CN111546326B - 一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，以气缸和气动肌肉驱动人的肩关节、肘关节、腕关节、手指、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、脚趾的运动，具有完全模拟人运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、气动肌肉、锥齿轮、椎骨以及连接板组成。多个直线气缸驱动肩关节运动，摆动气缸与锥齿轮结合驱动肘关节，气动肌肉驱动腕关节和手指；多根气动肌肉驱动腰关节和椎骨；摆动气缸与平行四边形结构结合驱动下肢运动。肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、分别具有6、1、2、1、1、2个自由度。本发明专利以气缸和气动肌肉驱动，具有结构紧凑、防爆性能好、自由度多、刚柔结合的特点，可用于教学和演示。

Description

一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统

技术领域

本发明涉及仿生机器人技术领域，特别是一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。

背景技术

机器人是一种能够把人类从繁重的工作中解放出来的装置、涉及到机械、电气、通信、控制等方面的知识；仿型机器人作为机器人的一个研究方向，具有外形与人相似、功能相似的效果。清洁的空气作为一种介质，具有较好的防爆型，并且具有取之不尽、用之不完的优点。气缸和气动肌肉作为两个元件，各自有自身的特点，如果能够组合使用，将避免各自的缺点。

中国专利CN107717961B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。

中国专利CN110682305A公开了一种仿人型机器人系统，腰关节装置的两侧分别设置上肢装置，下端两侧分别设置下肢装置，以气缸、气动肌肉和弹簧组合体驱动仿人机器人的上肢装置、腰关节装置、下肢装置的运动，具有完全模拟人的关节运动的功能。由气缸、带轮、连接件、气动肌肉和弹簧组合体、连接板、气爪等组成。摆动气缸之间结合，摆动气缸与带传动结合，气爪驱动上肢系统，气动肌肉和弹簧组合体和直线气缸驱动腰关节系统，直线气缸、直线气缸与杆结构结合驱动下肢系统。单上肢系统、腰关节系统、单下肢系统分别具有5、7、12个自由度，整个机器人共计41个自由度。

中国CN110561457A公开了基于气缸的仿人机器人系统，上肢关节装置的腰部第一连接件的两端分别可转动连接肱骨支架，肱骨支架依次连接大臂连接件，万向节和小臂连接件；腰关节装置的腰部第一摆动气缸两端设置在腰部第一连接件上，腰部第一摆动气缸固定在腰部第二连接件上，腰部第二连接件固定在腰部第二摆动气缸的转动轴上，腰部第二摆动气缸的缸体固定在腰部第三连接件上，腰部第三连接件的两侧分别可转动连接至少四个腰部气缸。

但是上述机器人仅仅从气缸的角度设计机器人，并没有考虑柔顺性、肌群组合、单根驱动支链的刚柔组合、单关节与多关节混联组合驱动等问题。需要一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合的基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统。

一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，包括：

胸关节,所述胸关节两侧互为镜像的设置两组上肢关节，下方固定在腰关节上，所述腰关节的下方互为镜像的设置下肢关节，所述下肢关节分别为左下肢和右下肢；

所述胸关节的胸关节固定板两侧互为镜像的设置直线气缸一、直线气缸二、直线气缸三、直线气缸四、直线气缸五、直线气缸六、直线气缸七和直线气缸八，所述直线气缸二、直线气缸三一端可转动连接到胸关节固定板的上侧，另一端可转动连接到肩关节板，所述直线气缸五、直线气缸七一端可转动连接到胸关节固定板的下侧，另一端可转动连接到肩关节板，所述直线气缸一、直线气缸四、直线气缸六、直线气缸八一端可转动连接到胸关节固定板的中部，另一端可转动连接到肩关节板，所述肩关节板上一侧设置摆动气缸一，另一侧固定肘关节板一和肘关节板二，所述摆动气缸一的工作杆连接锥齿轮二，所述锥齿轮二分别啮合锥齿轮一和锥齿轮三，所述锥齿轮一可转动连接到肘关节板一，所述锥齿轮三可转动连接到肘关节板二；

所述胸关节固定板和腰关节的腰关节顶板固定连接，所述腰关节顶板依次可转动连接椎骨四、椎骨五、椎骨六、椎骨一、椎骨二、椎骨三和腰关节底板，所述腰关节底板和腰关节顶板之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七、腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十三和腰关节气动肌肉十四，所述腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五从右向左倾斜，所述腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七同侧，所述腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十三从左向右倾斜，所述腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十四同侧；

所述腰关节底板上方两侧分别固定摆动气缸二的缸体，所述摆动气缸二的工作杆分别固定左下肢的髋关节固定件和右下肢的髋关节固定件，所述髋关节固定件分别铰接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四分别铰接膝关节固定件，所述膝关节固定件分别铰接小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四，所述小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四分别铰接踝关节固定件，所述踝关节固定件通过摆动气缸三连接脚，所述小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四、大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四分别由摆动气缸驱动；

所述锥齿轮一和锥齿轮三分别固定连接肘关节板三，所述肘关节板三固定连接小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三、小臂气动肌肉四，所述小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三、小臂气动肌肉四分别可转动连接到腕关节固定板；

所述肘关节板三分别固定连接手指气动肌肉一、手指气动肌肉二、手指气动肌肉三、手指气动肌肉四、手指气动肌肉五、手指气动肌肉六、手指气动肌肉七、手指气动肌肉八，所述手指气动肌肉一和手指气动肌肉二连接手指一，所述手指气动肌肉三和手指气动肌肉四连接手指二，所述手指气动肌肉七和手指气动肌肉八连接手指三，所述手指气动肌肉五和手指气动肌肉六连接手指四；

计算机，所述计算机分别控制胸关节控制系统、上肢关节控制系统、腰关节控制系统和下肢关节控制系统。

所述胸关节固定板截面为工字型。

所述肘关节板一和肘关节板二分别垂直于肩关节板。

所述腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七、腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十四长度大小相同，所述腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五、腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十三长度大小相同。

所述髋关节固定件、膝关节固定件、踝关节固定件内分别固定摆动气缸的缸体，所述髋关节固定件内的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述膝关节固定件内上部的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一、大腿连接板二、大腿连接板三、大腿连接板四，所述膝关节固定件内下部的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四，所述踝关节固定件内的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一、小腿连接板二、小腿连接板三、小腿连接板四。

所述肘关节板三为U形。

所述手指一、手指二、手指三和手指四的结构相同，手指一的手指第一段和手指第二段通过连接板一、连接板二可转动连接，所述手指第一段由手指板五、手指板六、手指板三、手指板四组成，所述手指第二段由手指板七、手指板八、手指板一、手指板二组成，所述手指第二段固定在腕关节固定板上，所述手指第二段内可转动连接传动轮一，所述手指第一段内可转动连接传动轮二，所述传动轮一和传动轮二上设置绳子，所述手指一的绳子连接手指气动肌肉一和手指气动肌肉二，所述手指二的绳子连接手指气动肌肉三和手指气动肌肉四所述手指三的绳子连接手指气动肌肉七和手指气动肌肉八，所述手指四的绳子连接手指气动肌肉五和手指气动肌肉六。

所述胸关节控制系统包括直线气缸一、直线气缸二、直线气缸三、直线气缸四、摆动气缸一、直线气缸五、直线气缸六、直线气缸七和直线气缸八；

所述上肢关节控制系统包括小臂气动肌肉一、小臂气动肌肉二、小臂气动肌肉三、小臂气动肌肉四、手指气动肌肉一、手指气动肌肉二、手指气动肌肉三、手指气动肌肉四、手指气动肌肉五、手指气动肌肉六、手指气动肌肉七、手指气动肌肉八；

所述腰关节控制系统包括腰关节气动肌肉一、腰关节气动肌肉二、腰关节气动肌肉三、腰关节气动肌肉四、腰关节气动肌肉五、腰关节气动肌肉六、腰关节气动肌肉七、腰关节气动肌肉八、腰关节气动肌肉九、腰关节气动肌肉十、腰关节气动肌肉十一、腰关节气动肌肉十二、腰关节气动肌肉十三和腰关节气动肌肉十四；

所述下肢关节控制系统包括髋关节固定件、膝关节固定件、踝关节固定件内的摆动气缸和摆动气缸三。

本发明结构紧凑、干净防爆、自由度多、刚柔结合。以气缸和气动肌肉驱动人的肩关节、肘关节、腕关节、手指、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、脚趾的运动，具有完全模拟人运动的功能。由直线气缸、摆动气缸、气动肌肉、锥齿轮、椎骨以及连接板组成。多个直线气缸驱动肩关节运动，摆动气缸与锥齿轮结合驱动肘关节，气动肌肉驱动腕关节和手指；多根气动肌肉驱动腰关节和椎骨；摆动气缸与平行四边形结构结合驱动下肢运动。肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、分别具有6、1、2、1、1、2个自由度，可以形象地模拟人可以实现的各种动作。本发明专利以气缸和气动肌肉驱动，具有结构紧凑、防爆性能好、自由度多、刚柔结合的特点，可用于教学和演示。

本发明的有益效果是：

1、利用多个气缸驱动关节，可以同时实现关节多个方向的运动；

2、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、利用摆动气缸结合平行四边形结构，保证了下肢关节的刚度；

4、气动肌肉同时驱动腕关节和手指关节，以肌群的形式驱动关节，保证了关节刚度的精确调整；

5、肩关节、肘关节、腕关节、腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、分别具有6、1、2、1、1、2个自由度，可以形象地模拟人可以实现的各种动作，有助于了解人体结构和人体每个气缸和每根肌肉在人体运动中的作用。

附图说明

图1是本发明整体机械结构图；

图2是本发明胸部关节机械结构图；

图3是本发明腰部机械结构图；

图4是本发明双下肢机械结构图；

图5是本发明单下肢机械结构图；

图6是本发明踝关节机械结构图；

图7是本发明小臂机械结构图；

图8是本发明手指整体机械结构图；

图9是本发明单个手指整体机械结构图；

图10是本发明单个手指传动机械结构图；

图11是本发明控制系统框图；

图中：1、胸关节，2、上肢关节，3、腰关节，4、下肢关节，4-1、左下肢，4-2、右下肢，5、胸关节固定板，6、直线气缸一，7、直线气缸二，8、直线气缸三，9、直线气缸四，10、摆动气缸一，11、肘关节板一，12、锥齿轮一，13、锥齿轮二，14、锥齿轮三，15、肘关节板二，16、肩关节板，17、直线气缸五，18、直线气缸六，19、直线气缸七，20、直线气缸八，21、腰关节气动肌肉一，22、腰关节气动肌肉二，23、腰关节气动肌肉三，24、腰关节气动肌肉四，25、腰关节气动肌肉五，26、腰关节气动肌肉六，27、腰关节气动肌肉七，28、椎骨一，29、椎骨二，30、椎骨三，31、腰关节底板，32、腰关节顶板，33、椎骨四，34、椎骨五，35、椎骨六，36、腰关节气动肌肉八，37、腰关节气动肌肉九，38、腰关节气动肌肉十，39、腰关节气动肌肉十一，40、腰关节气动肌肉十二，41、腰关节气动肌肉十三，42、腰关节气动肌肉十四，43、摆动气缸二，44、髋关节固定件，45、大腿连接板一，46、大腿连接板二，47、膝关节固定件，48、小腿连接板一，49、小腿连接板二，50、踝关节固定件，51、脚，52、大腿连接板三，53、大腿连接板四，54、小腿连接板三，55、小腿连接板四，56、摆动气缸三，57、肘关节板三，58、小臂气动肌肉一，59、小臂气动肌肉二，60、小臂气动肌肉三，61、小臂气动肌肉四，62、腕关节固定板，63、手指气动肌肉一，64、手指气动肌肉二，65、手指气动肌肉三，66、手指气动肌肉四，67、手指一，68、手指二，69、手指气动肌肉五，70、手指气动肌肉六，71、手指气动肌肉七，72、手指气动肌肉八，73、手指三，74、手指四，75、手指第一段，76、连接板一，77、手指第二段，78、连接板二，79、手指板五，80、手指板六，81、手指板七，82、手指板八，83、传动轮一，84、手指板一，85、手指板二，86、传动轮二，87、手指板三，88、手指板四，89、计算机，90、胸关节控制系统，91、上肢关节控制系统，92、腰关节控制系统，93、下肢关节控制系统。

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。

一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，包括：胸关节1,胸关节1两侧互为镜像的设置两组上肢关节2，下方固定在腰关节3上，腰关节3的下方互为镜像的设置下肢关节4，下肢关节4分别为左下肢4-1和右下肢4-2；胸关节1的胸关节固定板5两侧互为镜像的设置直线气缸一6、直线气缸二7、直线气缸三8、直线气缸四9、直线气缸五17、直线气缸六18、直线气缸七19和直线气缸八20，直线气缸二7、直线气缸三8一端可转动连接到胸关节固定板5的上侧，另一端可转动连接到肩关节板16，直线气缸五17、直线气缸七19一端可转动连接到胸关节固定板5的下侧，另一端可转动连接到肩关节板16，直线气缸一6、直线气缸四9、直线气缸六18、直线气缸八20一端可转动连接到胸关节固定板5的中部，另一端可转动连接到肩关节板16，肩关节板16上一侧设置摆动气缸一10，另一侧固定肘关节板一11和肘关节板二15，摆动气缸一10的工作杆连接锥齿轮二13，锥齿轮二13分别啮合锥齿轮一12和锥齿轮三14，锥齿轮一12可转动连接到肘关节板一11，锥齿轮三14可转动连接到肘关节板二15；胸关节固定板5和腰关节3的腰关节顶板32固定连接，腰关节顶板32依次可转动连接椎骨四33、椎骨五34、椎骨六35、椎骨一28、椎骨二29、椎骨三30和腰关节底板31，腰关节底板31和腰关节顶板32之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一21、腰关节气动肌肉二22、腰关节气动肌肉三23、腰关节气动肌肉四24、腰关节气动肌肉五25、腰关节气动肌肉六26、腰关节气动肌肉七27、腰关节气动肌肉八36、腰关节气动肌肉九37、腰关节气动肌肉十38、腰关节气动肌肉十一39、腰关节气动肌肉十二40、腰关节气动肌肉十三41和腰关节气动肌肉十四42，腰关节气动肌肉四24、腰关节气动肌肉五25从右向左倾斜，腰关节气动肌肉一21、腰关节气动肌肉二22、腰关节气动肌肉三23、腰关节气动肌肉六26、腰关节气动肌肉七27同侧，腰关节气动肌肉九37、腰关节气动肌肉十三41从左向右倾斜，腰关节气动肌肉八36、腰关节气动肌肉十38、腰关节气动肌肉十一39、腰关节气动肌肉十二40、腰关节气动肌肉十四42同侧；腰关节底板31上方两侧分别固定摆动气缸二43的缸体，摆动气缸二43的工作杆分别固定左下肢4-1的髋关节固定件44和右下肢4-2的髋关节固定件44，髋关节固定件44分别铰接大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53，大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53分别铰接膝关节固定件47，膝关节固定件47分别铰接小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55，小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55分别铰接踝关节固定件50，踝关节固定件50通过摆动气缸三56连接脚51，小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55、大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53分别由摆动气缸驱动；锥齿轮一12和锥齿轮三14分别固定连接肘关节板三57，肘关节板三57固定连接小臂气动肌肉一58、小臂气动肌肉二59、小臂气动肌肉三60、小臂气动肌肉四61，小臂气动肌肉一58、小臂气动肌肉二59、小臂气动肌肉三60、小臂气动肌肉四61分别可转动连接到腕关节固定板62；肘关节板三57分别固定连接手指气动肌肉一63、手指气动肌肉二64、手指气动肌肉三65、手指气动肌肉四66、手指气动肌肉五69、手指气动肌肉六70、手指气动肌肉七71、手指气动肌肉八72，手指气动肌肉一63和手指气动肌肉二64连接手指一67，手指气动肌肉三65和手指气动肌肉四66连接手指二68，手指气动肌肉七71和手指气动肌肉八72连接手指三73，手指气动肌肉五69和手指气动肌肉六70连接手指四74；计算机89，计算机89分别控制胸关节控制系统90、上肢关节控制系统91、腰关节控制系统92和下肢关节控制系统93。

胸关节固定板5截面为工字型。肘关节板一11和肘关节板二15分别垂直于肩关节板16。腰关节气动肌肉一21、腰关节气动肌肉二22、腰关节气动肌肉三23、腰关节气动肌肉六26、腰关节气动肌肉七27、腰关节气动肌肉八36、腰关节气动肌肉十38、腰关节气动肌肉十一39、腰关节气动肌肉十二40、腰关节气动肌肉十四42长度大小相同，腰关节气动肌肉四24、腰关节气动肌肉五25、腰关节气动肌肉九37、腰关节气动肌肉十三41长度大小相同。髋关节固定件44、膝关节固定件47、踝关节固定件50内分别固定摆动气缸的缸体，髋关节固定件44内的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53，膝关节固定件47内上部的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53，膝关节固定件47内下部的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55，踝关节固定件50内的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55。肘关节板三57为U形。手指一67、手指二68、手指三73和手指四74的结构相同，手指一67的手指第一段75和手指第二段77通过连接板一76、连接板二78可转动连接，手指第一段75由手指板五79、手指板六80、手指板三87、手指板四88组成，手指第二段77由手指板七81、手指板八82、手指板一84、手指板二85组成，手指第二段77固定在腕关节固定板62上，手指第二段77内可转动连接传动轮一83，手指第一段75内可转动连接传动轮二86，传动轮一83和传动轮二86上设置绳子，手指一67的绳子连接手指气动肌肉一63和手指气动肌肉二64，手指二68的绳子连接手指气动肌肉三65和手指气动肌肉四66，手指三73的绳子连接手指气动肌肉七71和手指气动肌肉八72，手指四74的绳子连接手指气动肌肉五69和手指气动肌肉六70。

胸关节控制系统90包括直线气缸一6、直线气缸二7、直线气缸三8、直线气缸四9、摆动气缸一10、直线气缸五17、直线气缸六18、直线气缸七19和直线气缸八20；上肢关节控制系统91包括小臂气动肌肉一58、小臂气动肌肉二59、小臂气动肌肉三60、小臂气动肌肉四61、手指气动肌肉一63、手指气动肌肉二64、手指气动肌肉三65、手指气动肌肉四66、手指气动肌肉五69、手指气动肌肉六70、手指气动肌肉七71、手指气动肌肉八72；腰关节控制系统92包括腰关节气动肌肉一21、腰关节气动肌肉二22、腰关节气动肌肉三23、腰关节气动肌肉四24、腰关节气动肌肉五25、腰关节气动肌肉六26、腰关节气动肌肉七27、腰关节气动肌肉八36、腰关节气动肌肉九37、腰关节气动肌肉十38、腰关节气动肌肉十一39、腰关节气动肌肉十二40、腰关节气动肌肉十三41和腰关节气动肌肉十四42；下肢关节控制系统93包括髋关节固定件44、膝关节固定件47、踝关节固定件50内的摆动气缸和摆动气缸三56。

直线气缸一6、直线气缸二7、直线气缸三8、直线气缸四9、直线气缸五17、直线气缸六18、直线气缸七19、直线气缸八20两端分别与胸关节固定板5、肩关节板16可转动连接，其中直线气缸二7、直线气缸三8与胸关节固定板5的上底面可转动连接，直线气缸五17、直线气缸七19与胸关节固定板5的下底面可转动连接，直线气缸一6、直线气缸四9、直线气缸六18、直线气缸八20与胸关节固定板5的侧面可转动连接，驱动肩关节板16绕X、Y、Z轴的转动和沿X、Y、Z轴方向的移动。肘关节板一11、肘关节板二15与肩关节板16固定连接，摆动气缸一10的缸体、转动轴分别与肩关节板16、锥齿轮二13固定连接，锥齿轮二13与锥齿轮一12、锥齿轮三14相啮合，锥齿轮一12、锥齿轮三14分别与肘关节板一11、肘关节板二15可转动连接，与肘关节板三57固定连接。胸关节固定板5为工字型。

腰关节顶板32、椎骨四33、椎骨五34、椎骨六35、椎骨一28、椎骨二29、椎骨三30、腰关节底板31依次可转动连接。腰关节气动肌肉一21、腰关节气动肌肉二22、腰关节气动肌肉三23、腰关节气动肌肉六26、腰关节气动肌肉七27上下两端在左侧分别与腰关节顶板32、腰关节底板31可转动连接，腰关节气动肌肉八36、腰关节气动肌肉十38、腰关节气动肌肉十一39、腰关节气动肌肉十二40、腰关节气动肌肉十四42上下两端在右侧分别与腰关节顶板32、腰关节底板31可转动连接，腰关节气动肌肉四24、腰关节气动肌肉五25、腰关节气动肌肉九37、腰关节气动肌肉十三41上下两端左右交叉分别与腰关节顶板32、腰关节底板31可转动连接，一起驱动腰关节顶板32、椎骨四33、椎骨五34、椎骨六35、椎骨一28、椎骨二29、椎骨三30绕X、Y、Z轴的转动。

摆动气缸二43的缸体、转动轴分别与腰关节底板31、髋关节固定件44固定连接。大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53两端分别与髋关节固定件44、膝关节固定件47可转动连接；小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55两端分别与膝关节固定件47、踝关节固定件50可转动连接；可转动连接均是通过摆动气缸驱动实现，摆动气缸的缸体与髋关节固定件44、膝关节固定件47、踝关节固定件50固定连接，摆动气缸的转动轴分别与大腿连接板一45、大腿连接板二46、大腿连接板三52、大腿连接板四53、小腿连接板一48、小腿连接板二49、小腿连接板三54、小腿连接板四55固定连接。踝关节固定件50与脚51之间通过摆动气缸三56可转动连接，其中摆动气缸三56的缸体、转动轴与踝关节固定件50、脚51固定连接。摆动气缸二43、摆动气缸三56驱动关节绕Z轴转动，其他摆动气缸驱动关节绕X轴转动。

锥齿轮一12、锥齿轮三14与肘关节板三57固定连接，小臂气动肌肉一58、小臂气动肌肉二59、小臂气动肌肉三60、小臂气动肌肉四61一端与肘关节板三57固定连接，另一端与腕关节固定板62可转动连接，驱动腕关节固定板62绕X、Y轴转动。

手指气动肌肉一63与手指气动肌肉二64、手指气动肌肉三65与手指气动肌肉四66、手指气动肌肉五69与手指气动肌肉六70、手指气动肌肉七71与手指气动肌肉八72分别组成一组拮抗肌分别驱动手指一67、手指二68、手指四74、手指三73弯曲。

手指一67、手指二68、手指四74、手指三73结构完全一致，均由手指第一段75、手指第二段77两段组成，两端之间通过连接板一76、连接板二78连接。手指第一段75由手指板五79、手指板六80、手指板一84、手指板二85组成，手指第二段77由手指板七81、手指板八82、手指板三87、手指板四88组成。传动轮二86与手指第一段75可转动连接，传动轮一83与手指第二段77可转动连接。传动轮二86一个槽与拮抗肌之间通过绳索相连，另一个槽通过绳子与传动轮一83相连，最终拮抗肌驱动手指一67、手指二68、手指四74、手指三73弯曲。手指板八82、手指板三87与腕关节固定板62固定连接。

计算机89同时与胸关节控制系统90、上肢关节控制系统91、腰关节控制系统92、下肢关节控制系统93组成主从机，分别控制胸关节1、上肢关节2、腰关节3、下肢关节4。

本发明，通过控制各关节的直线气缸、摆动气缸、气动肌肉，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 (8)

1.一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，包括：

胸关节(1),所述胸关节(1)两侧互为镜像的设置两组上肢关节(2)，下方固定在腰关节(3)上，所述腰关节(3)的下方互为镜像的设置下肢关节(4)，所述下肢关节(4)分别为左下肢(4-1)和右下肢(4-2)；

所述胸关节(1)的胸关节固定板(5)两侧互为镜像的设置直线气缸一(6)、直线气缸二(7)、直线气缸三(8)、直线气缸四(9)、直线气缸五(17)、直线气缸六(18)、直线气缸七(19)和直线气缸八(20)，所述直线气缸二(7)、直线气缸三(8)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的上侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸五(17)、直线气缸七(19)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的下侧，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述直线气缸一(6)、直线气缸四(9)、直线气缸六(18)、直线气缸八(20)一端可转动连接到胸关节固定板(5)的中部，另一端可转动连接到肩关节板(16)，所述肩关节板(16)上一侧设置摆动气缸一(10)，另一侧固定肘关节板一(11)和肘关节板二(15)，所述摆动气缸一(10)的工作杆连接锥齿轮二(13)，所述锥齿轮二(13)分别啮合锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)，所述锥齿轮一(12)可转动连接到肘关节板一(11)，所述锥齿轮三(14)可转动连接到肘关节板二(15)；

所述胸关节固定板(5)和腰关节(3)的腰关节顶板(32)固定连接，所述腰关节顶板(32)依次可转动连接椎骨四(33)、椎骨五(34)、椎骨六(35)、椎骨一(28)、椎骨二(29)、椎骨三(30)和腰关节底板(31)，所述腰关节底板(31)和腰关节顶板(32)之间分别可转动连接腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)、腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十三(41)和腰关节气动肌肉十四(42)，所述腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)从右向左倾斜，所述腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)同侧，所述腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十三(41)从左向右倾斜，所述腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十四(42)同侧；

所述腰关节底板(31)上方两侧分别固定摆动气缸二(43)的缸体，所述摆动气缸二(43)的工作杆分别固定左下肢(4-1)的髋关节固定件(44)和右下肢(4-2)的髋关节固定件(44)，所述髋关节固定件(44)分别铰接大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)，所述大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别铰接膝关节固定件(47)，所述膝关节固定件(47)分别铰接小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)分别铰接踝关节固定件(50)，所述踝关节固定件(50)通过摆动气缸三(56)连接脚(51)，所述小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)、大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)分别由摆动气缸驱动；

所述锥齿轮一(12)和锥齿轮三(14)分别固定连接肘关节板三(57)，所述肘关节板三(57)固定连接小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)，所述小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)分别可转动连接到腕关节固定板(62)；

所述肘关节板三(57)分别固定连接手指气动肌肉一(63)、手指气动肌肉二(64)、手指气动肌肉三(65)、手指气动肌肉四(66)、手指气动肌肉五(69)、手指气动肌肉六(70)、手指气动肌肉七(71)、手指气动肌肉八(72)，所述手指气动肌肉一(63)和手指气动肌肉二(64)连接手指一(67)，所述手指气动肌肉三(65)和手指气动肌肉四(66)连接手指二(68)，所述手指气动肌肉七(71)和手指气动肌肉八(72)连接手指三(73)，所述手指气动肌肉五(69)和手指气动肌肉六(70)连接手指四(74)；

计算机(89)，所述计算机(89)分别控制胸关节控制系统(90)、上肢关节控制系统(91)、腰关节控制系统(92)和下肢关节控制系统(93)。

2.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述胸关节固定板(5)截面为工字型。

3.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述肘关节板一(11)和肘关节板二(15)分别垂直于肩关节板(16)。

4.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)、腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十四(42)长度大小相同，所述腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)、腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十三(41)长度大小相同。

5.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述髋关节固定件(44)、膝关节固定件(47)、踝关节固定件(50)内分别固定摆动气缸的缸体，所述髋关节固定件(44)内的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)，所述膝关节固定件(47)内上部的摆动气缸工作杆连接大腿连接板一(45)、大腿连接板二(46)、大腿连接板三(52)、大腿连接板四(53)，所述膝关节固定件(47)内下部的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)，所述踝关节固定件(50)内的摆动气缸工作杆连接小腿连接板一(48)、小腿连接板二(49)、小腿连接板三(54)、小腿连接板四(55)。

6.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述肘关节板三(57)为U形。

7.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述手指一(67)、手指二(68)、手指三(73)和手指四(74)的结构相同，手指一(67)的手指第一段(75)和手指第二段(77)通过连接板一(76)、连接板二(78)可转动连接，所述手指第一段(75)由手指板五(79)、手指板六(80)、手指板三(87)、手指板四(88)组成，所述手指第二段(77)由手指板七(81)、手指板八(82)、手指板一(84)、手指板二(85)组成，所述手指第二段(77)固定在腕关节固定板(62)上，所述手指第二段(77)内可转动连接传动轮一(83)，所述手指第一段(75)内可转动连接传动轮二(86)，所述传动轮一(83)和传动轮二(86)上设置绳子，所述手指一(67)的绳子连接手指气动肌肉一(63)和手指气动肌肉二(64)，所述手指二(68)的绳子连接手指气动肌肉三(65)和手指气动肌肉四(66)所述手指三(73)的绳子连接手指气动肌肉七(71)和手指气动肌肉八(72)，所述手指四(74)的绳子连接手指气动肌肉五(69)和手指气动肌肉六(70)。

8.根据权利要求1所述的一种基于气缸与气动肌肉仿人机器人系统，其特征在于，所述胸关节控制系统(90)包括直线气缸一(6)、直线气缸二(7)、直线气缸三(8)、直线气缸四(9)、摆动气缸一(10)、直线气缸五(17)、直线气缸六(18)、直线气缸七(19)和直线气缸八(20)；

所述上肢关节控制系统(91)包括小臂气动肌肉一(58)、小臂气动肌肉二(59)、小臂气动肌肉三(60)、小臂气动肌肉四(61)、手指气动肌肉一(63)、手指气动肌肉二(64)、手指气动肌肉三(65)、手指气动肌肉四(66)、手指气动肌肉五(69)、手指气动肌肉六(70)、手指气动肌肉七(71)、手指气动肌肉八(72)；

所述腰关节控制系统(92)包括腰关节气动肌肉一(21)、腰关节气动肌肉二(22)、腰关节气动肌肉三(23)、腰关节气动肌肉四(24)、腰关节气动肌肉五(25)、腰关节气动肌肉六(26)、腰关节气动肌肉七(27)、腰关节气动肌肉八(36)、腰关节气动肌肉九(37)、腰关节气动肌肉十(38)、腰关节气动肌肉十一(39)、腰关节气动肌肉十二(40)、腰关节气动肌肉十三(41)和腰关节气动肌肉十四(42)；

所述下肢关节控制系统(93)包括髋关节固定件(44)、膝关节固定件(47)、踝关节固定件(50)内的摆动气缸和摆动气缸三(56)。

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