氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，包括有水平設(shè)置的固定平臺(tái)，以及水平設(shè)置于固定平臺(tái)正上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，固定平臺(tái)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間中間位置豎向設(shè)置有可伸縮式中心液壓缸，位于中心液壓缸左側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元，位于中心液壓缸右側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第三氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元。本發(fā)明采用氣動(dòng)人工肌肉和液壓缸混合驅(qū)動(dòng)方式，充分利用氣動(dòng)人工肌肉柔順性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和液壓缸負(fù)載能力強(qiáng)、精度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝拆卸方便靈活、易控制、操作方便。
【專(zhuān)利說(shuō)明】氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人領(lǐng)域，具體是一種氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]并聯(lián)機(jī)器人具有剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、承載能力強(qiáng)、精度高、響應(yīng)速度快、運(yùn)動(dòng)慣性小和便于實(shí)時(shí)控制等優(yōu)點(diǎn)。由于其卓越的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)性能以及潛在的工業(yè)應(yīng)用前景，目前，各種自由度的并聯(lián)機(jī)器人在國(guó)內(nèi)外都有廣泛的研究，并且已被成功地應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床、航天器對(duì)接裝置、雷達(dá)定向裝置、運(yùn)動(dòng)模擬器以及醫(yī)用機(jī)器人等方面。隨著現(xiàn)代社會(huì)的老齡化、工作強(qiáng)度大、交通、工傷事故的增加，以及現(xiàn)代生活崇尚運(yùn)動(dòng)健身，如人體腰部和腳部損傷康復(fù)訓(xùn)練及健身運(yùn)動(dòng)已逐步成為現(xiàn)代社會(huì)人們健康工作生活的一部分。在機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展中，并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)不僅具有精度高、響應(yīng)快、負(fù)載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，而且要能表現(xiàn)出良好的柔順性，尤其是在人體腰部訓(xùn)練模擬仿生機(jī)器人和腳部鍛煉康復(fù)機(jī)器人領(lǐng)域，人們對(duì)并聯(lián)機(jī)器人柔順安全性的要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)其位置精度的要求。
[0003]
【發(fā)明內(nèi)容】
本發(fā)明的目的是提供一種氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為:
氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:包括有水平設(shè)置的固定平臺(tái)，以及水平設(shè)置于固定平臺(tái)正上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，固定平臺(tái)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間中間位置豎向設(shè)置有可伸縮式中心液壓缸，固定平臺(tái)頂面幾何中心位置固定有液壓缸下端球鉸鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面幾何中心位置固定有液壓缸上端球鉸鏈，所述中心液壓缸上端鉸接在液壓缸上端球鉸鏈處，中心液壓缸下端鉸接在液壓缸下端球鉸鏈處，位于中心液壓缸左側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元，位于中心液壓缸右側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第三氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元，第一、第二、第三及第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元結(jié)構(gòu)相同，其中第一、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，第三、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元頂端分別鉸接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元底端分別鉸接在固定平臺(tái)頂面，且各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與固定平臺(tái)之間分別在不同方向夾持相同角度α，各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間分別在不同方向夾持相同角度β。
[0005]所述的氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元包括氣動(dòng)人工肌肉，氣動(dòng)人工肌肉上端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉上連接件與支撐單元球鉸鏈連接，支撐單元球鉸鏈通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在支撐單元上套筒端部，氣動(dòng)人工肌肉下端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉下連接件與虎克鉸鏈連接，氣動(dòng)人工肌肉下連接件通過(guò)螺栓連接安裝在支撐單元下套筒端部，支撐單元上、下套筒之間連接有套在氣動(dòng)人工肌肉外的彈簧，所述支撐單元球鉸鏈固定于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面，虎克鉸鏈固定于固定平臺(tái)頂面。
[0006]所述的氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:所述氣動(dòng)人工肌肉下連接件上設(shè)有與氣動(dòng)人工肌肉內(nèi)連通的進(jìn)氣孔。
[0007]本發(fā)明的有益效果為:氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人通過(guò)采用四條氣動(dòng)人工肌肉和一條液壓缸混合驅(qū)動(dòng)并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)構(gòu)型，能夠完成具有空間六自由度的人體腰部訓(xùn)練模擬器和腳部鍛煉及健身康復(fù)運(yùn)動(dòng)器。該機(jī)器人采用氣動(dòng)人工肌肉和液壓缸混合驅(qū)動(dòng)方式，充分利用氣動(dòng)人工肌肉柔順性好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和液壓缸負(fù)載能力強(qiáng)、精度高的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、組裝拆卸方便靈活、易控制、操作方便。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本發(fā)明氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本發(fā)明氣動(dòng)人工肌肉支撐單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0010]圖3為氣動(dòng)人工肌肉支撐單元的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1所示。氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，包括有水平設(shè)置的固定平臺(tái)5，以及水平設(shè)置于固定平臺(tái)5正上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6，固定平臺(tái)5與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6之間中間位置豎向設(shè)置有可伸縮式中心液壓缸8，固定平臺(tái)5頂面幾何中心位置固定有液壓缸下端球鉸鏈9，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6底面幾何中心位置固定有液壓缸上端球鉸鏈7，中心液壓缸8上端絞接在液壓缸上端球絞鏈7處，中心液壓缸8下端絞接在液壓缸下端球絞鏈9處，位于中心液壓缸8左側(cè)的固定平臺(tái)5、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6之間設(shè)置有第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元2，位于中心液壓缸8右側(cè)的固定平臺(tái)5、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6之間設(shè)置有第三氣動(dòng)人工肌肉支撐單元3、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元4，第一、第二、第三及第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、2、3、4結(jié)構(gòu)相同，其中第一、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、2在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，第三、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元3、4在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元頂端分別鉸接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6底面，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元底端分別鉸接在固定平臺(tái)5頂面，且各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與固定平臺(tái)5之間分別在不同方向夾持相同角度α，各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6之間分別在不同方向夾持相同角度β。
[0012]如圖2、3所示,每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元包括氣動(dòng)人工肌肉1-5,氣動(dòng)人工肌肉上端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉上連接件1-3與支撐單元球鉸鏈1-1連接，支撐單元球鉸鏈1-1通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在支撐單元上套筒1-2端部，氣動(dòng)人工肌肉1-5下端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6與虎克鉸鏈1-8連接，氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6通過(guò)螺栓連接安裝在支撐單元下套筒1-7端部，支撐單元上、下套筒1-2、1-7之間連接有套在氣動(dòng)人工肌肉1-5外的彈簧1-4，所述支撐單元球鉸鏈1-1固定于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6底面，虎克鉸鏈1-8固定于固定平臺(tái)5頂面。
[0013]氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6上設(shè)有與氣動(dòng)人工肌肉內(nèi)連通的進(jìn)氣孔。
[0014]氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人包括一個(gè)底部的固定平臺(tái)5、一個(gè)頂端的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6、第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元2、第三氣動(dòng)人工肌肉支撐單元3、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元4、液壓缸上端球鉸鏈7、中心液壓缸8和液壓缸下端球鉸鏈9構(gòu)成。
[0015]四組氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、2、3、4結(jié)構(gòu)完全相同，以第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I為例，第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I包括支撐單元球鉸鏈1-1、支撐單元上套筒1-2、氣動(dòng)人工肌肉上連接件1-3、彈簧1-4、氣動(dòng)人工肌肉1-5、氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6、支撐單元下套筒1-7、虎克鉸1-8。氣動(dòng)人工肌肉上端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉上連接件1-3與支撐單元球鉸鏈1-1連接，氣動(dòng)人工肌肉1-5下端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6與虎克鉸鏈1-8連接，氣動(dòng)人工肌肉上連接件1-3和下連接件1-6既起聯(lián)接作用，同時(shí)有氣動(dòng)人工肌肉進(jìn)氣孔。
[0016]支撐單元球鉸鏈1-1通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在支撐單元上套筒1-2端部，氣動(dòng)人工肌肉下連接件1-6通過(guò)螺栓連接安裝在支撐單元下套筒1-7端部，在氣動(dòng)人工肌肉1-5周?chē)?、支撐單元上套?-2和支撐單元下套筒1-7之間安裝有彈簧1-4，支撐單元上套筒1-2、支撐單元下套筒1-7和之間的彈簧1-4具有導(dǎo)向作用，使得氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I既可以承受壓力又可以承受拉力。
[0017]固定平臺(tái)5的幾何中心處安裝有液壓缸下端球鉸鏈9，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6的幾何中心處安裝有液壓缸上端球鉸鏈7。中心液壓缸8下端通過(guò)液壓缸下端球鉸鏈9與固定平臺(tái)5連接，上端通過(guò)液壓缸上端球鉸鏈7與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6連接。
[0018]固定平臺(tái)5周?chē)鶆蚍植妓慕M虎克鉸安裝孔，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6周?chē)鶆蚍植妓慕M球鉸鏈安裝孔。以第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元為例，第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I下端通過(guò)虎克鉸1-8與固定平臺(tái)5連接，虎克鉸1-8通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在固定平臺(tái)5上，第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I上端通過(guò)支撐單元球鉸鏈1-1與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6連接，支撐單元球鉸鏈1-1通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6上，第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元I與固定平臺(tái)5和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6之間的安裝角度分別為α和β。中心液壓缸8由外置液壓回路驅(qū)動(dòng)，可以伸長(zhǎng)或縮短。四組氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、2、3、4由外置氣壓回路驅(qū)動(dòng)，可以伸長(zhǎng)或縮短。運(yùn)動(dòng)平臺(tái)6在四組氣動(dòng)人工肌肉支撐單元1、2、3、4和中心液壓缸8的共同作用下被完全約束，可以實(shí)現(xiàn)在空間的六自由度運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:包括有水平設(shè)置的固定平臺(tái)，以及水平設(shè)置于固定平臺(tái)正上方的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，固定平臺(tái)與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間中間位置豎向設(shè)置有可伸縮式中心液壓缸，固定平臺(tái)頂面幾何中心位置固定有液壓缸下端球鉸鏈，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面幾何中心位置固定有液壓缸上端球鉸鏈，所述中心液壓缸上端鉸接在液壓缸上端球鉸鏈處，中心液壓缸下端鉸接在液壓缸下端球鉸鏈處，位于中心液壓缸左側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第一氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元，位于中心液壓缸右側(cè)的固定平臺(tái)、運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間設(shè)置有第三氣動(dòng)人工肌肉支撐單元、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元，第一、第二、第三及第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元結(jié)構(gòu)相同，其中第一、第二氣動(dòng)人工肌肉支撐單元在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，第三、第四氣動(dòng)人工肌肉支撐單元在空間呈交錯(cuò)設(shè)置，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元頂端分別鉸接在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面，每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元底端分別鉸接在固定平臺(tái)頂面，且各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與固定平臺(tái)之間分別在不同方向夾持相同角度α，各個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)之間分別在不同方向夾持相同角度β。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:每個(gè)氣動(dòng)人工肌肉支撐單元包括氣動(dòng)人工肌肉，氣動(dòng)人工肌肉上端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉上連接件與支撐單元球鉸鏈連接，支撐單元球鉸鏈通過(guò)螺栓聯(lián)接安裝在支撐單元上套筒端部，氣動(dòng)人工肌肉下端通過(guò)氣動(dòng)人工肌肉下連接件與虎克鉸鏈連接，氣動(dòng)人工肌肉下連接件通過(guò)螺栓連接安裝在支撐單元下套筒端部，支撐單元上、下套筒之間連接有套在氣動(dòng)人工肌肉外的彈簧，所述支撐單元球鉸鏈固定于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)底面，虎克鉸鏈固定于固定平臺(tái)頂面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣動(dòng)人工肌肉液壓混合驅(qū)動(dòng)六自由度并聯(lián)機(jī)器人，其特征在于:所述氣動(dòng)人工肌肉下連接件上設(shè)有與氣動(dòng)人工肌肉內(nèi)連通的進(jìn)氣孔。
【文檔編號(hào)】B25J11/00GK104175317SQ201410356384
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】訾斌, 錢(qián)森, 朱華炳, 曹建斌 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)