CN104942791A 说明书 3/5页 [0031]图中：1.固定支架、2.第一气动肌肉、3.旋转支架、4.第二气动肌肉、5.虎克铰 一、6.肩关节、7.第三气动肌肉、8.机械上臂、9.虎克铰二、10.肘关节、11.机械小臂、 12.肌肉固定架、13.第四气动肌肉、14.手腕、15.支撑座、16.腕关节一、17.腕关节二、 18.手组件、19.手掌、20.绕线轮、21.拇指、22.食指、23.中指、24.无名指、25.小指、26.腕 关节轴二、27.腕关节轴一、28.滑轮、29.手指撑板、30.掌骨滑轮、31.手指轴一、32.手指 掌骨指节、33.手指轴二、34.轴承、35.近滑轮、36.近指节、37.中指节、38.双滑轮、39.远 滑轮、40.远指节、41.旋转滑轮、42.旋转轴、42-1.圆盘、43绳子、44.导绳孔、45.出绳孔、 46.导向孔、47气源装置、48.气动三联件、49.电磁阀、50.比例压力阀、51.压力传感器、 52.气动肌肉、53.角度传感器、54.关节、55.数据采集卡、56.计算机、57.铰接轴。 具体实施方式 [0032]以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。 [0033]本发明所述的气动人工肌肉作为新型机器人和机械手的驱动器在各领域应用中 有很大的潜力。气动肌肉具有高的仿生性，它结构简单、体积小的特点使它可以依附在机械 手的结构内：它紧密度高、强度大、力重比大的性能使它可以像生物肌肉一样对关节的运动 提供一个动力：它依靠空气的作用使其体积发生膨胀来产生拉力，这使机械手具有安全性 和柔顺性，同时以空气作为介质，有利于节能和环保。所以，可以利用气动肌肉来直接驱动 或间接驱动机械手的运动。 [0034]如图1所示，本发明包括机械手机构、驱动机械手机构运动的人工肌肉系统、对人 工肌肉系统进行气体传送从而控制人工肌肉系统动作的气路回路控制系统、将人工肌肉系 统的动力传递给机械手机构的绳牵引系统。 [0035]机械手机构中：机械上臂8通过铰接轴57直接定位在肩关节6上，机械下臂11通 过肘关节10可活动地定位在机械上臂8上，手组件18通过腕关节一16、腕关节二17可活 动地定位在机械下臂上，手组件包括手掌19、拇指、食指、中指、无名指和小指，五个手指可 活动地并联定位在手掌19上。 [0036]固定支架1通过旋转轴42和旋转支架3相连：旋转支架通过旋转轴和虎克铰一5 相连：肩关节和虎克铰一是固定的，机械上臂通过铰接轴直接和肩关节连接，机械上臂的另 一端通过虎克铰二可转动地连接肘关节；机械下臂的一端固定在肘关节上，另一端通过腕 关节一和手腕14连接，手腕14通过手腕轴一27和支撑座15连接：手掌通过手腕轴二26 可转动地和腕关节二连接。 [0037]所述五个手指结构相同，各自由若干个指节通过手指轴铰接形成，并且各手指通 过根部的手指轴一31可转动地并联较接在手掌上。以小指为例（参见图7)：手指掌骨指 节32、手指近指节36、手指中指节37、手指远指节40分别通过手指轴二33互相轴线平行地 铰接为一体，这些轴线也与手掌面平行（拇指的这些手指轴轴线与手掌面垂直），其中铰接 手指掌骨指节与手指撑板的手指轴一31的轴线垂直于较接其它指节手指轴的轴线（拇指 该处手指轴的轴线平行于手掌面)，手指撑板29固定在手掌上。 [0038]由图7可见：手指撑板的一端通过手指轴一与手指掌骨指节32的一端铰接在一起 (其中手指撑板和手指轴一之间装有轴承34，手指轴一中点固定着掌骨滑轮30，它的轴线 和和手指轴一的轴线同轴)，可以实现整根手指的左右旋转运动，使相邻的两根手指具有夹 6
CN104942791A 说明书 4/5页 取的功能。 [0039]手指掌骨指节的一端通过手指轴二33与手指近指节36的一端较接（其中手指掌 骨指节与手指轴二之间装有轴承，手指近指节的铰接端固定着近滑轮35，近滑轮的轴线与 此处手指轴二的轴线同轴)，。 [0040] 手指近指的一端通过手指轴二与手指中指节37的一端铰接（其中手指近指节与 手指轴二之间装有轴承，手指中指节的较接端固定着双滑轮38，双滑轮的轴线和手指轴二 的轴线同轴)。 [0041]手指中指节的一端通过手指轴二与手指远指节40铰接（其中手指中指节和手指 轴二间装有轴承，手指远指节的铰接端固定着手指远滑轮39，手指远滑轮的轴线和手指轴 二的轴线同轴)。 [0042]所述气动肌肉系统中：两根平行的第一气动肌肉2一端活动地定位在固定支架 上，另一端通过绳子的牵引，带动旋转滑轮41使旋转支架3绕其轴线做旋转运动，其中旋转 滑轮固定在旋转轴42上，与旋转轴的轴线同轴：四根平行的第二气动肌肉4的一端定位在 旋转支架上，另一端通过驱动虎克铰一直接驱动肩关节和机械上臂的屈伸和收展运动。四 根平行的第三气动肌肉7一端可转动地固定在肩关节上，另一端通过虎克铰二9直接驱动 肘关节和机械下臂的屈伸和旋转运动：四根平行的第四气动肌肉13一端可转动地定位在 肌肉固定架的形状盘上，另一端连接绳子，通过绳子的牵引，驱动腕关节一的左右旋转和腕 关节二的上下抬伸运动，同时五根手指的运动也是通过三十根第四气动肌肉拉动绳子间接 来驱动的。 [0043]图8表示小指和四根绳子43的连接关系：每根绳子对应一个滑轮进行牵引：每根 绳子的两端依次穿过各指节的导绳孔44后再绕手掌上的导向轮20，经过手掌的出绳孔45 和牵引腕关节的绳子穿过手腕14到达肌肉固定架形状盘上的导向孔46（即小孔）后，最后 与相应的第四气动肌肉连接，其中每根手指的远指节和中指节在运动时易耦合，所以共用 一对第四气动肌肉来间接驱动，依靠双滑轮在绳子的牵引下带动远滑轮，从而实现远关节 的运动。 [0044]图9显示的是气路回路控制系统，由气源装置47、气动三联件48、电磁阀49、比例 压力阀50、压力传感器51、气动肌肉52、角度传感器53、关节54、数据采集卡55、计算机56 组成。在计算机上利用VB软件编写程序，加入PID参数的模糊整定控制，建立控制界面，输 入气动肌肉仿生机械手的操作命令、通过数据采集卡的D/A口和I/0口分别调节电磁阀、比 例压力阀，通过控制气路系统各气动肌肉的空气压缩量，从而实现各关节的运动。同时压 力传感器检测气动肌肉内压力的状况、角度传感器检测关节的旋转角度，将所检测的模拟 信号反馈到数据采集卡，经过AD转换，PD的模糊整定，输入到控制界面，经过多次的调节 后，各关节达到理想的运动状态，从而实现了机械手的仿生运动。 [0045]本发明的工作过程如下： [0046]装配机械手机构，连接气路控制系统，接通电源，打开气源装置，气体经过气动三 联件、电磁阀，到达比例压力阀。 [0047]利用VB软件、PID控制器，编辑控制界面，将数据采集卡和计算机用USB线连接通 信，经过D/A口，分别给电磁阀、比例压力阀电压信号，控制气路中气体的流量，进而调节各 气动肌肉的内部压力，气动肌肉通过绳索，驱动滑轮旋转，实现各机构的运动。同时压力传 7