[发明专利]复合驱动多种类关节的姿态表现机器人

说明书

技术领域：

本发明涉及一种复合驱动多种类关节的姿态表现机器人，此机器人采用气泵为动力源，以气动膨胀肌肉和气缸牵引绳线等多种驱动方式，驱动各种关节的转动；作为用于第三产业的服务类机器人，具体可作为：时装表现的模特机器人、交通指挥的交警机器人、现场接待的服务机器人和家庭应用的家务娱乐机器人，属于机器人、机电一体化的应用技术领域。

背景技术：

现有的机器人均采用电动装置(如电动机、电磁铁)，电动装置直接作用转动或直线移动。本发明机器人为关节型“类人”式机器人，采用气压作用，以气动膨胀肌肉直接驱动各种关节转动，或气缸驱动牵引绳、牵引绳再带动各种关节转动。关节的种类共有7种，机器人结构类似于人类，关节分布在机器人的颈部、腰部、髋部、膝部、脚踝、肩部、肘部、腕部、指根部和指节间等十个部位，能够完成更多的姿态表现。

发明内容：

本发明复合驱动多种类关节的姿态表现机器人以压缩空气为动力，因这种“类人，，式机器人受空间的限制，采用气动膨胀肌肉直接驱动、和气缸牵引的绳线(类似人类的肌腱)复合驱动等两种驱动方式；关节有一个转动自由度关节、二个转动自由度关节和三个转动自由度关节等三种转动自由度形式；涉及类似于人类的关节有：颈部关节1、腰关节2、髋关节3、膝关节4、脚踝关节5、肩关节6、肘关节7、腕关节8、掌指关节9和指关节10等十个部位的关节。

本发明的主要解决方案是这样实现的：

如附图1所示，姿态表现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。

如附图2所示，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，由上述零件形成三个转动自由度肌肉关节a。

如附图3、4所示，纵截面形状是“V”、“U”、“Ω”形状(附图4只给出“V”形结构)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3个安装球铰a2的螺纹孔，弹性波纹管a8、头座a6和尾座a9构成的封闭空腔；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；由上述零件构成膨胀肌肉a1。

其中：球铰a2结构如附图5所示，球形万向节a3的安装如附图6所示。

如附图7所示，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，由上述零件形成三个转动自由度弹簧肌肉关节b。