一種兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)
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【背景技術(shù)】
[0002]目前各種類型的機(jī)器人手臂中，模擬人體手臂構(gòu)成的關(guān)節(jié)型機(jī)器人手臂，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、占用空間小、相對(duì)工作空間大等優(yōu)點(diǎn)，是應(yīng)用最為廣泛的機(jī)器人之一。隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，人們希望新型的機(jī)器人手臂具有精度高、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)之外，同時(shí)也希望具有良好的柔順性，避免機(jī)器人對(duì)人造成傷害。傳統(tǒng)的機(jī)械手臂機(jī)械結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置具有高質(zhì)量、高剛度、功率重量比低等特點(diǎn)，不適宜與人進(jìn)行接觸操作，限制了與人的交流。氣動(dòng)肌肉作為新型氣動(dòng)執(zhí)行元件，與生物肌肉具有很大的相似性，且具有柔性高、重量輕、使用方便、響應(yīng)速度快、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)器人、仿生機(jī)械等領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。
[0003]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國(guó)專利文獻(xiàn)[申請(qǐng)?zhí)?201510311779.3]公開了一種基于多種人工肌肉混合驅(qū)動(dòng)的仿生機(jī)械臂，機(jī)械臂共有18個(gè)自由度。其中肘關(guān)節(jié)由固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)、支撐桿、虎克鉸、連接小軸及氣動(dòng)肌肉等組成，采用并聯(lián)平臺(tái)的形式實(shí)現(xiàn)屈/伸、外展/內(nèi)收以及旋前/旋后的動(dòng)作。但仿生肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)占空間過(guò)大，結(jié)構(gòu)仿生性不高，且承載能力不強(qiáng)。
[0004]浙江理工大學(xué)劉爽等人研究設(shè)計(jì)的氣動(dòng)肌肉機(jī)械手臂的肘關(guān)節(jié)使用四根氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)肘關(guān)節(jié)完成屈/伸、旋前/旋后兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，完成屈/伸或旋前/旋后動(dòng)作時(shí)，氣動(dòng)肌肉兩兩為一組，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度方向的運(yùn)動(dòng)，該機(jī)械手臂很難實(shí)現(xiàn)屈/伸以及旋前/旋后這兩個(gè)自由度的同時(shí)運(yùn)動(dòng)，且每個(gè)自由度上的運(yùn)動(dòng)范圍有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提出了一種兩自由度仿生肘
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[0006]為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0007]它包括上關(guān)節(jié)骨、旋轉(zhuǎn)盤、關(guān)節(jié)支架、改線骨、關(guān)節(jié)軸、第一固定栓、第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌、鋼絲肌腱;所述第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌均為氣動(dòng)肌肉，關(guān)節(jié)支架上端通過(guò)關(guān)節(jié)軸鉸接在上關(guān)節(jié)骨中心位置，關(guān)節(jié)支架下端與旋轉(zhuǎn)盤中心處的通孔連接，通孔設(shè)有軸承，旋轉(zhuǎn)盤可繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)，改線骨中心處穿過(guò)關(guān)節(jié)支架且與關(guān)節(jié)支架固接，并與上關(guān)節(jié)骨在同一平面內(nèi)；上關(guān)節(jié)骨上設(shè)有四個(gè)通孔，第一固定栓、第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓分別穿過(guò)通孔固定在上關(guān)節(jié)骨上，改線骨和旋轉(zhuǎn)盤上均設(shè)有鋼絲通孔，第一斜肌一端通過(guò)鋼絲肌腱固定在第一固定栓上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱牽引依次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤上的鋼絲通孔、改線骨上的鋼絲通孔，固定在第一固定栓上，同理，第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌一端通過(guò)鋼絲肌腱分別固定在第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱牽引一次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤上的鋼絲通孔、改線骨上的鋼絲通孔，分別固定在第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓上。
[0008]本實(shí)用新型采用氣動(dòng)肌肉驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)屈伸和旋轉(zhuǎn)兩個(gè)自由度的單獨(dú)運(yùn)動(dòng)和同時(shí)運(yùn)動(dòng)，具有靈活、清潔和節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)對(duì)第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌的協(xié)調(diào)控制，能夠使得仿生關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)屈/伸、旋前/旋后、屈/伸和旋前/旋后三種運(yùn)動(dòng)方式；同時(shí)還可以根據(jù)需要控制，使仿生肘關(guān)節(jié)在必要時(shí)，呈現(xiàn)出剛性特征。本實(shí)用新型很好的模擬了兩自由度肘關(guān)節(jié)的特性，同時(shí)具有功能上的創(chuàng)新和擴(kuò)展，值得應(yīng)用。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1是兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)節(jié)的初始狀態(tài)圖；
[0010]圖2是兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)圖；
[0011]圖中，上關(guān)節(jié)骨1、旋轉(zhuǎn)盤2、關(guān)節(jié)支架3、改線骨4、關(guān)節(jié)軸5、第一固定栓6、第二固定栓7、第三固定栓8、第四固定栓9、第一斜肌1、第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13、鋼絲肌腱14。
【具體實(shí)施方式】
[0012]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型包括上關(guān)節(jié)骨1、旋轉(zhuǎn)盤2、關(guān)節(jié)支架3、改線骨4、關(guān)節(jié)軸5、第一固定栓6、第二固定栓7、第三固定栓8、第四固定栓9、第一斜肌10、第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13、鋼絲肌腱14;所述第一斜肌10、第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13均為氣動(dòng)肌肉，關(guān)節(jié)支架3上端通過(guò)關(guān)節(jié)軸5鉸接在上關(guān)節(jié)骨I中心位置，關(guān)節(jié)支架3下端與旋轉(zhuǎn)盤2中心處的通孔連接，通孔設(shè)有軸承，旋轉(zhuǎn)盤可繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)，改線骨4中心處穿過(guò)關(guān)節(jié)支架3且與關(guān)節(jié)支架3固接，并與上關(guān)節(jié)骨I在同一平面內(nèi)；上關(guān)節(jié)骨I上設(shè)有四個(gè)通孔，第一固定栓6、第二固定栓7、第三固定栓8、第四固定栓9分別穿過(guò)通孔固定在上關(guān)節(jié)骨I上，改線骨4和旋轉(zhuǎn)盤2上均設(shè)有鋼絲通孔，第一斜肌10—端通過(guò)鋼絲肌腱14固定在第一固定栓上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱14牽引依次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤2上的鋼絲通孔、改線骨4上的鋼絲通孔，固定在第一固定栓6上，同理，第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13—端通過(guò)鋼絲肌腱14分別固定在第二固定栓7、第三固定栓8、第四固定栓9上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱14牽引一次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤2上的鋼絲通孔、改線骨4上的鋼絲通孔，分別固定在第二固定栓7、第三固定栓8、第四固定栓9上。
[0013]仿生肘關(guān)節(jié)工作時(shí)，通過(guò)控制第一斜肌10、第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13，使得仿生關(guān)節(jié)呈現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。同時(shí)控制第一斜肌10與第四斜肌13充氣，且充氣氣壓、充氣速度均相同，同時(shí)控制第二斜肌11與第三斜肌12放氣，且放氣速度相同時(shí)，仿生肘關(guān)節(jié)繞關(guān)節(jié)軸5向第一斜肌10、第四斜肌13的收縮側(cè)做轉(zhuǎn)動(dòng)，同理，同時(shí)控制第二斜肌11與第三斜肌12充氣，且充氣氣壓、充氣速度均相同，同時(shí)控制第一斜肌10與第四斜肌13放氣，且放氣速度相同時(shí)，仿生肘關(guān)節(jié)繞關(guān)節(jié)軸5向第二斜肌11、第三斜肌12的收縮側(cè)做轉(zhuǎn)動(dòng)，仿生肘關(guān)節(jié)完成屈/伸運(yùn)動(dòng)；同時(shí)控制第一斜肌10與第三斜肌12充氣，且充氣氣壓、充氣速度均相同，同時(shí)控制第二斜肌11與第四斜13肌放氣，且放氣速度相同時(shí)，仿生肘關(guān)節(jié)繞旋轉(zhuǎn)盤2中心向第一斜肌10、第三斜肌12的收縮側(cè)做轉(zhuǎn)動(dòng)，同理，同時(shí)控制第二斜肌11與第四斜肌13充氣，且充氣氣壓、充氣速度均相同，同時(shí)控制第一斜肌10與第三斜肌12放氣，且放氣速度相同時(shí)，仿生肘關(guān)節(jié)繞旋轉(zhuǎn)盤2向第二斜肌11、第四斜肌13的收縮側(cè)做轉(zhuǎn)動(dòng)，仿生肘關(guān)節(jié)完成旋前/旋后運(yùn)動(dòng)；同時(shí)獨(dú)立控制第一斜肌1、第二斜肌11、第三斜肌12、第四斜肌13的伸縮就能實(shí)現(xiàn)仿生肘關(guān)節(jié)屈/伸、旋前、旋后兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)；同時(shí)給第一斜肌10、第二斜肌
11、第三斜肌12、第四斜肌13充氣且保持當(dāng)前氣壓不變，仿生關(guān)節(jié)則會(huì)保持當(dāng)前姿態(tài)，呈現(xiàn)出剛性。
[0014]以上所述僅是本實(shí)用新型的一個(gè)較佳實(shí)施例，凡是在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下對(duì)本實(shí)用新型所做的各種改變和改進(jìn)，都不會(huì)超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)節(jié)，其特征在于，包括上關(guān)節(jié)骨、旋轉(zhuǎn)盤、關(guān)節(jié)支架、改線骨、關(guān)節(jié)軸、第一固定栓、第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌、鋼絲肌腱;所述第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌均為氣動(dòng)肌肉，關(guān)節(jié)支架上端通過(guò)關(guān)節(jié)軸鉸接在上關(guān)節(jié)骨I中心位置，關(guān)節(jié)支架下端與旋轉(zhuǎn)盤中心處的通孔連接，通孔設(shè)有軸承，旋轉(zhuǎn)盤可繞中心轉(zhuǎn)動(dòng)，改線骨中心處穿過(guò)關(guān)節(jié)支架且與關(guān)節(jié)支架固接，并與上關(guān)節(jié)骨在同一平面內(nèi)；上關(guān)節(jié)骨上設(shè)有四個(gè)通孔，第一固定栓、第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓分別穿過(guò)通孔固定在上關(guān)節(jié)骨上，改線骨和旋轉(zhuǎn)盤上均設(shè)有鋼絲通孔，第一斜肌一端通過(guò)鋼絲肌腱固定在第一固定栓上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱牽引依次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤上的鋼絲通孔、改線骨上的鋼絲通孔，固定在第一固定栓上，同理，第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌一端通過(guò)鋼絲肌腱分別固定在第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓上，另一端通過(guò)鋼絲肌腱牽引依次穿過(guò)旋轉(zhuǎn)盤上的鋼絲通孔、改線骨上的鋼絲通孔，分別固定在第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓上。
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于仿生機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兩自由度氣動(dòng)肌肉仿生肘關(guān)節(jié)。本實(shí)用新型包括上關(guān)節(jié)骨、旋轉(zhuǎn)盤、關(guān)節(jié)支架、改線骨、關(guān)節(jié)軸、第一固定栓、第二固定栓、第三固定栓、第四固定栓、第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌、鋼絲肌腱；其中第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌均為氣動(dòng)肌肉，通過(guò)控制第一斜肌、第二斜肌、第三斜肌、第四斜肌實(shí)現(xiàn)屈/伸、旋前/旋后、屈/伸和旋前/旋后三種運(yùn)動(dòng)方式，并具有一定負(fù)載能力和變剛度特性；本實(shí)用新型在實(shí)現(xiàn)了對(duì)生物肘關(guān)節(jié)的仿生模擬的同時(shí)，還具有功能上的創(chuàng)新和擴(kuò)展，值得應(yīng)用。
【IPC分類】B25J17/02
【公開號(hào)】CN205238073
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521005920
【發(fā)明人】張斌, 王斌銳, 干蘇, 金英連, 王飛洋
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【公開日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日