基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及仿生机械手臂领域，特别指一种基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂。
【背景技术】
[0002]目前，主流的机械手臂主要靠液压元件，伺服电机驱动。传统的机器人是大功率、高响应、精确的多关节系统，但由于它们的机械结构和驱动装置具有高质量、高刚度、功率重量比低等特点，不适宜与人进行接触操作，限制了与人的交流。尤其在仿生机器人和服务机器人及康复机器人领域，人们对其手臂的柔顺性和安全性的要求远大于对其位置精度和承载能力的要求。现今国内也有不少企业和研究所研制了气动肌肉仿生机械手臂，对气动肌肉的实际应用起到了很大的推动作用，但仍存在仿生机械手臂体积较大、仿生程度不高的问题。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种体积小、柔性高、仿生程度高的基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂。
[0004]本实用新型采取的技术方案如下:一种基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂，包括机架、肩关节、肘关节、腕关节及机械手掌，其中上述肩关节、肘关节、腕关节及机械手掌依次连接固定在机架上，并采用气动肌肉作为驱动器，由滑轮组件实现关节的摆动和旋转。
[0005]优选地，所述的机架为L型架体结构，机架包括底支板、顶支板及中间连接板，其中，上述底支板及顶纸板分别固定连接在中间连接板的下部及上部一侧，并沿中间连接板的同侧向外延伸。
[0006]优选地，所述的滑轮组件包括第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮、第五滑轮、第六滑轮、第七滑轮及第八滑轮。
[0007]优选地，所述的肩关节包括大U型连接件、转盘、支撑铝柱、小U型连接件、L型板及肩关节气动肌肉组件，其中，上述大U型连接件通过转轴连接在顶纸板的外侧下部，并绕顶支板自由旋转；上述转盘设置在大U型连接件的底部，并通过至少二个支撑铝柱支撑，支撑铝柱的下端固定在底支板上；小U型连接件通过转轴连接在大U型连接件的侧部，转轴贯穿小U型连接件的顶板及大U型连接件的两侧壁，使小U型连接件固定，并绕大U型连接件自由旋转，L型板设置在小U型连接件内。
[0008]优选地，所述的肩关节气动肌肉组件包括固定设置在机架底支板上的肩关节第一气动肌肉、肩关节第二气动肌肉、肩关节第三气动肌肉、肩关节第四气动肌肉、肩关节第五气动肌肉及肩关节第六气动肌肉，其中，上述肩关节第一气动肌肉及肩关节第二气动肌肉分别第一滑轮、第二滑轮及第四滑轮连接，第一滑轮及第二滑轮设置在机架中间连接板的侧部，第四滑轮设置在大U型连接件与顶支板之间连接的转轴上，以便通过驱动第四滑轮旋转，实现肩关节Z轴方向自由转动；上述肩关节第三气动肌肉及肩关节第四气动肌肉与第五滑轮连接，第五滑V设置在连接小U型连接件与大U型连接件的转轴上，第五滑轮旋转，实现肩关节Y轴方向自由转动；上述肩关节第五气动肌肉及肩关节第六气动肌肉与第三滑轮及第六滑轮连接，第三滑轮设置在大U型连接件的侧部，第六滑轮设置在小U型滑轮内，拉动第三滑轮及第六滑轮，以实现肩关节X-Z平面的摆动自由度。
[0009]优选地，所述的肘关节包括连接座、圆盘、铝管、大U型板及肘关节气动肌肉，其中上述连接座固定在L型板的外端，铝管的一端固定在连接座上，另一端连接有圆盘，以便支撑圆盘；上述大U型板固定在圆盘的外侧面上。
[0010]优选地，所述的肘关节气动肌肉包括肘关节第一气动肌肉及肘关节第二气动肌肉，肘关节第一气动肌肉及肘关节第二气动肌肉均设置在连接座上，并沿铝管方向延伸；肘关节第一气动肌肉及肘关节第二气动肌肉连接第七滑轮，第七滑轮VII设置在大U型板的两侧板之间的连接轴上，拉动第七滑轮以实现肘关节X-Z平面的摆动自由度。
[0011]优选地，所述的腕关节包括小U型板、小圆盘、第八滑轮及腕关节气动肌肉组件，其中；上述小U型板连接在大U型板两侧板之间的连接轴上；小圆盘通过支架连接在小U型板上，支架为U型结构，固定设置在小U型板两侧板之间，小圆盘通过连接轴与支架连接；上述第八滑轮为横置滑轮，第八滑轮设置在支架的后侧部。
[0012]优选地，所述的腕关节气动肌肉组件包括腕关节第一气动肌肉及腕关节第二气动肌肉，腕关节第一气动肌肉及腕关节第二气动肌肉分别设置在连接座上，并沿铝管方向延伸，腕关节第一气动肌肉及腕关节第二气动肌肉与第八滑轮连接，拉动第八滑轮，以实现腕关节X轴方向的转动自由度。
[0013]优选地，所述的机械手掌包括手掌固定板、手指及手掌气动肌肉组件，其中，上述手掌气动肌肉组件包括六条气动肌肉分别固定在上述小圆盘的外侧面上，小圆盘上设有小铝管，小铝管的外端连接有支撑圆盘；上述手指固定板固定设置在支撑圆盘上，手指设置在手指固定板的外侧；六条气动肌肉分别拉动手指内滑轮上的钢丝，实现五根手指X-Z平面的摆动自由度，以及大拇指X-Y平面的摆动自由度。
[0014]本实用新型的有益效果在于:
[0015]1、采用气动肌肉作为仿生机械手臂的驱动器，利用气动肌肉输出力大、柔性大的特性，使仿生机械手臂更灵活，可抓握大重量的物体。
[0016]2、采用不同的滑轮机构来实现三关节的六个自由度，简化了机械结构，且更加紧凑，使仿生机械手臂仿生程度更高、更便于搬运与储存。
[0017]3、机械手臂末端为按人手尺寸设计的机械手掌，实现了五个手指的自然弯曲，以及大拇指任意转动，大大提高了机械手臂的仿生程度，且提高了机械手臂的抓举功能，增加了实用性。
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的结构示意图。
[0019]图2为本实用新型自然状态下的整体结构示意图。
[0020]图3为本实用新型展开状态下的整体结构示意图。
[0021]图4为图1中肩关节的结构示意图。
[0022]图5为图1中肘关节的结构示意图。
[0023]图6为图1中腕关节的结构示意图。
[0024]图7为图1中机械手掌的结构示意图。
[0025]图8为图1中气动肌肉与滑轮连接示意图。
[0026]图9为图1中气动肌肉与第一滑落、第二滑落及第四滑轮的连接示意图。
[0027]图10为图1中气动肌肉与第三滑轮及第六滑轮的连接示意图。
[0028]图11为图1中气动肌肉与第五滑轮的连接示意图。
[0029]图12为图1中气动肌肉与第七滑轮的连接示意图。
[0030]图13为图1中气动肌肉与第八滑轮的连接示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面将结合附图对本实用新型作进一步描述:
[0032]如图1所示，本实用新型采取的技术方案如下:一种基于气动肌肉的六自由度仿生机械手臂，包括机架1、肩关节2、肘关节3、腕关节4及机械手掌5，其中上述肩关节2、肘关节3、腕关节4及机械手掌5依次连接固定在机架I上，并采用气动肌肉作为驱动器，由滑轮组件实现关节的摆动和旋转。
[0033]机架I为L型架体结构，机架I包括底支板、顶支板及中间连接板，其中，上述底支板及顶纸板分别固定连接在中间连接板的下部及上部一侧，并沿中间连接板的同侧向外延伸。
[0034]滑轮组件包括第一滑轮1、第二滑轮11、第三滑轮II1、第四滑轮IV、第五滑轮V、第六滑轮V1、第七滑轮VII及第八滑轮VIII。
[0035]肩关节I包括大U型连接件6、转盘7、支撑铝柱8、小U型连接件9、L型板10及肩关节气动肌肉组件，其中，上述大U型连接件6通过转轴连接在顶纸板的外侧下部，并绕顶支板自由旋转；上述转盘7设置在大U型连接件6的底部，并通过至少二个支撑铝柱8支撑，支撑铝柱8的下端固定在底支板上；小U型连接件9通过转轴连接在大U型连接件6的侧部，转轴贯穿小U型连接件9的顶板及大U型连接件6的两侧壁，使小U型连接件9固定，并绕大U型连接件6自由旋转，L型板10设置在小U型连接件9内。
[0036]肩关节气动肌肉组件包括固定设置在机架I底支板上的肩关节第一气动肌肉11、肩关节第二气动肌肉12、肩关节第三气动肌肉13、肩关节第四气动肌肉14、肩关节第五气动肌肉15及肩关节第六气动肌肉16，其中，上述肩关节第一气动肌肉11及肩关节第二气动肌肉12分别第一滑轮1、第二滑轮II及第四滑轮IV连接，第一滑轮I及第二滑轮II设置在机架I中间连接板的侧部，第四滑轮IV设置在大U型连接件6与顶支板之间连接的转轴上，以便通过驱动第四滑轮IV旋转，实现肩关节Z轴方向自由转动；上述肩关节第三气动肌肉13及肩关节第四气动肌肉14与第五滑轮V连接，第五滑轮V设置在连接小U型连接件9与大U型连接件6的转轴上，第五滑轮V旋转，实现肩关节Y轴方向自由转动；上述肩关节第五气动肌肉15及肩关节第六气动肌肉16与第三滑轮III及第六滑轮VI连接，第三滑轮III设置在大U型连接件6的侧部，第六滑轮VI设置在小U型滑轮9内，拉动第三滑轮III及第六滑轮VI，以实现肩关节X-Z平面的摆动自由度。
[0037]肘关节3包括连接座、圆盘17、铝管18、大U型板19及肘关节气动肌肉，其中上述连接座固定在L型板10的外端，铝管18的一端固定在连接座上，另一端连接有圆盘17，以便支撑圆盘17 ;上述大U型板19固定在圆盘17的外侧面上。
[0038]肘关节气动肌肉包括肘关节第一气动肌肉20及肘关节第二气动肌肉21，肘关节第一气动肌肉20及肘关节第二气动肌肉21均设置在连接座上，并沿铝管18方向延伸；肘关节第一气动肌肉20及肘关节第二气动肌肉21连接第七滑轮VII，第七滑轮VII设置在大U型板19的两侧板之间的连接轴上，拉动第七滑轮VII以实现肘关节X-Z平面的摆动