一种基于气缸的仿人型机器人的制作方法

本发明属于仿生机器人技术领域，尤其涉及一种基于气缸的仿人型机器人。

背景技术：

目前以电机作为动力源的仿人机器人已经相对成熟，气缸以清洁的气源作为介质，可以同时提供拉力和压力，并且气缸已经在工业领域得到广泛的运用，其作为执行元件的机器人关节可以同时具有旋转和移动的自由度，以其驱动的机器人自由度将大大增加，同时增加其工作的范围和空间，在机器人领域必将具有较为广阔的应用前景。目前气缸驱动的仿人型机器人研究基本处于空白状态。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述研究现状，提供了一种基于气缸仿人型机器人，本发明自由度多，干净、防爆等。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种基于气缸的仿人型机器人，其特征在于，该机器人包括左臂、右臂、腰部、左腿和右腿；

所述的腰部包括腰关节第一层固定板1、腰关节第一层气缸一2、腰关节第一层气缸二3、腰关节第一层气缸三4、腰关节第一层气缸四5、腰关节第一层气缸五6、腰关节第一层气缸六7、腰关节第二层固定板8、腰关节第二层气缸一9、腰关节第二层气缸二10、腰关节第二层气缸三11、腰关节第二层气缸四12、腰关节第二层气缸五13、腰关节第二层气缸六14、腰关节第三层固定板15，所述的腰关节第一层气缸一2、腰关节第一层气缸二3、腰关节第一层气缸三4、腰关节第一层气缸四5、腰关节第一层气缸五6、腰关节第一层气缸六7的两端均分别与所述的腰关节第一层固定板1、腰关节第二层固定板8可转动连接，驱动腰关节第一层固定板1、腰关节第二层固定板8模拟人的腰关节内收、外展、环转以及竖直方向的移动；所述的腰关节第二层气缸一9、腰关节第二层气缸二10、腰关节第二层气缸三11、腰关节第二层气缸四12、腰关节第二层气缸五13、腰关节第二层气缸六14的两端均分别与所述的腰关节第二层固定板8、腰关节第三层固定板15可转动连接，驱动腰关节第二层固定板8、腰关节第三层固定板15模拟人的腰关节内收、外展、环转以及竖直方向的移动；

所述的左腿包括髋关节气缸固定板16、髋关节气缸一17、髋关节气缸二18、股骨19、髋关节气缸三20、膝关节气缸一21、膝关节气缸二22、踝关节气缸一23、腓骨24、踝关节气缸二25、踝关节气缸三26、脚27，

所述的股骨19的一端与所述的髋关节气缸固定板16可转动连接；所述的髋关节气缸一17、髋关节气缸二18、髋关节气缸三20两端均分别与所述的髋关节气缸固定板16、股骨19可转动连接，驱动股骨19内收、外展、环转；

所述的膝关节气缸一21、膝关节气缸二22两端均分别与所述的股骨19、腓骨24的一端可转动连接，驱动腓骨24屈伸、收展；所述的腓骨24的另一端与所述的脚27可转动连接，所述的踝关节气缸一23、踝关节气缸二25、踝关节气缸三26两端均分别与所述的腓骨24的一端、所述的脚27可转动连接，驱动脚27内收、外展、环转；

所述的右腿与所述的左腿对称布置，且组成和结构相同；

所述的左臂包括肩关节气缸连接件28、肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32、肩关节气缸终端连接件33、肘关节气缸一34、肘关节气缸二35、肘关节气缸三36、肱骨37、腕关节气缸固定板一38、腕关节气缸一39、腕关节气缸二40、腕关节气缸三41、腕关节气缸固定板二42，

所述的肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32的两端均分别与所述的肩关节气缸连接件28和肩关节气缸终端连接件33可转动连接，驱动肩关节气缸终端连接件33屈伸、收展；所述的肱骨37的一端与所述的肩关节气缸终端连接件33，另一端与所述的腕关节气缸固定板一38可转动连接，所述的肘关节气缸一34两端分别与所述的肩关节气缸终端连接件33、腕关节气缸固定板一38可转动连接；所述的肘关节气缸二35的两端分别与所述的肩关节气缸终端连接件33、肱骨37可转动连接，所述的肘关节气缸三36的两端分别与所述的肱骨37、腕关节气缸固定板一38可转动连接；所述的肘关节气缸一34与肘关节气缸二35一起驱动肱骨37相对于肩关节气缸终端连接件33收展运动，肘关节气缸一34与肘关节气缸三36一起驱动腕关节气缸固定板一38相对于肱骨37收展运动。

所述的腕关节气缸一39、腕关节气缸二40和腕关节气缸三41的两端均分别与所述的腕关节气缸固定板一38、腕关节气缸固定板二42可转动连接；

所述的右臂与所述的左臂对称设置，且组成和结构相同；

所述的腰关节第一层固定板1与所述的肩关节气缸连接件28可转动连接，所述的腰关节第三层固定板15与所述的髋关节气缸固定板16可转动连接。

进一步地，所述的气缸为液压缸或电缸。

进一步地，所述的气缸通过压力传感器与气动阀相结合的控制方式，所述的气动阀为比例压力阀或高速开关阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明利用串联、并联、混联气动作为执行元件，驱动腰关节、髋关节、膝关节、踝关节、肩关节、肘关节、腕关节分别具有12、3、2、3、3、1、4个自由度，同时肩关节与肘关节之间增加一个自由度。

2.以气缸作为执行元件的机器人关节，同时具有转动和移动的自由度，大大增加了关节的自由度和工作空间，设计的仿人型机器人具有44个自由度；

3.本发明中的气缸可以为液压缸或者电缸，其效果一致，各气缸的协同控制使得整个仿人型机器人具有多个自由度，可以形象地模拟人可以实现的各种动作。

附图说明

图1是基于气缸的仿人型机器人的整体结构示意图；

图2是基于气缸的仿人型机器人的腰关节结构示意图；

图3是基于气缸的仿人型机器人的下肢结构示意图；

图4是基于气缸的仿人型机器人的上肢结构示意图。

图中：腰关节第一层固定板1、腰关节第一层气缸一2、腰关节第一层气缸二3、腰关节第一层气缸三4、腰关节第一层气缸四5、腰关节第一层气缸五6、腰关节第一层气缸六7、腰关节第二层固定板8、腰关节第二层气缸一9、腰关节第二层气缸二10、腰关节第二层气缸三11、腰关节第二层气缸四12、腰关节第二层气缸五13、腰关节第二层气缸六14、腰关节第三层固定板15、髋关节气缸固定板16、髋关节气缸一17、髋关节气缸二18、股骨19、髋关节气缸三20、膝关节气缸一21、膝关节气缸二22、踝关节气缸一23、腓骨24、踝关节气缸二25、踝关节气缸三26、脚27、肩关节气缸连接件28、肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32、肩关节气缸终端连接件33、肘关节气缸一34、肘关节气缸二35、肘关节气缸三36、肱骨37、腕关节气缸固定板一38、腕关节气缸一39、腕关节气缸二40、腕关节气缸三41、腕关节气缸固定板二42。

具体实施方式

如图1、2、3、4所示，本发明的基于气缸的仿人型机器人包括腰关节第一层固定板1、腰关节第一层气缸一2、腰关节第一层气缸二3、腰关节第一层气缸三4、腰关节第一层气缸四5、腰关节第一层气缸五6、腰关节第一层气缸六7、腰关节第二层固定板8、腰关节第二层气缸一9、腰关节第二层气缸二10、腰关节第二层气缸三11、腰关节第二层气缸四12、腰关节第二层气缸五13、腰关节第二层气缸六14、腰关节第三层固定板15、髋关节气缸固定板16、髋关节气缸一17、髋关节气缸二18、股骨19、髋关节气缸三20、膝关节气缸一21、膝关节气缸二22、踝关节气缸一23、腓骨24、踝关节气缸二25、踝关节气缸三26、脚27、肩关节气缸连接件28、肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32、肩关节气缸终端连接件33、肘关节气缸一34、肘关节气缸二35、肘关节气缸三36、肱骨37、腕关节气缸固定板一38、腕关节气缸一39、腕关节气缸二40、腕关节气缸三41、腕关节气缸固定板二42。

其中，腰关节第一层气缸一2、腰关节第一层气缸二3、腰关节第一层气缸三4、腰关节第一层气缸四5、腰关节第一层气缸五6、腰关节第一层气缸六7两端分别与腰关节第一层固定板1、腰关节第二层固定板8可转动连接，驱动腰关节第一层固定板1、腰关节第二层固定板8模拟人的腰关节内收、外展、环转以及竖直方向的移动；同样腰关节第二层气缸一9、腰关节第二层气缸二10、腰关节第二层气缸三11、腰关节第二层气缸四12、腰关节第二层气缸五13、腰关节第二层气缸六14两端分别与腰关节第二层固定板8、腰关节第三层固定板15可转动连接，驱动腰关节第二层固定板8、腰关节第三层固定板15模拟人的腰关节内收、外展、环转以及竖直方向的移动。

腰关节第三层固定板15与髋关节气缸固定板16固定连接，股骨19与髋关节气缸固定板16可转动连接，髋关节气缸一17、髋关节气缸二18、髋关节气缸三20两端分别与髋关节气缸固定板16、股骨19可转动连接，驱动股骨19内收、外展、环转。膝关节气缸一21、膝关节气缸二22两端分别与股骨19、腓骨24可转动连接，驱动腓骨24屈伸、收展。腓骨24与脚27可转动连接，踝关节气缸一23、踝关节气缸二25、踝关节气缸三26两端分别与腓骨24、脚27可转动连接，驱动脚27内收、外展、环转。

肩关节气缸连接件28与腰关节第一层固定板1固定连接，肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32一端与肩关节气缸连接件28可转动连接，另一端与肩关节气缸终端连接件33可转动连接，肩关节气缸一29、肩关节气缸二30、肩关节气缸三31、肩关节气缸四32驱动肩关节气缸终端连接件33屈伸、收展。肱骨37一端与肩关节气缸终端连接件33可转动连接，另一端与腕关节气缸固定板一38可转动连接，肘关节气缸一34两端分别与肩关节气缸终端连接件33、腕关节气缸固定板一38可转动连接，肘关节气缸二35两端分别与肩关节气缸终端连接件33、肱骨37可转动连接，肘关节气缸三36两端分别与肱骨37、腕关节气缸固定板一38可转动连接，肘关节气缸一34与肘关节气缸二35一起驱动肱骨37相对于肩关节气缸终端连接件33收展运动，肘关节气缸一34与肘关节气缸三36一起驱动腕关节气缸固定板一38相对于肱骨37收展运动。腕关节气缸一39、腕关节气缸二40、腕关节气缸三41两端分别与腕关节气缸固定板一38、腕关节气缸固定板二42可转动连接，驱动腕关节气缸固定板二42屈伸、收展、环转运动。

两下肢和两上肢左右对称，结构完全一致。

各气缸的控制位置控制采用压力传感器与气动阀相结合，气动阀可以是比例压力阀或者高速开关阀。

本发明，通过控制各气缸的位置，实现仿人机器人位姿的控制，可以动态形象的人的动作，并且可以实现精确的轨迹控制，本发明拥有其他气缸仿人型机器人无法比拟的优势。

以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式中的一种，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。