[发明专利]一种气动人工肌肉驱动的仿生手臂

说明书

本发明属于仿生机器人技术领域，具体地说是一种气动人工肌肉驱动的仿生手臂。包括：大臂、肘关节、小臂、腕关节、手、肘关节屈伸驱动机构、腕关节屈伸驱动机构、腕关节自旋驱动机构及手指屈伸驱动机构，其中肘关节屈伸驱动机构安装在大臂内，用于肘关节的屈伸提供动力；腕关节屈伸驱动机构安装在小臂内，用于腕关节屈伸提供动力，形成欠驱动；腕关节自旋驱动机构安装在小臂内，用于腕关节自旋提供动力；手指屈伸驱动机构安装在腕关节内，用于五个手指的屈伸提供动力。本发明结构简单紧凑、采用柔性传动、质量轻、成本低，模块化设计、易拆卸更换，具有集成度高、自由度多、小巧灵活、大小与成人手臂相仿且稳定性好等特点。

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，具体地说是一种气动人工肌肉驱动的仿生手臂。

背景技术

仿人机器人研发的最终目标是服务于人类，机械臂目标操作作业的实现可以帮助仿人机器人更好的服务于人类。因此手臂机构设计是机器人研发的关键技术，而作为机器人机械系统的基础部件，驱动器起着至关重要的作用。区别于传统的驱动器，气动人工肌肉作为一种新型的机器人驱动器，以其结构简单紧凑、重量轻、柔性好、使用安全方便和独特的仿生性等优点正日益展现出良好的应用发展态势。随着对气动肌肉研究的不断深入，它在各类仿人机器人中越来越受到关注。

现有的仿生手臂大多采用电机驱动，刚度较大，外形笨重，在柔顺性和安全性方面有很大的缺陷。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种气动人工肌肉驱动的仿生手臂，该机构可适用于假肢研究、新型驱动材料的研究、控制研究等。气动肌肉驱动结构较为简单、污染低、便于安装，并且它的力学特性与生物肌肉类似，因此柔顺性好是它区别于电机驱动最大的优势。这种柔顺性仿生手臂不仅仅可以应用在康复领域上，同时作为人工假肢方面也有很好的前景。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种气动人工肌肉驱动的仿生手臂，其特征在于，包括：大臂、肘关节、小臂、腕关节、手、肘关节屈伸驱动机构、腕关节屈伸驱动机构、腕关节自旋驱动机构及手指屈伸驱动机构，其中，所述肘关节屈伸驱动机构安装在大臂内，用于肘关节的屈伸提供动力；所述腕关节屈伸驱动机构安装在小臂内，用于腕关节屈伸提供动力，形成欠驱动；所述腕关节自旋驱动机构安装在小臂内，用于腕关节自旋提供动力；所述手指屈伸驱动机构安装在腕关节内，用于五个手指的屈伸提供动力。

所述大臂包括大臂基座、右大臂侧板、第一大臂气动肌肉、大臂钢丝绳端子、第二大臂气动肌肉、左大臂侧板、钢丝绳双头端子及第三大臂气动肌肉，其中右大臂侧板和左大臂侧板的一端均与大臂基座连接，另一端均与所述肘关节连接，第一、第二、第三大臂气动肌肉的一端与大臂基座连接，另一端均与所述肘关节屈伸驱动机构连接。

所述肘关节屈伸驱动机构包括滑轮支架、大臂钢丝绳端子、钢丝绳双头端子、轴套、滑轮轴、滑轮、滑轮固定座及两根肘关节屈伸传动钢丝绳，其中滑轮支架的两端分别与右大臂侧板和左大臂侧板连接，滑轮轴固定在滑轮支架上，滑轮可转动地安装在滑轮轴上，钢丝绳双头端子与第一大臂气动肌肉和第二大臂气动肌肉的端部连接，大臂钢丝绳端子与第三大臂气动肌肉的端部连接，一根所述肘关节屈伸传动钢丝绳的两端分别与所述钢丝绳双头端子和肘关节连接，用于驱动所述肘关节的弯曲；另一根肘关节屈伸传动钢丝绳的两端分别与所述钢丝绳端子和肘关节连接，用于驱动所述肘关节的伸直，两根所述肘关节屈伸传动钢丝绳均通过滑轮导向。

所述肘关节包括第一肘关节连接件、角度传感器、肘关节限位轴、肘关节轴及第二肘关节连接件，其中肘关节轴的两端可转动地与右大臂侧板和左大臂侧板连接，且端部设有角度传感器，第一肘关节连接件和及第二肘关节连接件均与肘关节轴连接，且同步转动，所述肘关节轴与所述肘关节屈伸驱动机构连接。