMO机器人采用伺服电机驱 动，波士顿动力公司研制的ATALAS机器人采用液压系统驱动，布鲁塞尔大学研制的LUCY机器人采用气压 元件驱动。但由于电机驱动柔性较差、输出力矩相对较低，液压驱动控制复杂、质量较大，气动驱动精确 度较低，受温湿度环境影响大，因此成熟的低成本的仿人机器人应用还不多见。

现在大部分仿人机器人关节驱动还是采用电机驱动，由控制器、伺服电机、减速机组成，具有刚性传 动特点，虽有较好的运动精度，但抗冲击、稳定性、灵活性和环境适应性差，当机器人行走时与地面接触 产生的冲击会传送到机器人各部件，尤其对精密的伺服电机、减速机、传感器会造成损伤。同时，冲击还 会使动平衡受到影响，导致步行步态不稳定、不灵活，限制了步行速度和步态的连贯。为了克服电机驱动 柔性较差的缺陷，麻省理工的研究人员在驱动端与负载之间串联一个弹簧，通过检测两者之间的转动角度， 乘以弹簧弹性系数，得到施加到负载上的力，较好的实现了关节力矩控制和传递，同时增强了关节的抗冲 击能力，提高了关节的柔性。这种串联弹性驱动关节在仿人机器人中得到了较多的应用，但由于在驱动端 和负载之间串联的弹性体结构复杂，增加了关节重量和体积，加大了成本，提高了控制难度。

运动生物力学告诉我们，当人体正常步行时，通过足跟离地产生蹬地动作，推动身体向前，然后下肢 摆动到身体前方、使人体重心移动、到再次足跟触地，完成一个步行周期。在此期间，人体下肢肌肉群通 过收缩放松来改变肌肉长度产生肌力，并通过肌腱和韧带传递肌力引起下肢关节进行屈伸、收展等活动， 从而达到完成步行任务的目的。这种人体在运动中表现出良好的节能性和稳定性已成为仿人机器人研究的 目标，对生物结构和运动方式进行仿生已变成研究机器人系统的基本方法之一。

因此，近年来人造肌肉关节驱动成为机器人研究新的方向，现有的人造肌肉是将管状导电塑料集束成 仿肌肉复合软体，管内注入导电性高分子溶液，在电流的刺激下管内注入的导电性高分子溶液产生离子， 导致管状软体伸缩，通过控制电流强弱调整离子数量，改变人造肌肉的伸缩性从而产生驱动力，但当需较 大输出力时，需要更多的聚合物材料，同时要求有超高电压刺激。近期哈佛大学工程与应用科学学院以碳 纳米管为基础开发人造肌肉，这种人造肌肉中碳纳米管作为一个电极，可根据肌肉的多层排列设计，在电 场的作用下形成介电弹性体，当电场作用于上述软性材料时就会发生变形并产生驱动力，要将上述软性材 料变形通常需要使用超高电压，但哈佛已经攻克了需要超高电压的难关，用新工艺制成的超薄碳纳米管充 当介电弹性体，用常规电压就可使上述软性材料变形提供驱动力，为柔性机器人打开了实用性大门。目前 人造肌肉研究作为机器人技术发展新方向，技术还有待成熟，性能还有待稳定，还存在成本高昂和难以驾 驭的难题。

人体运动是一个极为复杂的系统，生物学告诉我们人体共有206块骨骼，其中相当一部分是可动关节， 其形成的骨骼系统与肌肉系统、神经组织共同完成人体运动，因此人体运动时涉及到的是多自由度运动， 目前常见的电机驱动关节装置基本是单自由度驱动，为了获得一个自由度需要设置一个驱动装置，要获得 多个自由度就需要设置多个驱动装置，当需要获得的自由度数目要求较大时，其成本、重量、体积和控制 难度将成倍增加。因此，在单一关节驱动装置中设计关节可多方向多自由度的旋转和移动，可以降低成本， 简化结构，减轻重量，降低控制难度，实现关节较多自由度的运动。

目前还没有人涉及通过设计机械可伸缩结构在机械结构层面模仿人体肌肉伸缩机理产生驱动力直接 驱动关节，这种从仿肌肉伸缩产生驱动力直接驱动关节的层面来设计关节驱动装置能简化关节装置结构、 降低制造成本、有更好的动力/重量/体积比、易于柔性化和降低控制难度等优势，是一种机器人关节驱动 装置的新结构。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，该装置由伸缩 驱动单元组件通过滑块沿滑块导轨嵌入驱动壳体中，驱动单元组件由折叠单元两两连接组成，可通过驱动 源的导入导出对驱动单元进行仿肌肉伸缩来移动驱动传动连接件，并通过驱动传动连接件传递驱动力带动 关节负载来改变机器的运动轨迹和构型，以达到完成机器人工作任务的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，包括驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节主轴、关节壳体、 驱动传动连接件；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构，框架两侧设置有滑块导轨；

所述伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元两两固接串联集成,伸缩驱动单元组件通过滑块沿所述滑块 导轨嵌入驱动壳体；所述伸缩驱动单元由驱动囊、可伸缩驱动腔、驱动源导入导出阀口组成；所述驱动囊 由囊支架和柔性密封囊组成，囊支架采用平面框架结构；所述可伸缩驱动腔由折叠单元组成，其折叠单元 包括驱动腔前板、驱动腔后板、驱动腔上前板、驱动腔上后板、驱动腔左前侧板、驱动腔左后侧板、驱动 腔右前侧板、驱动腔右后侧板；所述驱动腔前板、驱动腔后板、驱动腔上前板、驱动腔上后板采用矩形板 状结构，所述驱动腔左前侧板、驱动腔左后侧板、驱动腔右前侧板、驱动腔右后侧板采用梯形板状结构；

所述折叠单元分别采用如下两两连接成可伸缩驱动腔，其中：

驱动腔前板下侧与驱动腔后板下侧，驱动腔前板左、右侧与驱动腔左前侧板、右前侧板前沿，驱动腔 前板上侧与驱动腔上前板前沿，驱动腔后板左、右侧与驱动腔左后侧板、右后侧板后沿，驱动腔后板上侧 与驱动腔上后板后沿，驱动腔上前板后沿与驱动腔上后板前沿通过转动副连接；

驱动腔左前侧板、驱动腔右前侧板后沿与驱动腔左后侧板、驱动腔右后侧板前沿通过园柱套筒副连接；

驱动囊通过囊支架与驱动腔前板、驱动腔后板固接，内置于可伸缩驱动腔；柔性密封囊通过导管与驱 动源导入导出阀口连接；

所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成；上关节壳体与所述圆柱主轴固接，下关节壳体与所述 圆柱主轴通过转动副连接，或者上关节壳体、下关节壳体分别与所述圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副 连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与所述驱动传动连接件连接的连接点，上关节壳体、下关节壳 体的一端部分别与上驱动壳体、下驱动壳体的一端部固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和上驱动壳体、下驱动壳体的伸缩 驱动单元组件通过转动副或球接点或固接点连接。

以上所述圆柱套筒副由圆柱体和两套筒组成，两套筒固设在所述一侧板上，所述圆柱体的一端呈球状 并插置在设于相应的所述另一侧板上的铰支座的球状凹孔内，圆柱体的另一端插置在两套筒的通孔内，在 两套筒之间的圆柱体上固设有限位环。

以上所述可伸缩驱动腔在伸张状态下其多边形立面体是五面体或是六面体或是十二面体，在收缩状态 下组成可伸缩驱动腔的各折叠单元平行贴合。

以上所述驱动源是液压驱动源或是气压驱动源。

以上所述驱动源导入导出阀口是一个导入导出阀口或是一个导入阀口和一个导出阀口，所述阀口是自 动控制阀口。

一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，包括驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节主轴、关节壳体、 驱动传动连接件；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构，框架两侧设置有滑块导轨；

所述伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元和滑块串联集成，伸缩驱动单元组件通过滑块沿所述滑块导轨 嵌入驱动壳体；所述伸缩驱动单元由驱动内胆、可伸缩驱动架组成；所述驱动内胆由一对电磁感应吸盘组 成；所述可伸缩驱动架由折叠单元组成，其折叠单元包括驱动架前板、驱动架后板、两限位杆；所述驱动 架前板、驱动架后板采用矩形框架结构，限位杆采用杆状结构；驱动架前板下侧与驱动架后板下侧通过转 动副连接，驱动架前板、驱动架后板边侧分别与两限位杆一端通过转动副连接，两限位杆另一端通过转动 副互相连接；电磁感应吸盘分别与驱动架前板、驱动架后板嵌入固接；

所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成，上关节壳体与关节圆柱主轴固接，下关节壳体与关节 圆柱主轴通过转动副连接；或者上关节壳体、下关节壳体分别与关节圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副 连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与驱动传动连接件的连接点；上关节壳体、下关节壳体的一端 部分别与上驱动壳体、下驱动壳体的一端部分固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和上驱动壳体、下驱动壳体的伸缩 驱动单元组件通过转动副或球接点或固接点连接。

本发明的驱动壳体的框架内设有一组伸缩驱动单元组件或二组伸缩驱动单元组件或三组伸缩驱动单 元组件或四组伸缩驱动单元组件。

本发明的驱动腔前板与驱动腔后板之间是弹簧连接，所述驱动架前板与驱动架后板之间是弹簧连接， 所述弹簧是拉伸弹簧或是压缩弹簧。

本发明的滑块导轨是直线导轨或是曲线导轨。

本发明的折叠单元采用长方形或棱形或三角形或平行四边形板状结构。

一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，包括驱动壳体、关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件，还 包括驱动电机；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构；所述驱动电机固接嵌入驱动壳体； 所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成，上关节壳体与关节圆柱主轴固接，下关节壳体与关节 圆柱主轴通过转动副连接；或者上关节壳体、下关节壳体分别与关节圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副 连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与驱动传动连接件的连接点；上关节壳体、下关节壳体分别与 上驱动壳体、下驱动壳体端面固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和驱动电机运动端通过转动副或球 接点连接。

以上所述驱动电机是直线电机或推杆电机。

本发明的转动副是铰链或合页或轴承。

本发明的关节壳体中的关节主轴是双主轴。

本发明的驱动传动连接件是曲柄滑块或是切比雪夫连杆或是驱动杆或是齿轮齿条或是链轮或是带轮。

本发明的有益效果是。

1、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，采用驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节 主轴、关节壳体、驱动传动连接件构成，所述伸缩驱动单元组件通过滑块沿滑块导轨嵌入驱动壳体中，所 述伸缩驱动单元组件由可伸缩变形的驱动单元串联构成，可伸缩变形的驱动单元由组成驱动腔的折叠单元 两两连接生成，通过驱动源的导入导出进行仿肌肉伸缩变形，由此生成的驱动力通过驱动传动连接件传递 来驱动关节壳体绕关节主轴做关节屈伸和收展运动，本发明结构简单，伸缩变形精度易控制，人体仿生程 度高，具有良好的节能性、稳定性，可便利实现关节驱动装置追求的小体积、大力矩、高精度、柔性化、 易控制等技术要求，易于达到关节驱动装置的小型化、模块化、标准化目标。

2、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，驱动单元伸缩变形生成的驱动力由驱动传 动连接件传递，其驱动传动结构可采用曲柄滑块结构、切比雪夫连杆结构、齿轮齿条副结构、链轮传动结 构、带轮传动结构和固定连接结构，所述传动结构简单，仿生程度高，可便利实现驱动力的柔性传递。

3、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，仿肌肉伸缩变形的驱动单元，其驱动腔可 采用由8个折叠单元两两连接组成的五面体、由10个折叠单元两两连接组成的六面体、由18个折叠单元 两两连接组成的十二面体。由此生成的驱动腔伸缩变形精度易控制，从而使机器运动轨迹控制难度和超调 量小，同时，驱动单元与驱动壳体连为一体，因此其结构简单。

4、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其中由8个折叠单元组成的五面体驱动单 元，驱动前、后板下端用铰链铰接，在伸缩变形时仅驱动前板与驱动后板的夹角发生变化，由此生成的驱 动力方向是夹角轴心的切线方向，可直接对关节壳体旋转运动进行驱动，可减少传动结构产生的动力能耗， 具良好的节能性。

5、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，伸缩驱动单元组件通过滑块嵌入驱动壳体， 所述驱动壳体可嵌入一组驱动单元生成一个驱动点，嵌入二组驱动单元生成二个驱动点，嵌入三组驱动单 元生成三个驱动点，嵌入四个驱动单元生成四个驱动点，直至嵌入多组驱动单元生成多个驱动点，所述驱 动点的伸缩变形可独立控制，配套关节圆柱主轴或关节圆柱十字主轴可对单一关节结构进行单自由度或多 自由度的驱动。

6、本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，由折叠单元组成的可伸缩驱动单元采用驱 动源的导入导出来进行仿肌肉伸缩驱动，驱动源可以是液压驱动、是气压驱动、是电磁感应驱动。可采用 液压泵、气压泵、自动控制阀门等元件进行驱动源导入导出，或者采用改变电流方向使得电磁感应吸盘相 互吸引和相互排斥来作驱动单元的伸缩变形，或者采用直线电机做直线驱动，本发明对驱动源精度要求低， 易控制。

附图说明

图1a-1c本发明实施例1结构示意图；

图2本发明实施例1关节壳体结构分解示意图；

图3本发明实施例1仿肌肉伸缩驱动器结构示意图；

图4本发明实施例1伸缩驱动单元组件示意图；

图5a-5b本发明实施例1伸缩驱动单元伸张和收缩互换变形示意图；

图6本发明实施例1可伸缩驱动腔结构分解图；

图7a-7b本发明实施例1左右侧板上的圆柱套筒副结构及连接示意图；

图8本发明实施例1可伸缩驱动单元驱动囊结构示意图；

图9a-9c本发明实施例2结构示意图；

图10a-10c本发明实施例2关节壳体结构分解示意图；

图11本发明实施例2仿肌肉伸缩驱动器结构示意图；

图12本发明实施例2伸缩驱动单元组件示意图；

图13a-13b本发明实施例2可伸缩驱动腔伸张和收缩互换变形示意图；

图14本发明实施例2可伸缩驱动腔结构分解图；

图15a-15d本发明实施例3结构示意图；

图16a-16b本发明实施例3关节壳体结构分解示意图；

图17本发明实施例3关节壳体结构剖面图；

图18本发明实施例3仿肌肉伸缩驱动器结构示意图；

图19本发明实施例3伸缩驱动单元组件示意图；

图20a-20b本发明实施例3可伸缩驱动腔伸张和收缩互换变形示意图；

图21本发明实施例3可伸缩驱动腔结构分解图；

图22a-22b本发明实施例4结构示意图

图23本发明实施例4伸缩驱动单元组件示意图；

图24a-24b本发明实施例4可伸缩驱动架伸张和收缩互换变形示意图；

图25a-25b本发明实施例5结构示意图；

图26a-26b本发明实施例5关节壳体结构分解示意图；

图27本发明实施例6结构示意图；

图28本发明实施例6关节壳体结构图；

图29本发明实施例6仿肌肉伸缩驱动器结构示意图；

图30本发明实施例6伸缩驱动单元组件示意图；

图31a-31d本发明实施例7结构示意图；

图32本发明实施例7关节壳体结构示意图；

图33本发明实施例7仿肌肉伸缩驱动器结构示意图；

图34a-34c本发明实施例7可伸缩驱动单元组件示意图；

图中

1 驱动壳体

2 关节圆柱主轴

3 关节壳体

4 驱动杆

5 滑块导轨

6 上关节壳体

7 下关节壳体

8 伸缩驱动单元

9 滑块

10 驱动源导入导出阀口

11 弹簧

12 驱动腔前板

13 驱动腔后板

14 驱动腔上前板

15 驱动腔上后板

16 驱动腔左前侧板

17 驱动腔左后侧板

18 驱动腔右前侧板

19 驱动腔右后侧板

20 驱动腔前板下侧铰支座

21 驱动腔后板下侧铰支座

22 驱动腔前板左侧铰支座

23 驱动腔后板左侧铰支座

24 驱动腔前板右侧铰支座

25 驱动腔后板右侧铰支座

26 驱动腔前板上侧铰支座

27 驱动腔后板上侧铰支座

28 驱动腔上前板前沿铰支座

29 驱动腔上后板前沿铰支座

30 驱动腔上前板后沿铰支座

31 驱动腔上后板后沿铰支座

32 驱动腔左前侧板前沿铰支座

33 驱动腔左后侧板后沿铰支座

34 驱动腔右前侧板前沿铰支座

35 驱动腔右后侧板后沿铰支座

36 圆柱套筒副的套筒

37 圆柱套筒副的园柱

38 圆柱顶端的凸型球面

39 圆柱中端的限位环

40 凹型球体铰座

41 柔性密封驱动囊

42 驱动囊支架

43 驱动杆铰支座

44 驱动腔下前板

45 驱动腔下后板

46 驱动腔下前板前沿铰支座

47 驱动腔下后板前沿铰支座

48 驱动腔下前板后沿铰支座

49 驱动腔下后板后沿铰支座

50 驱动腔伸张限位杆

51 法兰连接盘

52 切比雪夫长杆

53 切比雪夫短杆

54 切比雪夫长杆铰支座

55 切比雪夫短杆铰支座

56 切比雪夫长杆中点铰支座

57 驱动腔左上前板

58 驱动腔左上后板

59 驱动腔左下前板

60 驱动腔左下后板

61 驱动腔右上前板

62 驱动腔右上后板

63 驱动腔上前板左斜边铰支座

64 驱动腔上前板右斜边铰支座

65 驱动腔上后板左斜边铰支座

66 驱动腔上后板右斜边铰支座

67 驱动腔左上前板底边铰支座

68 驱动腔左上前板斜边铰支座

69 驱动腔左上后板底边铰支座

70 驱动腔左上后板斜边铰支座

71 驱动腔右上前板底边铰支座

72 驱动腔右上前板斜边铰支座

73 驱动腔右上后板底边铰支座

74 驱动腔右上后板斜边铰支座

75 齿轮

76 齿条

77 驱动前架

78 驱动后架

79 电磁感应吸盘

80 驱动前架铰支座

81 驱动后架铰支座

82 关节圆柱十字主轴

83 驱动单元连接件

84 关节壳体铰支座

85 驱动囊导管

86 驱动单元铰支座

87 驱动腔左前侧板后沿铰支座

88 驱动腔左后侧板前沿铰支座

89 驱动腔右下前板

90 驱动腔右下后板

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1：

如图1a至图8所示，仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置包括上驱动壳体、下驱动壳体1、关节圆柱主 轴2、关节壳体3、二组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件。

其中：上驱动壳体、下驱动壳体1是六面体框架，框架侧面设置滑块导轨5，关节壳体3由上关节壳 体6、下关节壳体7组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接、下关节壳体7与关节圆柱主轴2旋接组 成关节旋转主体，其关节伸屈收展活动由伸缩驱动单元8两两固接串联的二组伸缩驱动单元组件驱动，伸 缩驱动单元8的驱动腔前板12上沿与相邻的驱动单元驱动腔后板13下沿平齐固接，二组伸缩驱动单元组 件通过滑块9沿滑块导轨5滑动从而嵌入上驱动壳体1中，如图4所示；位于组件端面的伸缩驱动单元8 与上驱动壳体1的端面固接，组件另一端面的伸缩驱动单元8设置铰支座与驱动杆4铰接，其产生的伸缩 驱动力通过驱动杆4传递力矩驱动下关节壳体7相对于上关节壳体6作旋转运动，上驱动壳体、下驱动壳 体1另一端面分别与上关节壳体6和下关节壳体7端面固接。

如图2a-2c所示是本实施例关节壳体3结构示意图，本结构由上关节壳体6、关节圆柱主轴2、下关 节壳体7和驱动杆4组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接，下关节壳体7与关节圆柱主轴2旋接， 通过驱动杆4传递伸缩驱动单元组件生成的驱动力驱动下关节壳体7相对上关节壳体6沿主轴轴线作旋转 运动，驱动杆4两端分别设置驱动杆铰支座43，在关节壳体3的弧顶和弧底位置分别设置关节壳体铰支座 84与驱动杆铰支座43铰接，弧顶和弧底的铰支座84之间的夹角设定为一个不为零的角度，以确保驱动杆 4传递驱动力驱动关节旋转时不出现死点位置。

如图3、图4所示，本结构由驱动壳体1、二组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件组成，本实 施例驱动壳体1是六面体框架，框架两侧设置滑块导轨5，伸缩驱动单元8两两固接串联成二组伸缩驱动 单元组件，驱动单元所属滑块9沿滑块导轨5滑动将组件嵌入驱动壳体1中，位于组件端面的伸缩驱动单 元8与驱动壳体1端面固接，组件另一端面的伸缩驱动单元8设置驱动单元铰支座86与驱动杆铰支座43 铰接，当伸缩驱动单元8作伸缩变形时，其产生的驱动力通过驱动杆4和驱动杆铰支座43传递驱动力驱 动下关节壳体7相对于上关节壳体6作旋转运动。

如图4所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，可伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串 联组成，伸缩驱动单元8由折叠单元构成，通过从驱动源导入导出阀口10导入或导出驱动源来驱动伸缩 驱动单元8作伸张和收缩的互换变形。此时，单元滑块9沿滑块导轨5滑动，驱动单元伸缩变形生成的驱 动力通过驱动杆4和驱动杆铰支座43传动。所述驱动源导入导出阀口10可以是一个导入导出阀口或是一 个导入阀口和一个导出阀口，是自动控制阀口。所述驱动源可以是液压驱动源或是气压驱动源。

如图5a-5b所示是本实施例伸缩驱动单元伸张和收缩互换变形示意图，伸缩驱动单元8由驱动囊、可 伸缩驱动腔、驱动源导入导出阀口10、滑块9组成，可伸缩驱动腔由8个折叠单元组成，包括驱动腔前板 12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、驱动 腔右前侧板18、驱动腔右后侧板19，其中：驱动腔前板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上 后板15采用矩形板状结构，驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、驱动腔右前侧板18、驱动腔右后侧 板19采用梯形板状结构，折叠单元对应边沿设置铰支座，分别采用两两连接成可伸缩驱动腔，驱动腔前 板12与驱动腔后板13之间由弹簧11连接，所述弹簧11可以是拉伸弹簧或是压缩弹簧。此时，驱动囊由驱动囊支架42与驱动腔前板12、驱动腔后板13固接，内置于驱动腔，通过驱动源导入导出阀口10和驱 动囊导管85来导入或导出驱动源，从而驱动伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变形，由此生成仿肌肉 伸缩的驱动力。本实施例伸缩驱动单元伸张状态下多边形立面体是五面体，收缩状态下各折叠单元相互平 行贴合。

如图6所示是本实施例可伸缩驱动腔结构分解图，可伸缩驱动腔由8个折叠单元组成，包括驱动腔前 板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、 驱动腔右前侧板18、驱动腔右后侧板19，所述8个折叠单元分别采用铰支座或圆柱套筒副两两连接成可 伸缩驱动腔，其中：驱动腔前板下侧铰支座20与驱动腔后板下侧铰支座21，驱动腔前板左侧铰支座22、 右侧铰支座24与驱动腔左前侧板前沿铰支座32、右前侧板前沿铰支座34，驱动腔前板上侧铰支座26与 驱动腔上前板前沿铰支座28，驱动腔后板左侧铰支座23、右侧铰支座25与驱动腔左后侧板后沿铰支座33、 驱动腔右后侧板后沿铰支座35，驱动腔后板上侧铰支座27与驱动腔上后板后沿铰支座31，驱动腔上前板 后沿铰支座30与驱动腔上后板前沿铰支座29通过铰链连接。所述折叠单元可以是长方形或棱形或三角形 或平行四边形板状结构。所述铰链连接可以用合页或者轴承连接。

驱动腔左前侧板16后沿与驱动腔左后侧板17前沿，驱动腔右前侧板18后沿与驱动腔右后侧板19前 沿通过圆柱套筒副连接。

如图7a-7b所示是本实施例左右侧板上的圆柱套筒副结构和连接示意图，圆柱套筒副的套筒36固定 安装在驱动腔左前侧板16斜边顶端，圆柱37顶端加工有凸型球体38，中段加工有限位环39，所述圆柱 37插入套筒36，限位环39与一套筒36的端面贴合，在驱动腔左后侧板17斜边顶端固定安装有凹面球体 铰座40，驱动腔左前侧板16和驱动腔左后侧板17通过凸型球体38与凹面球体铰座40球接。

如图8所示是本实施例伸缩单元驱动囊结构示意图，驱动囊的柔性密封驱动囊41固接在驱动囊支架 42上，驱动囊设有驱动囊导管85与驱动源导入导出阀口10连接，驱动囊支架42与驱动腔前板12、驱动 腔后板13固接，内置于驱动腔，当驱动源导入导出驱动囊时，能引起驱动囊伸张和收缩变形，从而带动 可伸缩驱动腔伸张和收缩生成驱动力。

实施例2：

如图9a-9c所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩机器人关节装置由上驱动壳体、下驱动壳体1，2 个关节壳体3，2个关节圆柱主轴2，四组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件组成。

其中：驱动壳体1采用六面体框架结构，框架两侧设置滑块导轨5，其一端面与上关节壳体6端面固接； 关节壳体3由上关节壳体6、下关节壳体7组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接、下关节壳体7与 关节圆柱主轴2旋接组成关节旋转主体，2个关节壳体3之间采用法兰连接盘51固接，本实施例设置为2 个关节圆柱主轴的轴线相互垂直。

伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串联集成，上驱动壳体、下驱动壳体1分别设置二组伸 缩驱动单元组件，所属驱动单元组件通过滑块9沿滑块导轨5滑动而嵌入所属上驱动壳体、下驱动壳体1 中，位于组件端面的伸缩驱动单元8与所属驱动壳体1的另一端面固接，每组伸缩驱动单元伸缩变形时， 生成的驱动力通过驱动杆4传递力矩驱动所属的下关节壳体7相对于上关节壳体6作旋转运动。

本实施例上驱动壳体、下驱动壳体1所属的伸缩驱动单元组件能分别独立进行伸缩变形，驱动上驱动 壳体、下驱动壳体1各自独立沿所属关节圆柱主轴轴线作旋转运动，是双自由度关节驱动装置。

图10a-10c所示本实施例关节壳体结构分解示意图，关节壳体3是2个独立关节壳体，由2个上关节 壳体6和2个下关节壳体7组成，其中，2个上关节壳体6分别与对应的关节圆柱主轴2固接，2个下关 节壳体7分别与对应的关节圆柱主轴旋接，2个下关节壳体7端面加工法兰连接盘51，并相对旋转设计角 度后固接，从而使如图所述关节壳体3可按设计方向作双自由度的运动。同时，在2个下关节壳体7的弧 顶和弧底位置分别设置关节壳体铰支座84，弧顶和弧底之间的夹角设定为一个不为零的角度，以确保驱动 杆4传递驱动力驱动关节旋转时不出现死点位置，驱动杆4两端分别设置驱动杆铰支座43，一端的驱动杆 铰支座43与关节壳体铰支座84铰接，另一端的驱动杆铰支座43与伸缩驱动单元组件铰接，通过所属驱 动杆4传递伸缩驱动单元生成的驱动力驱动2个下关节壳体7相对于2个上关节壳体6各自作独立的旋转 运动。

图11所示是本实施例仿肌肉伸缩驱动器结构示意图，驱动器分别驱动2个独立的关节壳体3，所述驱 动器由驱动壳体1、伸缩驱动单元8两两固接串联的伸缩驱动单元组件、驱动杆4组成，其中，驱动壳体 1采用六面体框架结构，框架两侧设置滑块导轨5，伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串联集 成，组件通过滑块9沿滑块导轨5滑动嵌入驱动壳体1框架内，组件端面的伸缩驱动单元8与驱动壳体1 的端面固接，组件另一端面的伸缩驱动单元8设置驱动单元铰支座86与驱动杆4的铰支座43铰接，驱动 杆4另一端的铰支座43与关节壳体3铰支座84铰接，由此伸缩驱动单元组件生成的驱动力通过驱动杆4 使关节装置旋转。

图12所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，可伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串 联组成，伸缩驱动单元8由折叠单元构成，通过从驱动源导入导出阀口10导入或导出驱动源来驱动伸缩 驱动单元8作伸张和收缩的互换变形，其伸缩变形量由驱动腔伸张限位杆50限制。伸缩变形量也可以由 直线电机或推杆电机产生。此时，单元滑块9沿滑块导轨5滑动，驱动单元伸缩变形生成的驱动力通过驱 动杆4和驱动杆铰支座43传动。

如图13a-13b所示是本实施例伸缩驱动单元伸张和收缩互换变形示意图，伸缩驱动单元8由驱动囊、 可伸缩驱动腔、驱动源导入导出阀口10、滑块9组成，可伸缩驱动腔由10个折叠单元组成，包括驱动腔 前板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、 驱动腔右前侧板18、驱动腔右后侧板19、驱动腔下前板44、驱动腔下后板45，其折叠单元采用矩形板状 结构，折叠单元对应边沿设置铰支座，分别采用两两连接成可伸缩驱动腔，驱动腔伸张时前、后板之间的 最大距离由驱动腔伸张限位杆50限制，驱动腔限位杆50由一对两端设置铰支座的限位杆组成，限位杆相 互铰接，另一端分别与驱动腔前板12、驱动腔后板13铰接点铰接，同时驱动腔前板12与驱动腔后板13 之间由弹簧11连接，此时，驱动囊由驱动囊支架42与驱动腔前、后板固接，内置于驱动腔，通过驱动源 导入导出阀口10和驱动囊导管85来导入或导出驱动源，从而驱动伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变 形，由此生成仿肌肉伸缩的驱动力。本实施例伸缩驱动单元伸张状态下多边形立面体是六面体，收缩状态 下各折叠单元相互平行贴合。

如图14所示是本实施例可伸缩驱动腔结构分解图，可伸缩驱动腔由10个折叠单元组成，包括驱动腔 前板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、 驱动腔右前侧板18、驱动腔右后侧板19、驱动腔下前板44、驱动腔下后板45，所述10个折叠单元分别 采用铰支座两两连接成可伸缩驱动腔，其中：驱动腔前板下侧铰支座20与驱动腔下前板前沿铰支座46， 驱动腔后板下侧铰支座21与驱动腔下后板后沿铰支座49，驱动腔前板左侧铰支座22与驱动腔左前侧板前 沿铰支座32，驱动腔前板右侧铰支座24与驱动腔右前侧板前沿铰支座34，驱动腔前板上侧铰支座26与 驱动腔上前板前沿铰支座28，驱动腔后板左侧铰支座23与驱动腔左后侧板后沿铰支座33，驱动腔后板右 侧铰支座25与驱动腔右后侧板后沿铰支座35，驱动腔后板上侧铰支座27与驱动腔上后板后沿铰支座31， 驱动腔上前板后沿铰支座30与驱动腔上后板前沿铰支座29，驱动腔下前板后沿铰支座48与驱动腔下后板 前沿铰支座47，驱动腔左前侧板后沿铰支座87与驱动腔左后侧板前沿铰支座88通过铰链连接。

实施例3：

如图15a-15d所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置包括上驱动壳体、下驱 动壳体1、关节圆柱主轴2、关节壳体3、一组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件。

其中：驱动壳体1是六面体框架，框架侧面设置滑块导轨5，关节壳体3由上关节壳体6、下关节壳 体7组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接、下关节壳体7与关节圆柱主轴2旋接组成关节旋转主体， 其关节伸屈收展活动由伸缩驱动单元8两两固接串联的一组伸缩驱动单元组件驱动，伸缩驱动单元组件通 过滑块9沿滑块导轨5滑动从而嵌入上驱动壳体1中，位于组件端面的伸缩驱动单元8与上驱动壳体1的 端面固接，组件另一端面的伸缩驱动单元8设置铰支座与驱动杆4铰接，驱动杆4通过端面铰支座与切比 雪夫长杆52铰接，其产生的伸缩驱动力通过驱动杆4传递到切比雪夫连杆驱动下关节壳体7相对于上关 节壳体6作旋转运动，上驱动壳体、下驱动壳体1另一端面分别与上关节壳体6和下关节壳体7端面固接。

如图16a-16b所示是本实施例关节壳体结构分解示意图，本结构由上关节壳体6、关节圆柱主轴2、 下关节壳体7、驱动杆4和切比雪夫连杆组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接，下关节壳体7与关 节圆柱主轴2旋接，通过驱动杆4传递伸缩驱动单元组件生成的驱动力到切比雪夫连杆来驱动下关节壳体 7相对上关节壳体6沿主轴轴线作旋转运动，驱动杆4两端分别设置驱动杆铰支座43，其一端与伸缩驱动 单元铰支座86铰接，其另一端与切比雪夫长杆铰支座54铰接，通过切比雪夫连杆将伸缩驱动单元组件生 成的直线运动转化为旋转运动来驱动关节屈伸旋转。

如图17所示是本实施例关节壳体结构示意图，切比雪夫长杆52两端分别设置切比雪夫长杆铰支座54， 中点设置切比雪夫长杆中点铰支座56，切比雪夫短杆53两端分别设置切比雪夫短杆铰支座55，上关节壳 体6、下关节壳体7分别设置关节壳体铰支座84，其中：下关节壳体铰支座84距关节圆柱主轴2的轴心 距离是D，则上关节壳体铰支座84距关节圆柱主轴2的轴心距离是2D，切比雪夫长杆52的杆长是5D，切 比雪夫短杆53的杆长是2.5D；此时切比雪夫长杆铰支座54一端与驱动杆铰支座43铰接，另一端与下关 节壳体铰支座84铰接，切比雪夫短杆铰支座55一端与切比雪夫长杆中点铰支座56铰接，另一端与上关 节壳体铰支座84铰接，由此得到的切比雪夫连杆可将驱动杆4传递过来的直线运动转换为驱动关节屈伸 的旋转运动。

如图18所示是本实施例仿肌肉伸缩驱动器结构示意图，本结构由驱动壳体1、一组伸缩驱动单元8集 成的伸缩驱动单元组件组成，本实施例驱动壳体1是六面体框架，框架两侧设置滑块导轨5，伸缩驱动单 元8两两固接串联成一组伸缩驱动单元组件，驱动单元所属滑块9沿滑块导轨5滑动将组件嵌入驱动壳体 1中，位于组件端面的伸缩驱动单元8与驱动壳体1端面固接，该组件另一端面的伸缩驱动单元8设置驱 动单元铰支座86与驱动杆铰支座43铰接，当伸缩驱动单元8作伸缩变形时，其产生的驱动力通过驱动杆 4和驱动杆铰支座43传递驱动力驱动下关节壳体7相对于上关节壳体6作旋转运动。

如图19所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串 联组成，伸缩驱动单元8由折叠单元构成，通过从驱动源导入导出阀口10导入或导出驱动源来驱动伸缩 驱动单元8作伸张和收缩的互换变形。此时，滑块9沿滑块导轨5滑动，驱动单元伸缩变形生成的驱动力 通过驱动杆4和驱动杆铰支座43驱动由切比雪夫长杆52和切比雪夫短杆53组成的切比雪夫连杆结构驱 动关节作旋转运动。

如图20a-20b所示是本实施例伸缩驱动单元伸张和收缩互换变形示意图，伸缩驱动单元8由驱动囊、 可伸缩驱动腔、驱动源导入导出阀口10、滑块9组成，可伸缩驱动腔由18个折叠单元组成，包括驱动腔 前板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左上前板57、驱动腔左上后板58、 驱动腔右上前板61、驱动腔右上后板62、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、驱动腔右前侧板18、 驱动腔右后侧板19、驱动腔下前板44、驱动腔下后板45、驱动腔左下前板59、驱动腔左下后板60、驱动 腔右下前板89、驱动腔右下后板90，其中：驱动腔前板12、驱动腔后板13、驱动腔左前侧板16、驱动腔 左后侧板17、驱动腔右前侧板18、驱动腔右后侧板19采用矩形板状结构，驱动腔上前板14、驱动腔上后 板15、驱动腔左上前板57、驱动腔左上后板58、驱动腔右上前板61、驱动腔右上后板62、驱动腔下前板 44、驱动腔下后板45、驱动腔左下前板59、驱动腔左下后板60、驱动腔右下前板89、驱动腔右下后板90 采用三角形板状结构，折叠单元对应边沿设置铰支座，分别采用两两连接成可伸缩驱动腔，驱动腔伸张时 驱动腔前板12、驱动腔后板13之间的最大距离由驱动腔伸张限位杆50限制，驱动腔限位杆50由一对两 端设置铰支座的限位杆组成，两限位杆的一端相互铰接，其另一端分别与驱动腔前板12、驱动腔后板13 铰接点铰接，同时驱动腔前板12与驱动腔后板13之间由弹簧11连接，此时，驱动囊由驱动囊支架42与 驱动腔前、后板固接，内置于驱动腔，通过驱动源导入导出阀口10和驱动囊导管85来导入或导出驱动源， 从而驱动伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变形，由此生成仿肌肉伸缩的驱动力。本实施例伸缩驱动单 元伸张状态下多边形立面体是十二面体，收缩状态下各折叠单元相互平行贴合。

如图21所示是本实施例可伸缩驱动腔结构分解图，可伸缩驱动腔由18个折叠单元组成，包括驱动腔 前板12、驱动腔后板13、驱动腔上前板14、驱动腔上后板15、驱动腔左上前板57、驱动腔左上后板58、 驱动腔右上前板61、驱动腔右上后板62、驱动腔左前侧板16、驱动腔左后侧板17、驱动腔右前侧板18、 驱动腔右后侧板19、驱动腔下前板44、驱动腔下后板45、驱动腔左下前板59、驱动腔左下后板60、驱动 腔右下前板89、驱动腔右下后板90，所述18个折叠单元分别采用铰支座两两连接成可伸缩驱动腔，其中： 驱动腔前板下侧铰支座20与驱动腔下前板前沿铰支座46，驱动腔后板下侧铰支座21与驱动腔下后板后沿 铰支座49，驱动腔前板左侧铰支座22与驱动腔左前侧板前沿铰支座32，驱动腔前板右侧铰支座24与驱 动腔右前侧板前沿铰支座34，驱动腔前板上侧铰支座26与驱动腔上前板前沿铰支座28，驱动腔后板左侧 铰支座23与驱动腔左后侧板后沿铰支座33，驱动腔后板右侧铰支座25与驱动腔右后侧板后沿铰支座35， 驱动腔后板上侧铰支座27与驱动腔上后板后沿铰支座31，驱动腔上前板左斜边铰支座63与驱动腔左上前 板底边铰支座67，驱动腔左上前板斜边铰支座68与驱动腔左上后板斜边铰支座70，驱动腔左上后板底边 铰支座69与驱动腔上后板左斜边铰支座65，驱动腔上后板右斜边铰支座66与驱动腔右上后板底边铰支座 73，驱动腔右上后板斜边铰支座74与驱动腔右上前板斜边铰支座72，驱动腔右上前板底边铰支座71与驱 动腔上前板右斜边铰支座64通过铰链连接。

实施例4：

如图22a-22b所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置包括驱动壳体1、齿轮 齿条副、二组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件。

其中：驱动壳体1是六面体框架，框架侧面设置滑块导轨5，框架侧面一端中点部位设置齿轮75转动 铰支座，齿轮75的转动轴与下关节壳体7的一端的两侧固接，上、下齿条76沿滑块导轨5异向滑动，带 动齿轮75旋转形成齿轮齿条副，齿条76滑动由伸缩驱动单元8两两铰接串联的伸缩驱动单元组件驱动， 伸缩驱动单元组件通过滑块9沿滑块导轨5滑动从而嵌入驱动壳体1中，位于伸缩驱动单元组件端面的伸 缩驱动单元8与驱动壳体1的端面固接，伸缩驱动单元组件另一端面的伸缩驱动单元8设置铰支座与齿条 76铰接，其产生的伸缩驱动力通过驱动齿条76滑动并带动齿轮75旋转从而驱动下关节壳体7相对驱动壳 体1作旋转运动。本实施例也可以用链轮或是带轮传动。

如图23所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，可伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两铰接 串联组成，伸缩驱动单元8由折叠单元固接驱动内胆构成，驱动内胆由一对电磁感应吸盘组成，通过电流 方面的变化使驱动内胆相互排斥或相互吸引，从而使伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变形。此时，单 元滑块9沿滑块导轨5滑动，驱动单元伸缩变形生成的驱动力通过铰接点传动到齿条使其沿导轨滑动。

如图24a-24b所示是可伸缩驱动架伸张和收缩互换变形示意图，伸缩驱动单元8由驱动前架77、驱动 后架78、滑块9组成，驱动前架77、驱动后架78里分别嵌入电磁感应吸盘79，驱动前架77上、下沿设 置有驱动前架铰支座80，驱动后架78上、下沿设置有驱动后架铰支座81，驱动前架铰支座80与驱动后 架铰支座81通过铰链连接，驱动架伸张时驱动前架77、驱动后架78之间的最大夹角由驱动腔伸张限位杆 50限制，驱动腔限位杆50由一对两端设置铰支座的限位杆组成，限位杆的一端相互铰接，另一端分别与 驱动前架77、驱动后架78铰接点铰接，同时驱动前架77与驱动后架78之间由弹簧11连接。

实施例5：

如图25a-25b所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩机器人关节装置由上驱动壳体、下驱动壳体1， 关节壳体3，关节圆柱十字主轴82，四组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件组成。

其中：上驱动壳体、下驱动壳体1采用六面体框架结构，框架两侧设置滑块导轨5，关节壳体3由上 关节壳体6、下关节壳体7组成，上关节壳体6、下关节壳体7分别与关节圆柱十字主轴82的圆柱主轴旋 接组成关节旋转主体。

伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元8两两固接串联集成，上驱动壳体、下驱动壳体1分别设置二组伸 缩驱动单元组件，所述伸缩驱动单元组件通过滑块9沿滑块导轨5滑动而嵌入所属驱动壳体1中，位于组 件端面的伸缩驱动单元8与所属驱动壳体1的一端面固接，伸缩驱动单元组件另一端面的伸缩驱动单元8 设置球接支座与驱动杆4的一端球接，驱动杆4另一端通过球接支座分别与上关节壳体6、下关节壳体7 的球接点球接。每组伸缩驱动单元伸缩变形时，生成的驱动力通过驱动杆4传递力矩驱动所属的上关节壳 体6和下关节壳体7相对于各自旋接的圆柱主轴旋转运动。上驱动壳体、下驱动壳体1另一端面分别与上关节壳体6和下关节壳体7端面固接。

本实施例上驱动壳体、下驱动壳体1所属的伸缩驱动单元组件能分别独立进行伸缩变形，驱动上驱动 壳体、下驱动壳体1各自独立沿所属关节圆柱主轴轴线作旋转运动，是双自由度关节驱动装置。

图26a-26b所示是本实施例关节壳体结构示意图，关节壳体3是由上关节壳体6、下关节壳体7和关 节圆柱十字主轴82组成，其中，上关节壳体6和上关节壳体7分别与关节圆柱十字主轴82对应的关节圆 柱主轴旋接，上关节壳体6、下关节壳体7可各自独立沿对应的圆柱主轴旋转，从而使如图所述关节壳体 3可作双自由度的运动，驱动杆4两端分别设置驱动杆球接支座，一端的驱动杆球接支座与关节壳体3球 接点球接，另一端的驱动杆球接支座与伸缩驱动单元组件球接，通过所述驱动杆4传递伸缩驱动单元8生 成的驱动力驱动上关节壳体6和下关节壳体7相对于对应的圆柱主轴各自作独立的旋转运动，是双自由度 驱动装置。本实施例所述伸缩驱动单元8结构和伸缩驱动单元组件和实施例2相同。

实施例6：

如图27所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置包括驱动壳体1、关节圆柱十 字主轴82、关节壳体3、四组伸缩驱动单元8集成的伸缩驱动单元组件。

其中：驱动壳体1是六面体框架，框架侧面和中部设置四组滑块导轨5，关节壳体3由上关节壳体6、 下关节壳体7组成，上关节壳体6和下关节壳体7分别与关节圆柱十字主轴82对应的圆柱主轴旋接组成 关节旋转主体，上关节壳体6、下关节壳体7可各自沿对应的圆柱主轴独立旋转，其两个独立方向上的关 节伸屈收缩活动由每组伸缩驱动单元8两两固接串联的伸缩驱动单元组件驱动，伸缩驱动单元组件通过滑 块9沿每组的滑块导轨5滑动从而嵌入上驱动壳体1中，位于伸缩驱动单元组件端面的伸缩驱动单元8与 上驱动壳体1的端面固接，伸缩驱动单元组件另一端面的伸缩驱动单元8设置球接支座与驱动杆4球接， 其产生的伸缩驱动力通过驱动杆4传递到上关节壳体6和下关节壳体7使其相对于各自旋接的圆柱主轴作 旋转运动，生成双自由度的关节驱动，上驱动壳体、下驱动壳体1另一端面分别与上关节壳体6和下关节 壳体7端面固接。

图28所示是本实施例关节壳体3结构示意图，关节壳体3是由上关节壳体6、下关节壳体7和关节圆 柱十字主轴82组成，其中，上关节壳体6和上关节壳体7分别与关节圆柱十字主轴82对应的关节圆柱主 轴旋接，上关节壳体6、下关节壳体7可各自独立沿对应的圆柱主轴旋转，从而使如图所述关节壳体可作 双自由度的运动，驱动杆4两端分别设置驱动杆球接支座，驱动杆4一端的驱动杆球接支座与关节壳体球 接点球接，其另一端的驱动杆球接支座与伸缩驱动单元组件球接，通过所属驱动杆4传递伸缩驱动单元8 生成的驱动力驱动上关节壳体6和下关节壳体7相对于对应的圆柱主轴各自作独立的旋转运动，是双自由度驱动装置。

图29所示是本实施例仿肌肉伸缩驱动器结构示意图，本结构由驱动壳体1、四组伸缩驱动单元8集成 的伸缩驱动单元组件组成，本实施例驱动壳体1是六面体框架，框架两侧和中部设置四组滑块导轨5，伸 缩驱动单元8两两固接串联成四组伸缩驱动单元组件，驱动单元所属滑块9沿每组滑块导轨5滑动将各组 件嵌入驱动壳体1中，位于伸缩驱动单元组件端面的伸缩驱动单元8与驱动壳体1端面固接，伸缩驱动单 元组件另一端面的伸缩驱动单元8设置驱动单元球接支座与驱动杆4球接支座球接，当各组伸缩驱动单元 8作伸缩变形时，其产生的驱动力通过驱动杆4传递驱动力驱动上关节壳体6和下关节壳体7相对各自旋接的圆柱主轴旋转运动。

如图30所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，可伸缩驱动单元组件由四组伸缩驱动单元8两两 固接串联组成，伸缩驱动单元8由如实施例3的折叠单元构成，通过从驱动源导入导出阀口10导入或导 出驱动源来驱动伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变形。此时，滑块9沿每组滑块导轨5滑动，驱动单 元伸缩变形生成的驱动力通过驱动杆4驱动上关节壳体6和下关节壳体7相对各自旋接的圆柱主轴作旋转 运动，是双自由度驱动装置。本实施例所述伸缩驱动单元8结构和伸缩驱动单元组件和实施例3相同。

实施例7：

如图31a-31d所示是本实施例结构示意图，仿肌肉伸缩机器人关节装置包括驱动壳体1、关节圆柱主 轴2、关节壳体3、二组不同结构的伸缩驱动单元组件。

其中：驱动壳体1由六面体框架和半圆形框架合成，框架侧面设置二组滑块导轨5，滑块导轨5沿驱 动壳体1的轮廓由直线导轨和半圆形导轨合成为曲线导轨，关节壳体3由上关节壳体6、下关节壳体7组 成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接、下关节壳体7与关节圆柱主轴2旋接组成关节旋转主体，其关 节伸屈收缩活动由二组不同结构的伸缩驱动单元组件驱动，其中一组采用实施例3所述的伸缩驱动单元8 结构两两固接串联一组伸缩驱动单元组件，另一组采用实施例1所述的伸缩驱动单元8结构两两固接串联 一组伸缩驱动单元组件，此组固接时伸缩驱动单元8的驱动腔前板12上沿与相邻的驱动单元驱动腔后板 13上沿平齐固接，二组不同结构的伸缩驱动单元组件之间用驱动单元连接件83固接，二组伸缩驱动单元 组件通过滑块9沿每组所述滑块导轨5滑动从而嵌入上驱动壳体1中，位于实施例3所述伸缩驱动单元组 件端面的伸缩驱动单元8与上驱动壳体1的端面固接，伸缩驱动单元组件另一端面的伸缩驱动单元8与驱 动单元连接件83固接，位于实施例1所述伸缩驱动单元组件端面的伸缩驱动单元8与驱动单元连接件83 固接，伸缩驱动单元组件另一端面的伸缩驱动单元8与下关节壳体7固接面固接，实施例3所述伸缩驱动 单元组件产生的伸缩驱动力，通过驱动单元连接件83推动实施例1所述伸缩驱动单元组件沿直线导轨作 直线运动，实施例1所述伸缩驱动单元组件产生的伸缩驱动力，沿半圆形导轨切线方向驱动下关节壳体7 相对于上关节壳体6作旋转运动。

如图32a-32b所示是本实施例关节壳体结构示意图，本结构由上关节壳体6、关节圆柱主轴2、下关 节壳体7组成，上关节壳体6与关节圆柱主轴2固接，下关节壳体7与关节圆柱主轴2旋接，通过二组不 同结构的伸缩驱动单元组件，一组做直线驱动，另一组沿半圆形导轨的切线方向做半圆形曲线驱动，这二 组伸缩驱动单元组件合成生成的驱动力驱动下关节壳体7相对上关节壳体6沿主轴轴线作旋转运动。

如图33所示是本实施例仿肌肉伸缩驱动器结构示意图，本结构由驱动壳体1、二组不同结构伸缩驱动 单元8集成的伸缩驱动单元组件组成。本实施例驱动壳体1是六面体框架和半圆形框架合成，框架两侧设 置滑块导轨5，所述滑块导轨5由直线导轨和半圆形导轨合成为曲线导轨，关节驱动由二组不同结构的伸 缩驱动单元合作为伸缩驱动单元组件。一组采用实施例3所述的伸缩驱动单元8结构两两固接串联一组伸 缩驱动单元组件，此组做直线驱动。另一组采用实施例1所述的伸缩驱动单元8结构两两固接串联一组伸 缩驱动单元组件，此组固接时伸缩驱动单元8的驱动腔前板上沿与相邻的驱动单元驱动腔后板上沿平齐， 此组做半圆形曲线驱动。每组所属的驱动单元滑块9沿所属滑块导轨5滑动将每组组件嵌入驱动壳体1中， 位于实施例3所述组件端面的伸缩驱动单元8与驱动壳体1端面固接，组件另一端面的伸缩驱动单元8与 驱动单元连接件83固接，位于实施例1所述组件伸缩驱动单元端面的伸缩驱动单元8与驱动单元连接件 83固接，伸缩驱动单元组件另一端的伸缩驱动单元8与下关节壳体7的固接面固接，其产生的驱动力驱动 下关节壳体7相对于上关节壳体6作旋转运动。

如图34a-34c所示是本实施例伸缩驱动单元组件示意图，可伸缩驱动单元组件由二组不同结构的组件 组成，二组不同结构的伸缩驱动单元8分别由实施例3和实施例1采用的折叠单元构成，通过从驱动源导 入导出阀口10导入或导出驱动源来驱动伸缩驱动单元8作伸张和收缩的互换变形。此时，每组单元滑块9 沿各组所属的滑块导轨5滑动，其中一组做直线驱动，另一组做半圆形曲线驱动，通过二组不同结构的驱 动单元伸缩变形生成的驱动力驱动下关节壳体7相对上关节壳体6作旋转运动。

综上所述，本发明提出的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，由驱动壳体、伸缩驱动单元组件、 关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件构成，其中：驱动壳体设置滑块导轨，伸缩驱动单元组件通过滑块 沿滑块导轨嵌入驱动壳体中，伸缩驱动单元组件沿滑块导轨进行伸缩变形，伸缩驱动单元组件由可伸缩变 形的驱动单元串联构成，可伸缩变形的驱动单元由组成驱动腔的折叠单元两两连接生成，驱动腔内置驱动 囊，通过驱动源导入导出阀口和驱动囊导管导入和导出驱动源来驱动可伸缩变形的驱动单元来进行仿肌肉 伸缩变形，由驱动单元伸缩变形生成的驱动力通过驱动传动连接件来驱动关节壳体绕关节主轴做关节屈伸 和收展运动。本发明结构简单，伸缩变形精度易控制，人体仿生程度高，具有良好的节能性、稳定性，可 便利实现关节驱动装置追求的小体积、大力矩、高精度、柔性化、易控制等技术要求，易于达到关节驱动 装置的小型化、模块化、标准化目标。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，本发明并不局限于上述具体实施方式，本领域的普通技术人 员在本发明的启示下，在本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可作出很多形式的具体变换，这 些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是包括驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构，框架两侧设置有滑块导轨；

所述伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元两两固接串联集成,伸缩驱动单元组件通过滑块沿所述滑块导轨嵌入驱动壳体；所述伸缩驱动单元由驱动囊、可伸缩驱动腔、驱动源导入导出阀口组成；所述驱动囊由囊支架和柔性密封囊组成，囊支架采用平面框架结构；所述可伸缩驱动腔由折叠单元组成，其折叠单元包括驱动腔前板、驱动腔后板、驱动腔上前板、驱动腔上后板、驱动腔左前侧板、驱动腔左后侧板、驱动腔右前侧板、驱动腔右后侧板；所述驱动腔前板、驱动腔后板、驱动腔上前板、驱动腔上后板采用矩形板状结构，所述驱动腔左前侧板、驱动腔左后侧板、驱动腔右前侧板、驱动腔右后侧板采用梯形板状结构；

所述折叠单元分别采用如下两两连接成可伸缩驱动腔，其中：

驱动腔前板下侧与驱动腔后板下侧，驱动腔前板左、右侧与驱动腔左前侧板、右前侧板前沿，驱动腔前板上侧与驱动腔上前板前沿，驱动腔后板左、右侧与驱动腔左后侧板、右后侧板后沿，驱动腔后板上侧与驱动腔上后板后沿，驱动腔上前板后沿与驱动腔上后板前沿通过转动副连接；

驱动腔左前侧板、驱动腔右前侧板后沿与驱动腔左后侧板、驱动腔右后侧板前沿通过园柱套筒副连接；

驱动囊通过囊支架与驱动腔前板、驱动腔后板固接，内置于可伸缩驱动腔；柔性密封囊通过导管与驱动源导入导出阀口连接；

所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成；上关节壳体与所述圆柱主轴固接，下关节壳体与所述圆柱主轴通过转动副连接，或者上关节壳体、下关节壳体分别与所述圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与所述驱动传动连接件连接的连接点，上关节壳体、下关节壳体的一端部分别与上驱动壳体、下驱动壳体的一端部固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和上驱动壳体、下驱动壳体的伸缩驱动单元组件通过转动副或球接点或固接点连接。

2.如权利要求1所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述圆柱套筒副由圆柱体和两套筒组成，两套筒固设在所述一侧板上，所述圆柱体的一端呈球状并插置在设于相应的所述另一侧板上的铰支座的球状凹孔内，圆柱体的另一端插置在两套筒的通孔内，在两套筒之间的圆柱体上固设有限位环。

3.如权利要求1所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述可伸缩驱动腔在伸张状态下其多边形立面体是五面体或是六面体或是十二面体，在收缩状态下组成可伸缩驱动腔的各折叠单元平行贴合。

4.如权利要求1所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动源是液压驱动源或是气压驱动源。

5.如权利要求1所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动源导入导出阀口是一个导入导出阀口或是一个导入阀口和一个导出阀口，所述阀口是自动控制阀口。

6.一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是包括驱动壳体、伸缩驱动单元组件、关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构，框架两侧设置有滑块导轨；

所述伸缩驱动单元组件由伸缩驱动单元和滑块串联集成，伸缩驱动单元组件通过滑块沿所述滑块导轨嵌入驱动壳体；所述伸缩驱动单元由驱动内胆、可伸缩驱动架组成；所述驱动内胆由一对电磁感应吸盘组成；所述可伸缩驱动架由折叠单元组成，其折叠单元包括驱动架前板、驱动架后板、两限位杆；所述驱动架前板、驱动架后板采用矩形框架结构，限位杆采用杆状结构；驱动架前板下侧与驱动架后板下侧通过转动副连接，驱动架前板、驱动架后板边侧分别与两限位杆一端通过转动副连接，两限位杆另一端通过转动副互相连接；电磁感应吸盘分别与驱动架前板、驱动架后板嵌入固接；

所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成，上关节壳体与关节圆柱主轴固接，下关节壳体与关节圆柱主轴通过转动副连接；或者上关节壳体、下关节壳体分别与关节圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与驱动传动连接件的连接点；上关节壳体、下关节壳体的一端部分别与上驱动壳体、下驱动壳体的一端部分固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和上驱动壳体、下驱动壳体的伸缩驱动单元组件通过转动副或球接点或固接点连接。

7.如权利要求1或6所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动壳体的框架内设有一组伸缩驱动单元组件或二组伸缩驱动单元组件或三组伸缩驱动单元组件或四组伸缩驱动单元组件。

8.如权利要求1或6所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动腔前板与驱动腔后板之间是弹簧连接，所述驱动架前板与驱动架后板之间是弹簧连接，所述弹簧是拉伸弹簧或是压缩弹簧。

9.如权利要求1或6所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述滑块导轨是直线导轨或是曲线导轨。

10.如权利要求1或6所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述折叠单元采用长方形或棱形或三角形或平行四边形板状结构。

11.一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是包括驱动壳体、关节主轴、关节壳体、驱动传动连接件，还包括驱动电机；

所述驱动壳体包括上驱动壳体、下驱动壳体，采用多面体框架结构；所述驱动电机固接嵌入驱动壳体；所述关节主轴采用圆柱主轴或圆柱十字主轴结构；

所述关节壳体由上关节壳体与下关节壳体组成，上关节壳体与关节圆柱主轴固接，下关节壳体与关节圆柱主轴通过转动副连接；或者上关节壳体、下关节壳体分别与关节圆柱十字主轴的二个主轴通过转动副连接；上关节壳体、下关节壳体分别设置有与驱动传动连接件的连接点；上关节壳体、下关节壳体分别与上驱动壳体、下驱动壳体端面固接；

驱动传动连接件两端设置连接点，分别与上关节壳体、下关节壳体和驱动电机运动端通过转动副或球接点连接。

12.如权利要求11所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动电机是直线电机或推杆电机。

13.如权利要求1或6或11所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述转动副是铰链或合页或轴承。

14.如权利要求1或6或11所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是置于所述关节壳体中的关节主轴是双主轴。

15.如权利要求1或6或11所述的一种仿肌肉伸缩驱动的机器人关节装置，其特征是所述驱动传动连接件是曲柄滑块或是切比雪夫连杆或是驱动杆或是齿轮齿条或是链轮或是带轮。