基于氣動(dòng)肌肉的六自由度仿生機(jī)械手臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及仿生機(jī)械手臂領(lǐng)域,特別指一種基于氣動(dòng)肌肉的六自由度仿生機(jī)械手臂。
【背景技術(shù)】
[0002]目前,主流的機(jī)械手臂主要靠液壓元件,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)的機(jī)器人是大功率、高響應(yīng)、精確的多關(guān)節(jié)系統(tǒng),但由于它們的機(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。尤其在仿生機(jī)器人和服務(wù)機(jī)器人及康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域,人們對(duì)其手臂的柔順性和安全性的要求遠(yuǎn)大于對(duì)其位置精度和承載能力的要求?,F(xiàn)今國(guó)內(nèi)也有不少企業(yè)和研究所研制了氣動(dòng)肌肉仿生機(jī)械手臂,對(duì)氣動(dòng)肌肉的實(shí)際應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用,但仍存在仿生機(jī)械手臂體積較大、仿生程度不高的問(wèn)題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種體積小、柔性高、仿生程度高的基于氣動(dòng)肌肉的六自由度仿生機(jī)械手臂。
[0004]本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:一種基于氣動(dòng)肌肉的六自由度仿生機(jī)械手臂,包括機(jī)架、肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及機(jī)械手掌,其中上述肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)及機(jī)械手掌依次連接固定在機(jī)架上,并采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器,由滑輪組件實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。
[0005]優(yōu)選地,所述的機(jī)架為L(zhǎng)型架體結(jié)構(gòu),機(jī)架包括底支板、頂支板及中間連接板,其中,上述底支板及頂紙板分別固定連接在中間連接板的下部及上部一側(cè),并沿中間連接板的同側(cè)向外延伸。
[0006]優(yōu)選地,所述的滑輪組件包括第一滑輪、第二滑輪、第三滑輪、第四滑輪、第五滑輪、第六滑輪、第七滑輪及第八滑輪。
[0007]優(yōu)選地,所述的肩關(guān)節(jié)包括大U型連接件、轉(zhuǎn)盤、支撐鋁柱、小U型連接件、L型板及肩關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件,其中,上述大U型連接件通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接在頂紙板的外側(cè)下部,并繞頂支板自由旋轉(zhuǎn);上述轉(zhuǎn)盤設(shè)置在大U型連接件的底部,并通過(guò)至少二個(gè)支撐鋁柱支撐,支撐鋁柱的下端固定在底支板上;小U型連接件通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接在大U型連接件的側(cè)部,轉(zhuǎn)軸貫穿小U型連接件的頂板及大U型連接件的兩側(cè)壁,使小U型連接件固定,并繞大U型連接件自由旋轉(zhuǎn),L型板設(shè)置在小U型連接件內(nèi)。
[0008]優(yōu)選地,所述的肩關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件包括固定設(shè)置在機(jī)架底支板上的肩關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉、肩關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉、肩關(guān)節(jié)第三氣動(dòng)肌肉、肩關(guān)節(jié)第四氣動(dòng)肌肉、肩關(guān)節(jié)第五氣動(dòng)肌肉及肩關(guān)節(jié)第六氣動(dòng)肌肉,其中,上述肩關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及肩關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉分別第一滑輪、第二滑輪及第四滑輪連接,第一滑輪及第二滑輪設(shè)置在機(jī)架中間連接板的側(cè)部,第四滑輪設(shè)置在大U型連接件與頂支板之間連接的轉(zhuǎn)軸上,以便通過(guò)驅(qū)動(dòng)第四滑輪旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)Z軸方向自由轉(zhuǎn)動(dòng);上述肩關(guān)節(jié)第三氣動(dòng)肌肉及肩關(guān)節(jié)第四氣動(dòng)肌肉與第五滑輪連接,第五滑V設(shè)置在連接小U型連接件與大U型連接件的轉(zhuǎn)軸上,第五滑輪旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)Y軸方向自由轉(zhuǎn)動(dòng);上述肩關(guān)節(jié)第五氣動(dòng)肌肉及肩關(guān)節(jié)第六氣動(dòng)肌肉與第三滑輪及第六滑輪連接,第三滑輪設(shè)置在大U型連接件的側(cè)部,第六滑輪設(shè)置在小U型滑輪內(nèi),拉動(dòng)第三滑輪及第六滑輪,以實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)X-Z平面的擺動(dòng)自由度。
[0009]優(yōu)選地,所述的肘關(guān)節(jié)包括連接座、圓盤、鋁管、大U型板及肘關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉,其中上述連接座固定在L型板的外端,鋁管的一端固定在連接座上,另一端連接有圓盤,以便支撐圓盤;上述大U型板固定在圓盤的外側(cè)面上。
[0010]優(yōu)選地,所述的肘關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉包括肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉,肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉均設(shè)置在連接座上,并沿鋁管方向延伸;肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉連接第七滑輪,第七滑輪VII設(shè)置在大U型板的兩側(cè)板之間的連接軸上,拉動(dòng)第七滑輪以實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)X-Z平面的擺動(dòng)自由度。
[0011]優(yōu)選地,所述的腕關(guān)節(jié)包括小U型板、小圓盤、第八滑輪及腕關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件,其中;上述小U型板連接在大U型板兩側(cè)板之間的連接軸上;小圓盤通過(guò)支架連接在小U型板上,支架為U型結(jié)構(gòu),固定設(shè)置在小U型板兩側(cè)板之間,小圓盤通過(guò)連接軸與支架連接;上述第八滑輪為橫置滑輪,第八滑輪設(shè)置在支架的后側(cè)部。
[0012]優(yōu)選地,所述的腕關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件包括腕關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及腕關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉,腕關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及腕關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉分別設(shè)置在連接座上,并沿鋁管方向延伸,腕關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉及腕關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉與第八滑輪連接,拉動(dòng)第八滑輪,以實(shí)現(xiàn)腕關(guān)節(jié)X軸方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。
[0013]優(yōu)選地,所述的機(jī)械手掌包括手掌固定板、手指及手掌氣動(dòng)肌肉組件,其中,上述手掌氣動(dòng)肌肉組件包括六條氣動(dòng)肌肉分別固定在上述小圓盤的外側(cè)面上,小圓盤上設(shè)有小鋁管,小鋁管的外端連接有支撐圓盤;上述手指固定板固定設(shè)置在支撐圓盤上,手指設(shè)置在手指固定板的外側(cè);六條氣動(dòng)肌肉分別拉動(dòng)手指內(nèi)滑輪上的鋼絲,實(shí)現(xiàn)五根手指X-Z平面的擺動(dòng)自由度,以及大拇指X-Y平面的擺動(dòng)自由度。
[0014]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0015]1、采用氣動(dòng)肌肉作為仿生機(jī)械手臂的驅(qū)動(dòng)器,利用氣動(dòng)肌肉輸出力大、柔性大的特性,使仿生機(jī)械手臂更靈活,可抓握大重量的物體。
[0016]2、采用不同的滑輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)三關(guān)節(jié)的六個(gè)自由度,簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu),且更加緊湊,使仿生機(jī)械手臂仿生程度更高、更便于搬運(yùn)與儲(chǔ)存。
[0017]3、機(jī)械手臂末端為按人手尺寸設(shè)計(jì)的機(jī)械手掌,實(shí)現(xiàn)了五個(gè)手指的自然彎曲,以及大拇指任意轉(zhuǎn)動(dòng),大大提高了機(jī)械手臂的仿生程度,且提高了機(jī)械手臂的抓舉功能,增加了實(shí)用性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為本實(shí)用新型自然狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本實(shí)用新型展開(kāi)狀態(tài)下的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖4為圖1中肩關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖5為圖1中肘關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖6為圖1中腕關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖7為圖1中機(jī)械手掌的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖8為圖1中氣動(dòng)肌肉與滑輪連接示意圖。
[0026]圖9為圖1中氣動(dòng)肌肉與第一滑落、第二滑落及第四滑輪的連接示意圖。
[0027]圖10為圖1中氣動(dòng)肌肉與第三滑輪及第六滑輪的連接示意圖。
[0028]圖11為圖1中氣動(dòng)肌肉與第五滑輪的連接示意圖。
[0029]圖12為圖1中氣動(dòng)肌肉與第七滑輪的連接示意圖。
[0030]圖13為圖1中氣動(dòng)肌肉與第八滑輪的連接示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0032]如圖1所示,本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:一種基于氣動(dòng)肌肉的六自由度仿生機(jī)械手臂,包括機(jī)架1、肩關(guān)節(jié)2、肘關(guān)節(jié)3、腕關(guān)節(jié)4及機(jī)械手掌5,其中上述肩關(guān)節(jié)2、肘關(guān)節(jié)3、腕關(guān)節(jié)4及機(jī)械手掌5依次連接固定在機(jī)架I上,并采用氣動(dòng)肌肉作為驅(qū)動(dòng)器,由滑輪組件實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)。
[0033]機(jī)架I為L(zhǎng)型架體結(jié)構(gòu),機(jī)架I包括底支板、頂支板及中間連接板,其中,上述底支板及頂紙板分別固定連接在中間連接板的下部及上部一側(cè),并沿中間連接板的同側(cè)向外延伸。
[0034]滑輪組件包括第一滑輪1、第二滑輪11、第三滑輪II1、第四滑輪IV、第五滑輪V、第六滑輪V1、第七滑輪VII及第八滑輪VIII。
[0035]肩關(guān)節(jié)I包括大U型連接件6、轉(zhuǎn)盤7、支撐鋁柱8、小U型連接件9、L型板10及肩關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件,其中,上述大U型連接件6通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接在頂紙板的外側(cè)下部,并繞頂支板自由旋轉(zhuǎn);上述轉(zhuǎn)盤7設(shè)置在大U型連接件6的底部,并通過(guò)至少二個(gè)支撐鋁柱8支撐,支撐鋁柱8的下端固定在底支板上;小U型連接件9通過(guò)轉(zhuǎn)軸連接在大U型連接件6的側(cè)部,轉(zhuǎn)軸貫穿小U型連接件9的頂板及大U型連接件6的兩側(cè)壁,使小U型連接件9固定,并繞大U型連接件6自由旋轉(zhuǎn),L型板10設(shè)置在小U型連接件9內(nèi)。
[0036]肩關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉組件包括固定設(shè)置在機(jī)架I底支板上的肩關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉11、肩關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉12、肩關(guān)節(jié)第三氣動(dòng)肌肉13、肩關(guān)節(jié)第四氣動(dòng)肌肉14、肩關(guān)節(jié)第五氣動(dòng)肌肉15及肩關(guān)節(jié)第六氣動(dòng)肌肉16,其中,上述肩關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉11及肩關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉12分別第一滑輪1、第二滑輪II及第四滑輪IV連接,第一滑輪I及第二滑輪II設(shè)置在機(jī)架I中間連接板的側(cè)部,第四滑輪IV設(shè)置在大U型連接件6與頂支板之間連接的轉(zhuǎn)軸上,以便通過(guò)驅(qū)動(dòng)第四滑輪IV旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)Z軸方向自由轉(zhuǎn)動(dòng);上述肩關(guān)節(jié)第三氣動(dòng)肌肉13及肩關(guān)節(jié)第四氣動(dòng)肌肉14與第五滑輪V連接,第五滑輪V設(shè)置在連接小U型連接件9與大U型連接件6的轉(zhuǎn)軸上,第五滑輪V旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)Y軸方向自由轉(zhuǎn)動(dòng);上述肩關(guān)節(jié)第五氣動(dòng)肌肉15及肩關(guān)節(jié)第六氣動(dòng)肌肉16與第三滑輪III及第六滑輪VI連接,第三滑輪III設(shè)置在大U型連接件6的側(cè)部,第六滑輪VI設(shè)置在小U型滑輪9內(nèi),拉動(dòng)第三滑輪III及第六滑輪VI,以實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)X-Z平面的擺動(dòng)自由度。
[0037]肘關(guān)節(jié)3包括連接座、圓盤17、鋁管18、大U型板19及肘關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉,其中上述連接座固定在L型板10的外端,鋁管18的一端固定在連接座上,另一端連接有圓盤17,以便支撐圓盤17 ;上述大U型板19固定在圓盤17的外側(cè)面上。
[0038]肘關(guān)節(jié)氣動(dòng)肌肉包括肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉20及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉21,肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉20及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉21均設(shè)置在連接座上,并沿鋁管18方向延伸;肘關(guān)節(jié)第一氣動(dòng)肌肉20及肘關(guān)節(jié)第二氣動(dòng)肌肉21連接第七滑輪VII,第七滑輪VII設(shè)置在大U型板19的兩側(cè)板之間的連接軸上,拉動(dòng)第七滑輪VII以實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)X-Z平面的擺動(dòng)