一種基于氣動人工肌肉的雙足機器人的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種雙足機器人,屬于仿人機器人領域。
【背景技術】
[0002] 仿人雙足機器人是機器人領域的研究熱點,雙足機器人可W實現穩定步行、跑步、 上下樓梯等動作。傳統的雙足機器人即主動機器人通常采用剛性的電機和減速器作為驅動 元件,控制和驅動系統十分復雜,使得機器人的能量效率很低。針對運一情況,本發明采用 氣動人工肌肉作為雙足機器人的驅動元件,由于氣動人工肌肉具有柔順、功率/質量比大、 在力/長度特性上與人類肌肉相似等優點,因此,使得機器人的關節具有柔性,有利于提高 機器人的能量效率。
【發明內容】
[0003] 本發明是為解決現有主動機器人采用剛性結構驅動,系統結構復雜,柔順性差及 機器人的能量效率較低的問題,進而提供一種基于氣動人工肌肉的雙足機器人。
[0004] 本發明為解決上述問題采取的技術方案是:一種基于氣動人工肌肉的雙足機器 人,它包括左腿、右腿和骨盆;左腿和右腿分別包括大腿、小腿、足部、髓關節、膝關節和踩關 節;左腿和右腿通過骨盆連接,骨盆通過髓關節與大腿轉動連接,大腿通過膝關節與小腿轉 動連接,小腿通過踩關節與足部轉動連接; 陽〇化]左腿和右腿分別還包括九條氣動肌腫,九條氣動肌腫分別是骼肌、股大肌、股外側 肌、股二頭肌、腔骨前肌、比目魚肌、半腫肌、股直肌和脾腸肌;
[0006] 大腿上設置有骼肌、股大肌、股外側肌、股二頭肌、半腫肌和股直肌,小腿上設置有 腔骨前肌、比目魚肌和脾腸肌;其中骼肌和股大肌采用括抗式布置方式設置,股外側肌和股 二頭肌采用括抗式布置方式設置,腔骨前肌和比目魚肌采用括抗式布置方式設置,股直肌 和半腫肌采用括抗式布置方式設置;
[0007] 骼肌和股大肌的上端分別與骨盆較接,該較接軸的軸向與髓關節軸的軸向平行, 骼肌和股大肌的下端分別與大腿較接;股外側肌和股二頭肌的上端分別與大腿較接,股外 側肌和股二頭肌的下端分別與膝關節軸固接;腔骨前肌和比目魚肌的上端分別與小腿較 接,腔骨前肌和比目魚肌的下端分別與足部較接,該較接軸的軸向與踩關節軸的軸向平行; 股直肌和半腫肌的上端分別與骨盆較接,該較接軸的軸向與髓關節軸的軸向平行,股直肌 和半腫肌的下端分別與膝關節軸固接,脾腸肌的上端與膝關節軸固接,脾腸肌的下端與足 部較接,該較接軸的軸向與踩關節軸的軸向平行,半腫肌和脾腸肌上下正對設置。
[0008] 本發明的有益效果是:本發明仿照人類下肢結構,機器人的每條腿由大腿、小腿和 足部、髓關節、膝關節和踩關節連接而成,兩條腿之間由骨盆連接;按照人體下肢的肌肉布 置方式,機器人的每條腿由九條氣動人工肌肉驅動,包括六條單關節肌肉和=條雙關節肌 肉。采用括抗式布置方式設置,每個關節由一對括抗式肌肉驅動,每條腿上面還有=條雙關 節肌肉(肌肉跨過兩個關節),一條肌肉動作引起兩個關節禪合運動,本發明研制的雙足機 器人通過類似于人體肌肉的氣動肌腫(氣動肌肉)排布方式實現了關節的柔性驅動,并可 實現仿人步行。本發明的系統結構簡單,使用便捷,柔順性好,機器人的能量效率較高。
【附圖說明】
[0009] 圖1是本發明的雙足機器人整體結構示意圖,圖2是雙足機器人腿部結構示意圖, 圖3是骼肌與股大肌安裝結構示意圖,圖4是股外側肌與股二頭肌安裝結構示意圖,圖5是 腔骨前肌與比目魚肌安裝結構示意圖,圖6是股直肌、半腫肌與脾腸肌安裝結構示意圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0010] 一:結合圖1-圖6說明,本實施方式的一種基于氣動人工肌肉的雙 足機器人,它包括左腿A、右腿B和骨盆C;左腿A和右腿B分別包括大腿1、小腿2、足部3、 髓關節4、膝關節5和踩關節6 ;左腿A和右腿B通過骨盆C連接,骨盆3通過髓關節4與大 腿1轉動連接,大腿1通過膝關節5與小腿2轉動連接,小腿2通過踩關節6與足部3轉動 連接;
[0011] 左腿A和右腿B分別還包括九條氣動肌腫,九條氣動肌腫分別是骼肌7、股大肌8、 股外側肌9、股二頭肌10、腔骨前肌11、比目魚肌12、半腫肌13、股直肌14和脾腸肌15 ;
[0012] 大腿1上設置有骼肌7、股大肌8、股外側肌9、股二頭肌10、半腫肌13和股直肌 14,小腿2上設置有腔骨前肌11、比目魚肌12和用瞞肌15 ;其中骼肌7和股大肌8采用括 抗式布置方式設置,股外側肌9和股二頭肌10采用括抗式布置方式設置,腔骨前肌11和比 目魚肌12采用括抗式布置方式設置,股直肌14和半腫肌13采用括抗式布置方式設置;
[0013] 骼肌7和股大肌8的上端分別與骨盆C較接,該較接軸的軸向與髓關節軸4-1的 軸向平行,骼肌7和股大肌8的下端分別與大腿1較接;股外側肌9和股二頭肌10的上端 分別與大腿1較接,股外側肌9和股二頭肌10的下端分別與膝關節軸5-1固接;腔骨前肌 11和比目魚肌12的上端分別與小腿2較接,腔骨前肌11和比目魚肌12的下端分別與足部 3較接,該較接軸的軸向與踩關節軸6-1的軸向平行;股直肌14和半腫肌13的上端分別與 骨盆3較接,該較接軸的軸向與髓關節軸4-1的軸向平行,股直肌14和半腫肌13的下端分 別與膝關節軸5-1固接,脾腸肌14的上端與膝關節軸5-1固接,脾腸肌15的下端與足部3 較接,該較接軸的軸向與踩關節軸6-1的軸向平行,半腫肌13和脾腸肌15上下正對設置。
[0014] 本實施方式的骨盆的上部布置有用于給骼肌7、股大肌8、股外側肌9、股二頭肌 10、腔骨前肌11、比目魚肌12、半腫肌13、股直肌14和脾腸肌15運九條氣動肌腫充氣的氣 路28及氣口 28-1。本實施方式的氣動肌腫選用德國FEST0公司生產的DMSP系列的產品, 括抗式布置方式設置為現有技術,類似于杠桿的方式實現部件之間的內收和外伸運動。
【具體實施方式】 [0015] 二:結合圖2說明,本實施方式的每個大腿1包括大腿外側板1-1、 大腿內側板1-2和大腿支撐板1-3 ;大腿外側板1-1和大腿內側板1-2之間布置有與二者 連接的大腿支撐板1-3,髓關節4包括兩個第一軸承組件4-2,兩個第一軸承組件4-1分別 安裝在骨盆C上,髓關節軸4-1轉動安裝在兩個第一軸承組件4-2上,大腿內側板1-2和大 腿外側板1-1分別固接在髓關節軸4-1上。如此設置,大腿外側板與大腿內側板通過平鍵 與髓關節軸連接,從而當髓關節軸轉動時,帶動大腿轉動。其它與一相同。
[0016]
【具體實施方式】S:結合圖2說明,本實施方式的每個小腿2包括小腿外側板2-1、 小腿內側板2-2和大腿支撐板2-3 ;小腿外側板2-1和小腿內側板2-2之間布置有與二者 連接的小腿支撐板2-3,膝關節5包括第二軸承組件5-2,踩關節6包括兩個第=軸承組件 6-2,第二軸承組件5-2固裝在大腿外側板1-1和大腿內側板1-2上,膝關節軸5-1安裝在 第二軸承組件5-2上,小腿外側板2-1的上部和小腿內側板2-2的上部分別固裝在膝關節 軸5-1上,小腿外側板2-1和小腿內側板2-2的下部各安裝有一個第S軸承組件6-2,踩關 節軸6-1安裝在兩個第S軸承組件6-2上,足部3與踩關節軸6-1連接。如此設置,小腿外 側板與小腿內側板通過平鍵與膝關節軸連接,從而當膝關節軸轉動時,帶動小腿轉動;足部 連接件6-3通過平鍵與踩關節軸6-1連接,足部3與足部連接件6-3固連,從而當踩關節軸 轉動時,帶動足部轉動。
[0017]
【具體實施方式】四:結合圖1和圖2說明,本實施方式的骨盆C為平板。如此設置, 使用方便,加工方便,滿足實際需要和設計要求。其它與【具體實施方式】=相同。
[001引【具體實施方式】五:結合圖1和圖2說明,本實施方式的足部3為平板。如此設置, 機器人能夠實現站立,并且有助于簡化機器人的控制,滿足實際需要和設計要求。其它與具 體實施方式四相同。
【具體實施方式】 [0019] 六:結合圖3說明,本實施方式的左腿A和右腿B分別還包括四個第 一較接座16和四個第一關節接頭17 ;
[0020] 其中兩個第一較接座16分別安裝在骨盆C和大腿1上,剩余兩個第一較接座16 分別安裝在骨盆C和大腿1上,骼肌7的兩端各連接一個第一關節接頭17,該兩個第一關節 接頭17分別通過較鏈銷較接在所述其中兩個第一較接座16上;股大肌8的兩端各連接有 一個第一關節接頭17,該兩個第一關節接頭17分別通過較鏈銷較接在所述剩余兩個第一 較接座16上。如此設置,當骼肌充氣收縮,股大肌排氣伸長,或者股大肌充氣收縮,骼肌排 氣伸長時,大腿繞髓關節軸轉動。其它【具體實施方式】一、二、四或五相同。
【具體實施方式】 [0021] 屯:結合圖4說明,本實施方式的左腿A和右腿B分別還包括兩個第 二較接座18和四個第二關節接頭19 ;
[0022] 其中一個第二較接座18安裝在大腿1上,剩余一個第二較接座18安裝在膝關節 軸5-1上,股外側肌9的兩端各連接一個第二關節接頭19,上端的兩個第二關節接頭19分 別通過較接銷較接在所述其中一個第二較接座18上,下端的兩各第二關節接頭19分別通 過較接銷較接在所述剩余一個第二較接座18上。本實施方式的第二較鏈座18通過平鍵與 膝關節軸連接,當股外側肌充氣收縮,股二頭肌排氣伸長,或者股二頭肌充氣收縮,股外側 肌排氣伸長時,小繞膝關節軸轉動。其它【具體實施方式】六相同。
【具體實施方式】 [0023] 八:結合圖5說明,本實施方式的左腿A和右腿B分別還包括四個第 =較接座20和四個第=關節接頭21 ;
[0024] 其中兩個第=較接座20分別安裝在小腿2上,剩余兩個第=較接座20分別安裝 在足