CN110936367B - 一种气动仿人机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气动仿人机器人系统，以气缸驱动仿人机器人的髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节的运动，具有完全模拟人的关节运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、带轮、丝杠、锥齿轮、齿形带、齿形轮以及连接件组成。髋关节和肩关节由摆动气缸通过带轮驱动，膝关节由丝杠和气缸组合驱动，脚关节由多根气缸驱动，肘关节由摆动气缸驱动，腕关节由两组变距离摆动部件和气缸并联机构组成；髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节分别具有2、1、4、6、2、1、4个自由度，全身共计34个自由度。本发明专利以气缸和气缸组合驱动，具有行程大、工作空间大、结构紧凑的特点，可用于教学和演示。

Description

一种气动仿人机器人系统

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别是一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。

背景技术

自从1960年代开始，美国开始研究电机驱动的机器人，替人类完成危险、繁重、重复的劳动，到目前机器人已经发展比较成熟并且被广泛应用到各行各业。气缸以清洁的空气作为介质，具有较好的防爆型，同时气缸具有较大的运动空间，并且气缸已经广泛运用在工业领域。气缸按照其运动方式又可以分为直线运动气缸和摆动运动气缸，均可以驱动机器人关节运动，以气缸驱动的机器人往往集中在直角坐标机械手，但是在仿人领域基本处于空白状态。

专利201711099824.9首次提出一种单关节气缸驱动的仿人型机器人，公开了一种基于气缸的仿人型机器人，以气缸作为驱动元件模拟人的腰关节以及四肢运动，具有完全模拟人运动的功能。所述的仿人型机器人主要由气缸、固定板、股骨、腓骨、肱骨组成，具有44个自由度；其中模拟的腰关节具有12个自由度，模拟下肢的髋关节、膝关节、踝关节分别具有3、2、2个自由度，模拟上肢的肩关节、肘关节、腕关节分别具有3、1、4个自由度，肩关节与肘关节之间增加了一个自由度。

专利201810344584.2提出一种基于并联均匀分布气缸仿人型机器人，公开一种基于气动肌肉与气缸的仿人型机器人系统，以气动肌肉和气缸驱动仿人型机器人的肩关节、肘关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节的运动，该机器人主要由头骨、椎骨、肋骨、肱骨、桡骨、固定件、股骨、腓骨、气动肌肉、气缸以及脚组成。肩关节、肘关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节分别具有3、3、4、3、3、4个自由度，整个系统具有34个自由度，其中肩关节由9根来自椎骨的气动肌肉以柔性冗余的形式分布和驱动肩关节，小腿关节则由周边均匀分布三根气缸，中间一根气缸支撑的并联机构构成，实现转动和移动的自由切换。

上述仿人型机器人仅仅为基本的气缸并联，并没有考虑多气缸多种组合驱动关节运动、以及各种可能出现的构型。需要一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种行程大、工作空间大、结构紧凑、可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换、自由度多，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作的气动仿人机器人系统。

一种气动仿人机器人系统，包括：

腰关节，所述腰关节的下方互为镜像设置两组下肢关节，上方两侧分别设置上肢关节，所述下肢关节从上到下依次为髋关节、膝关节和踝关节；

所述髋关节的髋关节摆动气缸一的缸体固定在腰关节下面板上，所述髋关节摆动气缸一的转动轴固定在髋关节带轮一上，所述髋关节的髋关节连接轴两端分别同腰关节下面板和髋关节连接件一固定连接，所述髋关节连接件一可转动连接髋关节十字连接件，所述髋关节十字连接件可转动连接髋关节连接件二，所述髋关节十字连接件和髋关节带轮二固定连接，所述髋关节带轮一和髋关节带轮二通过皮带连接；

所述髋关节十字连接件和髋关节带轮三固定连接，所述髋关节摆动气缸二的缸体和髋关节连接件二固定，转动轴和髋关节带轮四固定连接，所述髋关节带轮三和髋关节带轮四通过皮带连接；

所述髋关节连接件二的下方固定膝关节摆动气缸一的缸体，所述膝关节摆动气缸一的转动轴和膝关节带轮一固定连接，所述髋关节连接件二和膝关节连接板通过膝关节连接轴固定连接，所述膝关节连接板上可转动连接锥齿轮一和膝关节带轮二，所述锥齿轮一和锥齿轮二啮合，所述锥齿轮二和丝杠一固定，所述丝杠一和膝关节连接板可转动连接，所述丝杠一、滑动块一和导向杆一可转动连接，所述滑动块一可转动连接膝关节气缸一，所述膝关节气缸一可转动连接小腿连接件一；

所述膝关节摆动气缸一、膝关节带轮一、锥齿轮一、膝关节带轮二、膝关节连接板、锥齿轮二、滑动块一、导向杆一、丝杠一和膝关节气缸一分别同膝关节带轮三、膝关节摆动气缸二、膝关节带轮四、锥齿轮三、锥齿轮四、滑动块二、导向杆二、丝杠二和膝关节气缸二互为镜像设置。

所述踝关节的小腿连接件二、小腿连接件三和小腿连接件四与小腿连接件一固定连接，所述小腿连接件三可转动连接小腿气缸一和小腿气缸四，所述小腿气缸一和小腿气缸四可转动连接脚底板第一段，所述脚底板第一段可转动连接小腿气缸二和小腿气缸五，所述小腿气缸二和小腿气缸五可转动连接小腿连接件四，所述小腿连接件二可转动连接小腿气缸三和小腿气缸六，所述小腿气缸三和小腿气缸六可转动连接脚底板第二段，所述脚底板第一段和脚底板第二段可转动连接。

所述腰关节的胸部连接件固定在腰关节上面板上，所述腰关节上面板和腰关节下面板之间分别可转动连接腰关节气缸一、腰关节气缸二、腰关节气缸三、腰关节气缸四、腰关节气缸五和腰关节气缸六，所述腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五在内侧，所述腰关节气缸一、腰关节气缸四和腰关节气缸六在外侧。

所述腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五在腰关节下面板与腰关节上面板的连接点在圆周上均匀分布相差30度，所述腰关节气缸一、腰关节气缸四和腰关节气缸六在腰关节下面板与腰关节上面板的连接点在圆周上均匀分布相差30度，同时与腰关节气缸二、腰关节气缸三和腰关节气缸五相差30度。

所述胸部连接件为镂空件，类倒三角形。

所述上肢关节包括肩关节、肘关节和小臂关节，所述腰关节的胸部连接件固定连接肩关节摆动气缸一的缸体，所述肩关节摆动气缸一的转动轴固定连接肩关节带轮三，胸部连接件通过肩关节连接轴连接肩关节连接件一，所述肩关节连接件一可转动连接肩关节十字连接件，所述肩关节十字连接件可转动连接肩关节连接件二，并固定连接肩关节带轮四，所述肩关节带轮三和肩关节带轮四通过皮带连接，所述肩关节十字连接件和肩关节带轮一固定连接，所述肩关节连接件二上固定肩关节摆动气缸二的缸体，所述肩关节摆动气缸二的转动轴固定在肩关节带轮二上，所述肩关节带轮一和肩关节带轮二通过皮带连接。

所述上肢关节的肘关节的肘关节摆动气缸的缸体固定连接肩关节连接件二，所述肘关节摆动气缸的转动轴固定连接肘关节连接件。

所述上肢关节的小臂关节包括第一变距离摆动部件、第二变距离摆动部件和小臂气缸并联机构，所述第一变距离摆动部件和第二变距离摆动部件互为镜像，通过摆动部件中间连接件固定连接，所述第一变距离摆动部件的支撑连接件一端和齿形轮可转动连接，另一端和小臂气缸四的工作杆固定连接，所述第一变距离摆动部件的小臂气缸一的工作杆通过连接板一、齿形带和齿形轮啮合，所述第一变距离摆动部件的小臂气缸五通过连接板二、齿形带和齿形轮啮合，所述小臂气缸一、小臂气缸四和小臂气缸五的缸体分别和肘关节连接件固定连接，所述摆动部件中间连接件的端部和末端连接板可转动连接，所述小臂气缸并联机构的小臂气缸二、小臂气缸三和小臂气缸六分别同肘关节连接件、末端连接板可转动连接。

本发明腰关节的下方互为镜像设置两组下肢关节，上方两侧分别设置上肢关节，下肢关节从上到下依次为髋关节、膝关节和踝关节；髋关节的髋关节摆动气缸一的缸体固定在腰关节下面板上，髋关节摆动气缸一的转动轴固定在髋关节带轮一上，髋关节的髋关节连接轴两端分别同腰关节下面板和髋关节连接件一固定连接，髋关节连接件一可转动连接髋关节十字连接件，髋关节十字连接件可转动连接髋关节连接件二，髋关节十字连接件和髋关节带轮二固定连接，髋关节带轮一和髋关节带轮二通过皮带连接；髋关节十字连接件和髋关节带轮三固定连接，髋关节摆动气缸二的缸体和髋关节连接件二固定，转动轴和髋关节带轮四固定连接，髋关节带轮三和髋关节带轮四通过皮带连接；髋关节连接件二的下方固定膝关节摆动气缸一的缸体，膝关节摆动气缸一的转动轴和膝关节带轮一固定连接，髋关节连接件二和膝关节连接板通过膝关节连接轴固定连接，膝关节连接板上可转动连接锥齿轮一和膝关节带轮二，锥齿轮一和锥齿轮二啮合，锥齿轮二和丝杠一固定，丝杠一和膝关节连接板可转动连接，丝杠一、滑动块一和导向杆一可转动连接，滑动块一可转动连接膝关节气缸一，膝关节气缸一可转动连接小腿连接件一；膝关节摆动气缸一、膝关节带轮一、锥齿轮一、膝关节带轮二、膝关节连接板、锥齿轮二、滑动块一、导向杆一、丝杠一和膝关节气缸一分别同膝关节带轮三、膝关节摆动气缸二、膝关节带轮四、锥齿轮三、锥齿轮四、滑动块二、导向杆二、丝杠二和膝关节气缸二互为镜像设置。

一种气动仿人机器人系统，以气缸驱动仿人机器人的髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节的运动，具有完全模拟人的关节运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、带轮、丝杠、锥齿轮、齿形带、齿形轮以及连接件组成。髋关节和肩关节由摆动气缸通过带轮驱动，膝关节由丝杠和气缸组合驱动，脚关节由多根气缸驱动，肘关节由摆动气缸驱动，腕关节由两组变距离摆动部件和气缸并联机构组成；髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节分别具有2、1、4、6、2、1、4个自由度，全身共计34个自由度。本发明专利以气缸和气缸组合驱动，具有行程大、工作空间大、结构紧凑的特点，可用于教学和演示。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用多个气缸组合驱动关节，可以同时实现关节多个方向和多种模式的运动以及运动模式的切换；

2.本发明利用气缸与丝杠组合驱动具有行程大、工作空间大、结构紧凑等优点；

3.本发明髋关节、膝关节、脚关节、腰关节、肩关节、肘关节、腕关节分别具有2、1、4、6、2、1、4个自由度，全身共计34个自由度，可以形象地模拟人体关节可以实现的各种动作，有助于了解气缸在机器人运动中的作用。

附图说明

图1是仿人机器人整体机械结构图；

图2是仿人机器人下肢机械结构图；

图3是仿人机器人小腿机械结构图；

图4是仿人机器人腰关节和上肢机械结构图；

图5是仿人机器人上肢机械结构图；

图6是仿人机器人小臂机械结构图；

图7是仿人机器人部件机械结构图；

图中：下肢关节1、腰关节2、上肢关节3、髋关节4、膝关节5、踝关节6、腰关节下面板7、髋关节摆动气缸一8、髋关节带轮一9、髋关节连接轴10、髋关节连接件一11、髋关节十字连接件12、髋关节带轮二13、髋关节带轮三14、髋关节摆动气缸二15、髋关节带轮四16、膝关节摆动气缸一17、膝关节带轮一18、锥齿轮一19、膝关节带轮二20、膝关节连接板21、锥齿轮二22、滑动块一23、导向杆一24、丝杠一25、膝关节气缸一26、髋关节连接件二27、膝关节带轮三28、膝关节摆动气缸二29、膝关节带轮四30、锥齿轮三31、锥齿轮四32、滑动块二33、导向杆二34、丝杠二35、膝关节气缸二36、小腿连接件一37、小腿连接件二38、小腿连接件三39、小腿连接件四40、小腿气缸一41、小腿气缸二42、小腿气缸三43、小腿气缸四44、小腿气缸五45、小腿气缸六46、脚底板第一段47、脚底板第二段48、腰关节气缸一49、腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸四52、腰关节气缸五53、腰关节气缸六54、腰关节上面板55、胸部连接件56、肩关节57、肘关节58、小臂关节59、肩关节摆动气缸一60、肩关节连接轴61、肩关节连接件一62、肩关节带轮一63、肩关节带轮二64、肩关节摆动气缸二65、肩关节带轮三66、肩关节带轮四67、肩关节连接件二68、肩关节十字连接件69、肘关节摆动气缸70、肘关节连接件71、第一变距离摆动部件72、第二变距离摆动部件73、小臂气缸并联机构74、小臂气缸一75、小臂气缸二76、小臂气缸三77、连接板一78、齿形带79、支撑连接件80、齿形轮81、末端连接板82、小臂气缸四83、小臂气缸五84、连接板二85、小臂气缸六86、摆动部件中间连接件87、膝关节连接轴88。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

一种气动仿人机器人系统，包括：腰关节2，腰关节2的下方互为镜像设置两组下肢关节1，上方两侧分别设置上肢关节3，下肢关节1从上到下依次为髋关节4、膝关节5和踝关节6；髋关节4的髋关节摆动气缸一8的缸体固定在腰关节下面板7上，髋关节摆动气缸一8的转动轴固定在髋关节带轮一9上，髋关节4的髋关节连接轴10两端分别同腰关节下面板7和髋关节连接件一11固定连接，髋关节连接件一11可转动连接髋关节十字连接件12，髋关节十字连接件12可转动连接髋关节连接件二27，髋关节十字连接件12和髋关节带轮二13固定连接，髋关节带轮一9和髋关节带轮二13通过皮带连接；髋关节十字连接件12和髋关节带轮三14固定连接，髋关节摆动气缸二15的缸体和髋关节连接件二27固定，转动轴和髋关节带轮四16固定连接，髋关节带轮三14和髋关节带轮四16通过皮带连接；髋关节连接件二27的下方固定膝关节摆动气缸一17的缸体，膝关节摆动气缸一17的转动轴和膝关节带轮一18固定连接，髋关节连接件二27和膝关节连接板21通过膝关节连接轴88固定连接，膝关节连接板21上可转动连接锥齿轮一19和膝关节带轮二20，锥齿轮一19和锥齿轮二22啮合，锥齿轮二22和丝杠一25固定，丝杠一25和膝关节连接板21可转动连接，丝杠一25、滑动块一23和导向杆一24可转动连接，滑动块一23可转动连接膝关节气缸一26，膝关节气缸一26可转动连接小腿连接件一37；膝关节摆动气缸一17、膝关节带轮一18、锥齿轮一19、膝关节带轮二20、膝关节连接板21、锥齿轮二22、滑动块一23、导向杆一24、丝杠一25和膝关节气缸一26分别同膝关节带轮三28、膝关节摆动气缸二29、膝关节带轮四30、锥齿轮三31、锥齿轮四32、滑动块二33、导向杆二34、丝杠二35和膝关节气缸二36互为镜像设置。

踝关节6的小腿连接件二38、小腿连接件三39和小腿连接件四40与小腿连接件一37固定连接，小腿连接件三39可转动连接小腿气缸一41和小腿气缸四44，小腿气缸一41和小腿气缸四44可转动连接脚底板第一段47，脚底板第一段47可转动连接小腿气缸二42和小腿气缸五45，小腿气缸二42和小腿气缸五45可转动连接小腿连接件四40，小腿连接件二38可转动连接小腿气缸三43和小腿气缸六46，小腿气缸三43和小腿气缸六46可转动连接脚底板第二段48，脚底板第一段47和脚底板第二段48可转动连接。

腰关节2的胸部连接件56固定在腰关节上面板55上，腰关节上面板55和腰关节下面板7之间分别可转动连接腰关节气缸一49、腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸四52、腰关节气缸五53和腰关节气缸六54，腰关节气缸二50、腰关节气缸三51和腰关节气缸五53在内侧，腰关节气缸一49、腰关节气缸四52和腰关节气缸六54在外侧。腰关节气缸二50、腰关节气缸三51和腰关节气缸五53在腰关节下面板7与腰关节上面板55的连接点在圆周上均匀分布相差30度，腰关节气缸一49、腰关节气缸四52和腰关节气缸六54在腰关节下面板7与腰关节上面板55的连接点在圆周上均匀分布相差30度，同时与腰关节气缸二50、腰关节气缸三51和腰关节气缸五53相差30度。胸部连接件56为镂空件，类倒三角形。

上肢关节3包括肩关节57、肘关节58和小臂关节59，腰关节2的胸部连接件56固定连接肩关节摆动气缸一60的缸体，肩关节摆动气缸一60的转动轴固定连接肩关节带轮三66，胸部连接件56通过肩关节连接轴61连接肩关节连接件一62，肩关节连接件一62可转动连接肩关节十字连接件69，肩关节十字连接件69可转动连接肩关节连接件二68，并固定连接肩关节带轮四67，肩关节带轮三66和肩关节带轮四67通过皮带连接，肩关节十字连接件69和肩关节带轮一63固定连接，肩关节连接件二68上固定肩关节摆动气缸二65的缸体，肩关节摆动气缸二65的转动轴固定在肩关节带轮二64上，肩关节带轮一63和肩关节带轮二64通过皮带连接。

上肢关节3的肘关节58的肘关节摆动气缸70的缸体固定连接肩关节连接件二68，肘关节摆动气缸70的转动轴固定连接肘关节连接件71。

上肢关节3的小臂关节59包括第一变距离摆动部件72、第二变距离摆动部件73和小臂气缸并联机构74，第一变距离摆动部件72和第二变距离摆动部件73互为镜像，通过摆动部件中间连接件87固定连接，第一变距离摆动部件72的支撑连接件80一端和齿形轮81可转动连接，另一端和小臂气缸四83的工作杆固定连接，第一变距离摆动部件72的小臂气缸一75的工作杆通过连接板一78、齿形带79和齿形轮81啮合，第一变距离摆动部件72的小臂气缸五84通过连接板二85、齿形带79和齿形轮81啮合，小臂气缸一75、小臂气缸四83和小臂气缸五84的缸体分别和肘关节连接件71固定连接，摆动部件中间连接件87的端部和末端连接板82可转动连接，小臂气缸并联机构74的小臂气缸二76、小臂气缸三77和小臂气缸六86分别同肘关节连接件71、末端连接板82可转动连接。

一种气动仿人机器人系统主要包括下肢关节1、腰关节2、上肢关节3，并且下肢关节1、上肢关节3的数量分别为2，两个下肢关节1的结构完全一样，两个上肢关节3的结构完全一样，下肢关节1包括髋关节4、膝关节5、踝关节6。

髋关节摆动气缸一8的缸体、转动轴分别与腰关节下面板7、髋关节带轮一9固定连接，髋关节连接轴10两端分别与腰关节下面板7、髋关节连接件一11固定连接，髋关节十字连接件12在X、Y方向与髋关节连接件一11、髋关节连接件二27可转动连接，髋关节带轮二13与髋关节十字连接件12在Y轴负方向固定连接，髋关节带轮一9与髋关节带轮二13之间通过皮带连接。髋关节带轮三14在X轴正方向与髋关节十字连接件12固定连接，髋关节摆动气缸二15的缸体、转动轴分别与髋关节连接件二27、髋关节带轮四16固定连接，髋关节带轮三14与髋关节带轮四16之间通过皮带连接。髋关节摆动气缸一8通过髋关节带轮一9、髋关节带轮二13，髋关节摆动气缸二15通过髋关节带轮四16、髋关节带轮三14实现髋关节绕X、Y的转动。

膝关节摆动气缸一17的缸体、转动轴分别与髋关节连接件二27、膝关节带轮一18固定连接，髋关节连接件二27与膝关节连接板21之间通过膝关节连接轴88固定连接，锥齿轮一19、膝关节带轮二20均与膝关节连接板21可转动连接，锥齿轮二22一端与锥齿轮一19啮合，另一端与丝杠一25固定连接，丝杠一25与膝关节连接板21可转动连接，滑动块一23与导向杆一24、丝杠一25可转动连接，膝关节气缸一26两端分别与滑动块一23、小腿连接件一37可转动连接；膝关节摆动气缸一17通过膝关节带轮一18、膝关节带轮二20、锥齿轮一19、锥齿轮二22、丝杠一25、导向杆一24带动膝关节气缸一26沿Z轴移动，同时膝关节气缸一26自身也可以沿Z轴移动；膝关节带轮三28、膝关节摆动气缸二29、膝关节带轮四30、锥齿轮三31、锥齿轮四32、滑动块二33、导向杆二34、丝杠二35、膝关节气缸二36连接方式与膝关节摆动气缸一17、膝关节带轮一18、锥齿轮一19、膝关节带轮二20、膝关节连接板21、锥齿轮二22、滑动块一23、导向杆一24、丝杠一25、膝关节气缸一26的连接方式一致。

小腿连接件二38、小腿连接件三39、小腿连接件四40与小腿连接件一37固定连接，小腿气缸一41、小腿气缸四44两端分别与小腿连接件三39、脚底板第一段47可转动连接，小腿气缸二42、小腿气缸五45两端分别与小腿连接件四40、脚底板第一段47可转动连接，小腿气缸三43、小腿气缸六46两端分别与小腿连接件二38、脚底板第二段48可转动连接，脚底板第一段47与脚底板第二段48可转动连接。

小腿气缸一41、小腿气缸二42、小腿气缸三43、小腿气缸四44、小腿气缸五45、小腿气缸六46具有驱动脚底板第一段47相对于小腿连接件一37绕X、Y、Z转动，以及脚底板第二段48相对于脚底板第一段47绕X轴转动。

腰关节气缸一49、腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸四52、腰关节气缸五53、腰关节气缸六54两端分别与腰关节下面板7、腰关节上面板55可转动连接，其中腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸五53在内侧，并且在腰关节下面板7与腰关节上面板55的连接点在圆周上均匀分布相差30度；腰关节气缸一49、腰关节气缸四52、腰关节气缸六54在外侧，并且在腰关节下面板7与腰关节上面板55的连接点在圆周上均匀分布相差30度，同时与腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸五53相差30度。腰关节气缸一49、腰关节气缸二50、腰关节气缸三51、腰关节气缸四52、腰关节气缸五53、腰关节气缸六54驱动上肢关节3相对于下肢关节1具有X、Y、Z方向的移动和绕X、Y、Z方向的转动。

上肢关节3包括肩关节57、肘关节58、小臂关节59。胸部连接件56与腰关节上面板55固定连接。肩关节摆动气缸一60的缸体、转动轴分别与胸部连接件56、肩关节带轮三66固定连接，肩关节连接轴61两端分别与胸部连接件56、肩关节连接件一62固定连接，肩关节十字连接件69在Y、Z方向与肩关节连接件一62、肩关节连接件二68可转动连接，肩关节带轮四67在Y轴正方向与肩关节十字连接件69固定连接，肩关节带轮三66、肩关节带轮四67之间通过皮带连接；肩关节带轮一63在Z轴正方向与肩关节十字连接件69固定连接，肩关节摆动气缸二65的缸体、转动轴分别与肩关节连接件二68、肩关节带轮二64固定连接，肩关节带轮一63、肩关节带轮二64之间通过皮带连接。肩关节摆动气缸一60通过肩关节带轮三66、肩关节带轮四67，肩关节摆动气缸二65通过肩关节带轮二64、肩关节带轮一63带动肩关节绕Y、Z方向的转动。

肘关节摆动气缸70的缸体、转动轴分别与肩关节连接件二68、肘关节连接件71固定连接，肘关节摆动气缸70带动肘关节绕X轴转动。

小臂关节59包括第一变距离摆动部件72、第二变距离摆动部件73、小臂气缸并联机构74；第一变距离摆动部件72与第二变距离摆动部件73之间通过摆动部件中间连接件87固定连接。支撑连接件80一端分别与齿形轮81可转动连接，另一端与小臂气缸四83的杆固定连接；小臂气缸一75的杆通过连接板一78、齿形带79与齿形轮81啮合，小臂气缸五84通过连接板二85、齿形带79与齿形轮81啮合，小臂气缸一75、小臂气缸四83、小臂气缸五84的缸体与肘关节连接件71固定连接，第二变距离摆动部件73与第一变距离摆动部件72结构一致；摆动部件中间连接件87在与第一变距离摆动部件72、第二变距离摆动部件73固定连接的同时，与末端连接板82可转动连接；小臂气缸二76、小臂气缸三77、小臂气缸六86两端分别与肘关节连接件71、末端连接板82可转动连接。小臂气缸一75、小臂气缸五84作为一组拮抗肌驱动齿形轮81转动，小臂气缸四83用于调节齿形轮81的位置，第一变距离摆动部件72与第二变距离摆动部件73工作原理一致，最终一起通过摆动部件中间连接件87驱动末端连接板82在X轴的移动和绕Y轴的转动，小臂气缸二76、小臂气缸三77、小臂气缸六86与第一变距离摆动部件72、第二变距离摆动部件73一起驱动末端连接板82绕XYZ的转动和X方向的移动运动。

本发明，通过控制各直线气缸和摆动气缸，实现仿人机器人位姿的控制，可以动态形象的模拟人的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气缸仿人机器人无法比拟的优势。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种气动仿人机器人系统，其特征在于，包括：

腰关节(2)，所述腰关节(2)的下方互为镜像设置两组下肢关节(1)，上方两侧分别设置上肢关节(3)，所述下肢关节(1)从上到下依次为髋关节(4)、膝关节(5)和踝关节(6)；

所述髋关节(4)的髋关节摆动气缸一(8)的缸体固定在腰关节下面板(7)上，所述髋关节摆动气缸一(8)的转动轴固定在髋关节带轮一(9)上，所述髋关节(4)的髋关节连接轴(10)两端分别同腰关节下面板(7)和髋关节连接件一(11)固定连接，所述髋关节连接件一(11)可转动连接髋关节十字连接件(12)，所述髋关节十字连接件(12)可转动连接髋关节连接件二(27)，所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮二(13)固定连接，所述髋关节带轮一(9)和髋关节带轮二(13)通过皮带连接；

所述髋关节十字连接件(12)和髋关节带轮三(14)固定连接，所述髋关节摆动气缸二(15)的缸体和髋关节连接件二(27)固定，转动轴和髋关节带轮四(16)固定连接，所述髋关节带轮三(14)和髋关节带轮四(16)通过皮带连接；

所述髋关节连接件二(27)的下方固定膝关节摆动气缸一(17)的缸体，所述膝关节摆动气缸一(17)的转动轴和膝关节带轮一(18)固定连接，所述髋关节连接件二(27)和膝关节连接板(21)通过膝关节连接轴(88)固定连接，所述膝关节连接板(21)上可转动连接锥齿轮一(19)和膝关节带轮二(20)，所述锥齿轮一(19)和锥齿轮二(22)啮合，所述锥齿轮二(22)和丝杠一(25)固定，所述丝杠一(25)和膝关节连接板(21)可转动连接，所述丝杠一(25)、滑动块一(23)和导向杆一(24)可转动连接，所述滑动块一(23)可转动连接膝关节气缸一(26)，所述膝关节气缸一(26)可转动连接小腿连接件一(37)；

所述膝关节摆动气缸一(17)、膝关节带轮一(18)、锥齿轮一(19)、膝关节带轮二(20)、膝关节连接板(21)、锥齿轮二(22)、滑动块一(23)、导向杆一(24)、丝杠一(25)和膝关节气缸一(26)分别同膝关节带轮三(28)、膝关节摆动气缸二(29)、膝关节带轮四(30)、锥齿轮三(31)、锥齿轮四(32)、滑动块二(33)、导向杆二(34)、丝杠二(35)和膝关节气缸二(36)互为镜像设置；

所述上肢关节(3)包括肩关节(57)、肘关节(58)和小臂关节(59)，所述腰关节(2)的胸部连接件(56)固定连接肩关节摆动气缸一(60)的缸体，所述肩关节摆动气缸一(60)的转动轴固定连接肩关节带轮三(66)，胸部连接件(56)通过肩关节连接轴(61)连接肩关节连接件一(62)，所述肩关节连接件一(62)可转动连接肩关节十字连接件(69)，所述肩关节十字连接件(69)可转动连接肩关节连接件二(68)，并固定连接肩关节带轮四(67)，所述肩关节带轮三(66)和肩关节带轮四(67)通过皮带连接，所述肩关节十字连接件(69)和肩关节带轮一(63)固定连接，所述肩关节连接件二(68)上固定肩关节摆动气缸二(65)的缸体，所述肩关节摆动气缸二(65)的转动轴固定在肩关节带轮二(64)上，所述肩关节带轮一(63)和肩关节带轮二(64)通过皮带连接；

所述上肢关节(3)的肘关节(58)的肘关节摆动气缸(70)的缸体固定连接肩关节连接件二(68)，所述肘关节摆动气缸(70)的转动轴固定连接肘关节连接件(71)；

所述上肢关节(3)的小臂关节(59)包括第一变距离摆动部件(72)、第二变距离摆动部件(73)和小臂气缸并联机构(74)，所述第一变距离摆动部件(72)和第二变距离摆动部件(73)互为镜像，通过摆动部件中间连接件(87)固定连接，所述第一变距离摆动部件(72)的支撑连接件(80)一端和齿形轮(81)可转动连接，另一端和小臂气缸四(83)的工作杆固定连接，所述第一变距离摆动部件(72)的小臂气缸一(75)的工作杆通过连接板一(78)、齿形带(79)和齿形轮(81)啮合，所述第一变距离摆动部件(72)的小臂气缸五(84)通过连接板二(85)、齿形带(79)和齿形轮(81)啮合，所述小臂气缸一(75)、小臂气缸四(83)和小臂气缸五(84)的缸体分别和肘关节连接件(71)固定连接，所述摆动部件中间连接件(87)的端部和末端连接板(82)可转动连接，所述小臂气缸并联机构(74)的小臂气缸二(76)、小臂气缸三(77)和小臂气缸六(86)分别同肘关节连接件(71)、末端连接板(82)可转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述踝关节(6)的小腿连接件二(38)、小腿连接件三(39)和小腿连接件四(40)与小腿连接件一(37)固定连接，所述小腿连接件三(39)可转动连接小腿气缸一(41)和小腿气缸四(44)，所述小腿气缸一(41)和小腿气缸四(44)可转动连接脚底板第一段(47)，所述脚底板第一段(47)可转动连接小腿气缸二(42)和小腿气缸五(45)，所述小腿气缸二(42)和小腿气缸五(45)可转动连接小腿连接件四(40)，所述小腿连接件二(38)可转动连接小腿气缸三(43)和小腿气缸六(46)，所述小腿气缸三(43)和小腿气缸六(46)可转动连接脚底板第二段(48)，所述脚底板第一段(47)和脚底板第二段(48)可转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述腰关节(2)的胸部连接件(56)固定在腰关节上面板(55)上，所述腰关节上面板(55)和腰关节下面板(7)之间分别可转动连接腰关节气缸一(49)、腰关节气缸二(50)、腰关节气缸三(51)、腰关节气缸四(52)、腰关节气缸五(53)和腰关节气缸六(54)，所述腰关节气缸二(50)、腰关节气缸三(51)和腰关节气缸五(53)在内侧，所述腰关节气缸一(49)、腰关节气缸四(52)和腰关节气缸六(54)在外侧。

4.根据权利要求3所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述腰关节气缸二(50)、腰关节气缸三(51)和腰关节气缸五(53)在腰关节下面板(7)与腰关节上面板(55)的连接点在圆周上均匀分布相差30度，所述腰关节气缸一(49)、腰关节气缸四(52)和腰关节气缸六(54)在腰关节下面板(7)与腰关节上面板(55)的连接点在圆周上均匀分布相差30度，同时与腰关节气缸二(50)、腰关节气缸三(51)和腰关节气缸五(53)相差30度。

5.根据权利要求3所述的一种气动仿人机器人系统，其特征在于，所述胸部连接件(56)为镂空件，类倒三角形。

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