[发明专利]一种基于气动肌肉的仿人下肢系统

说明书

技术领域

本发明属于仿生机器人技术领域，涉及一种基于气动肌肉的仿人下肢系统。

背景技术

气动肌肉具有很高的功率/质量比、仅受气压因素、刚度容易调节等优点，同时具有类似于人类肌肉的柔顺性等优点，因此气动肌肉在机器人领域具有广泛的应用。中国专利201510332488.2、201510181494.2、201510434010.0提出采用肌肉对拉的方式设计仿人上肢关节，中国专利201410040899提出采用规则分布的混联机构设计仿人下肢关节，一些人体关节肌肉被忽略，仍然不能够较真实的模拟人的关节肌肉分布和驱动情况。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有的技术缺陷，提供了一种基于气动肌肉的新型仿人下肢，本发明结构紧凑，干净、防爆等。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种基于气动肌肉的仿人下肢系统，它包括：

一种基于气动肌肉的仿人下肢系统，其特征在于，该系统包括骨盆1、股骨2、闭孔内肌3、股方肌4、耻骨肌5、短收肌6、大收肌一7、长收肌8、臀中肌一9、梨状肌10、臀中肌二11、臀大肌12、髂腰肌13、股二头肌14、大收肌二15、半腱肌16、半膜肌17、腓骨第一段18、腓骨肌肉连接板19、比目鱼肌一20、比目鱼肌二21、腓骨短肌22、胫骨前肌23、腓骨第二段24、脚25；

所述的股骨2一端与所述的骨盆1可转动连接，另一端与所述的腓骨第一段18的一端可转动连接；所述的闭孔内肌3、股方肌4、耻骨肌5、短收肌6、大收肌一7、长收肌8、臀中肌一9、梨状肌10、臀中肌二11、臀大肌12、髂腰肌13的两端均可转动地连接在所述的骨盆1和所述的股骨2之间，每根肌肉上均设置气动阀，通过气动阀控制上述肌肉的充放气，进一步控制其伸缩，驱动股骨2的屈伸、收展和环转；

所述的腓骨第一段18的另一端与所述的腓骨肌肉连接板19的上表面固定连接；所述的股二头肌14、大收肌二15、半腱肌16、半膜肌17的两端均可转动地连接在所述的骨盆1和腓骨肌肉连接板19之间，每根肌肉上均设置气动阀，通过气动阀控制股二头肌14、大收肌二15、半腱肌16、半膜肌17的充放气，驱动股骨2的屈伸、收展、环转和腓骨第一段18、腓骨肌肉连接板19的屈伸、收展、环转；

所述的腓骨第二段24的一端固定连接在所述的腓骨肌肉连接板19的下表面，所述的腓骨第二段24的另一端与所述的脚可转动连接，所述的腓骨肌肉连接板19带动腓骨第二段24屈伸、收展、环转；

所述的比目鱼肌一20、比目鱼肌二21、胫骨前肌23的两端均分别与所述的腓骨肌肉连接板19的下表面、脚25可转动连接，所述的腓骨短肌22的两端分别与所述的腓骨第二段24、脚25可转动连接；每根肌肉上都设置气动阀，通过气动阀控制比目鱼肌一20、比目鱼肌二21、腓骨短肌22、胫骨前肌23的充放气，进一步控制其伸缩，驱动脚25的屈伸、收展、环转；

上述每根肌肉均为气动肌肉，每根肌肉的长短及其与骨头的连接位置均仿人体设置。

进一步地，所述的骨盆的形状仿人体骨盆设置，且采用金属3D打印制成。

进一步地，所述的股骨2为长条形，其周向有四个面，内侧面、外侧面、前面和后面共四个面，所述的闭孔内肌3、股方肌4、耻骨肌5、短收肌6、大收肌一7、长收肌8的两端均分别与所述的骨盆1的下面、股骨2的内侧面可转动连接，臀中肌一9、臀中肌二11的两端均分别与骨盆1的外侧面、股骨2的外侧面可转动连接，梨状肌10、臀大肌12的两端均分别与骨盆1的后面、股骨2的外侧面可转动连接，髂腰肌13的两端分别通过钢丝绳与骨盆1的前面、股骨2的前面可转动连接。

进一步地，所述的肌肉与骨盆1、股骨2、腓骨、脚25的可转动连接均为通过钢丝绳连接。

本发明的有益效果是：

1.本发明利用多根非均匀分布的气动肌肉驱动关节，可以同时实现关节多个方向的运动；

2.本发明利用气动肌肉驱动具有较大的功率/质量比、较好的柔顺性、结构紧凑等优点；

3.本发明髋关节、膝关节、踝关节分别具有3、3、3个自由度，可以形象地模拟人下肢可以实现的各种动作，有助于了解人体结构和人体下肢每根肌肉在下肢运动中的作用。

附图说明

图1是基于气动肌肉的新型仿人下肢总体机械结构图；

图2是基于气动肌肉的新型仿人下肢肌肉与股骨内侧面连接机械结构图；

图3是基于气动肌肉的新型仿人下肢大腿其他肌肉连接机械结构图；