[发明专利]复合驱动多种类关节的姿态表现机器人

权利要求书

1.一种复合驱动多种类关节的姿态表现机器人，其特征是：机器人的头部通过颈部关节(1)与脊椎骨连接，脊椎骨的下端与腰关节(2)连接，腰关节(2)的下端安装一根与腰关节(2)垂直的横髋骨；横髋骨的两端各形成一个下肢，即：横髋骨的两端各连接一个髋关节(3)，每个髋关节(3)的下端都连接大腿骨，大腿骨下端连接膝关节(4)，膝关节(4)的下端连接小腿骨，小腿骨的下端连接脚踝关节(5)，脚踝关节(5)的下端连接脚掌骨架；在脊椎骨上部、颈部关节(1)的下面，有肩胛骨与脊椎骨垂直安装，肩胛骨的两端各形成一个上肢，亦即：肩胛骨的两端各安装一个肩关节(6)，每个肩关节(6)的下端都与上臂骨连接，上臂骨的下端安装肘关节(7)，肘关节(7)的下端与下臂骨连接，下臂骨的下端安装一个腕关节(8)，腕关节(8)的下端安装手掌骨架，五个手指均通过掌指关节(9)与手掌骨架连接，手指骨之间通过指关节(10)连接；复合驱动多种类关节的姿态表现机器人这十个部位的关节分别归纳为七种结构的关节，具体是：

颈部关节(1)、腰关节(2)、髋关节(3)和肩关节(6)都是三个转动自由度肌肉关节(a)，脚踝关节(5)是三个转动自由度弹簧肌肉关节(b)，膝关节(4)是一个转动自由度弹簧肌肉关节(c)，肘关节(7)是一个转动自由度弯曲肌肉关节(d)，腕关节(8)是三个转动自由度绳线牵引关节(e)，掌指关节(9)是两个转动自由度绳线牵引关节(f)，指关节(10)是一个转动自由度绳线牵引关节(g)；七种关节的结构是：

1)三个转动自由度肌肉关节(a)的结构是：工作平台(a5)和底座平台(a4)均为等边三角形，在三个角处再切除三个相同的小等边三角形，形成具有三长边、三短边的六边形；底座平台(a4)的短边两端各安装有一个球铰(a2)，这两个球铰(a2)分别再与两个膨胀肌肉(a1)的一端连接，这两个膨胀肌肉(a1)的另一端分别再与另外一个球铰(a2)连接，这个球铰(a2)固定在工作平台(a5)的长边两端，此关节共有六个膨胀肌肉(a1)和十二个球铰(a2)；在底座平台(a4)和工作平台(a5)的外接圆圆心处垂直地连接了球形万向节(a3)；

三个转动自由度肌肉关节(a)的膨胀肌肉(a1)的结构是：纵截面形状是“V”、“U”或“Ω”形状的弹性波纹管(a8)靠旋夹套(a7)夹紧在头座(a6)和尾座(a9)的波纹卡口上，头座(a6)和尾座(a9)的端面上均有三个安装球铰(a2)的螺纹孔，弹性波纹管(a8)、头座(a6)和尾座(a9)构成封闭空腔；气体通过直角管接头(a10)进入弹性波纹管(a8)的空腔，直角管接头(a10)螺纹连接在尾座(a9)上，直角管接头(a10)与尾座(a9)之间有密封圈(a11)密封；

2)三个转动自由度弹簧肌肉关节(b)的结构是：工作平台(b5)和底座平台(b4)均为等边三角形，在三个角处再切除三个相同的小等边三角形，形成具有三长边、三短边的六边形；底座平台(b4)的短边两端各安装有一个球铰(b2)，这两个球铰(b2)分别再与两个膨胀肌肉(b1)的一端连接，这两个膨胀肌肉(b1)的另一端分别再与另外一个球铰(b2)连接，这个球铰(b2)固定在工作平台(b5)的长边两端，此关节共有六个膨胀肌肉(b1)和十二个球铰(b2)；在底座平台(b4)和工作平台(b5)的外接圆圆心处垂直地连接球形万向节(b3)；

三个转动自由度弹簧肌肉关节(b)的膨胀肌肉(b1)的结构是：纵截面形状是“V”、“U”或“Ω”形状的弹性波纹管(b8)靠旋夹套(b7)夹紧在头座(b6)和尾座(b9)的波纹卡口上，头座(b6)和尾座(b9)的端面上均有三个安装球铰(b2)的螺纹孔，弹性波纹管(b8)、头座(b6)和尾座(b9)构成封闭空腔；直角管接头(b10)螺纹连接在尾座(b9)上，直角管接头(b10)与尾座(b9)间有密封圈(b11)密封；压缩弹簧(b12)安放在头座(b6)和尾座(b9)的中间孔内；

3)一个转动自由度弹簧肌肉关节(c)的结构是：纵截面形状是“V”、“U”或“Ω”形状的弹性波纹管(c8)靠旋夹套(c7)夹紧在头座(c6)和尾座(c9)的波纹卡口上，头座(c6)和尾座(c9)的端面上均有安装铰链(c4)的螺纹孔，弹性波纹管(c8)、头座(c6)和尾座(c9)构成封闭空腔；气体通过管接头(c10)进入弹性波纹管(c8)的空腔，管接头(c10)螺纹连接在尾座(c9)上，管接头(c10)与尾座(c9)之间有密封圈(c11)密封；压缩弹簧(c12)安放在头座(c6)和尾座(c9)的中间孔内；限位板(c1)靠螺钉固定在活页铰链(c2)的活页上，保证活页铰链(c2)在伸直位置时不能再逆时针转动；活页铰链(c2)的芯轴中间装有扭弹簧(c3)，活页铰链(c2)的两页端部分别固定在方板(c5)上，两个方板(c5)均与铰链(c4)的一个支架固定安装，两个铰链(c4)的另一个支架分别安装在头座(c6)和尾座(c9)的端面上，铰链(c4)支架和头座(c6)、铰链(c4)支架和尾座(c9)的安装端面之间都有密封垫(c13)；

4)一个转动自由度弯曲肌肉关节(d)的结构是：纵截面形状是“V”、“U”或“Ω”形状的弹性波纹管(d7)的两端分别靠卡箍(d4)夹紧在头座(d1)和尾座(d8)的波纹卡口上，弹性波纹管(d7)、头座(d1)和尾座(d8)构成封闭空腔；气体通过直角管接头(d11)进入弹性波纹管(d7)的空腔，软管(d10)接在直角管接头(d11)上，直角管接头(d11)螺纹连接在尾座(d8)上，直角管接头(d11)和尾座(d8)之间有密封圈(d9)密封；活页铰链(d6)的两个活页端部由螺钉固定在头座(d1)和尾座(d8)上，活页铰链(d6)和头座(d1)、及活页铰链(d6)和尾座(d8)之间均夹有调整垫(d2)和骨骼(d3)，更换调整垫(d2)可以调节弹性波纹管(d7)作用在活页铰链(d6)的弯矩；活页铰链(d6)的芯轴上装有扭弹簧(d5)，扭弹簧(d5)自由状态时，关节是伸直的；

5)三个转动自由度绳线牵引关节(e)的结构是：上平台(e7)和下平台(e5)均为等边三角形，在三个角处再切除三个相同的小等边三角形，形成具有三长边、三短边的六边形；一对球铰(e1)分别用螺钉安装在上平台(e7)的长边两端；两根牵引绳(e2)分别固定在这对球铰(e1)上，这两根牵引绳(e2)的另一端分别穿过下平台(e5)上对应短边两端的导向孔(e3)，再分别固定在微型气缸(e6)的活塞杆上；此关节共有三对(六个)球铰(e1)、三对(六根)牵引绳(e2)和六个微型气缸(e6)；在上平台(e7)和下平台(e5)的外接圆圆心处垂直地连接了球形万向节(e4)；

6)两个转动自由度绳线牵引关节(f)的结构是：球铰(f2)分别用螺钉安装在小圆台(f1)上，三个球铰(f2)在小圆台(f1)上120°对称安装；牵引绳(f3)穿过球铰(f2)的孔、并用球头端的紧定螺钉固定在孔内，与这个球铰(f2)连接的牵引绳(f3)的另一端分别穿过大圆台(f5)上120°对称分布的所对应的导向孔，再固定在微型气缸(f6)的活塞杆上；此关节共有三个球铰(f2)、三个牵引绳(f3)和三个微型气缸(f6)；在小圆台(f1)和大圆台(f5)的圆心处垂直地连接了球形万向节(f4)；

7)一个转动自由度绳线牵引关节(g)的结构是：导轮(g5)安装在活页铰链(g7)的芯轴的中间部位，两个相同的扭弹簧(g6)分别安装在活页铰链(g7)的芯轴上、导轮(g5)的两侧；牵引绳(g1)的一端穿过支架(g8)上的孔后用锁卡(g2)锁紧，支架(g8)用螺钉固定在活页铰链(g7)的一侧活页上；牵引绳(g1)的另一端经过导轮(g5)导向后、穿过微型气缸(g3)的活塞杆上的孔后用锁卡(g2)锁紧；包在微型气缸(g3)缸套外的夹紧套(g4)用螺钉将微型气缸(g3)固定在活页铰链(g7)的另一侧活页上。