CN104029217A 说明书 1/3页 一种基于万向联轴节式并联机构的气动肌肉仿生关节 技术领域 [0001] 本发明涉及机器人和人体仿生学领域，特别涉及一种气动肌肉仿生关节。 背景技术 [0002]当今社会，随着经济高速增长和快速发展的同时，生产和交通灾害所造成的残疾 人数正逐年增加，多种疾病也致使许多人的上肢失去功能。另外一个方面，全球人口的老 龄化带来大量的问题，例如老龄人需要专业的及时看护完成日常生活、医疗问题。这些问 题的解决将带来大量的财政负担。人体上肢仿生机构可以用于这些患者的肢体功能恢复， 并且可用于为老年人提供助力装置以便完成日常生活运动，这将缓解当前专业技师人数不 足的局面，并使之能够降低他们的财政负担，具有重大的社会意义。目前，虽然国内外学者 对气动肌肉上肢康复领域的研究己经展开了很多年，对仿生肘关节的结构设计也多种多 样，包括3-SPS/S等并联机构，但这些机构的运动空间普遍较小，远小于人类手臂的运动范 围，且多为电机驱动，使得其质量大，安全性能差，这让仿生手臂的舒适度、活动范围以及 患者的康复效果与实际需求相差甚远。新型仿生驱动装置一气动（人工）肌肉(Pneumatic Artificial Muscle,简称PAM),主要优点在于工作方式、响应时间、伸缩范围与生物肌肉较 为相似，其非线性特性与人体骨骼肌相近，并且具备电机等驱动器不具备的柔顺性。气动 (人工)肌肉驱动装置可应用于多个领域，可替代现在机器人上广泛使用的电机驱动装置， 使得机器人具有更好的灵活性，如可以用于人体假肢、肢体康复设备和仿生机器人以及娱 乐行业等等。 [0003]中国专利CN1961848B提出了一种单自由度气动肌肉的柔性外骨骼肘关节，该 肘关节机构由两条气动肌肉及一个单自由度旋转运动副构成，该结构只能实现单自由度运 动。 [0004]中国专利CN101181175A提出了一种单自由度肘关节康复训练装置，该机构采用 两根气动肌肉双端对拉的方式驱动，该结构只能实现单自由度运动。 [0005]中国专利CN102126210A,提出了一种七自由度气动肌肉柔性机械手臂，该机构的 每自由度运动是通过两根气动肌肉的双端对拉原理驱动，带来的结果是体积庞大，成本高 昂。 发明内容 [0006]本发明的目的在于提供一种结构简单、轻便，具有良好灵活性及柔顺性并可实现 大范围位姿调整的气动肌肉仿生关节。 [0007]本发明的气动肌肉仿生关节具有三维旋转自由度，其特殊之处是，气动肌肉与前 臂平台及固定端平台的连接部分采用万向联轴节、连接轴、深沟球轴承和弹性挡圈连接。通 过驱动气动肌肉，进而驱动前臂平台三维旋转运动。 [0008]从图1所示，所述仿生关节的性能包括：以地面为固定坐标系，前臂平台的支撑杆 平行于7轴，且垂直向上。前臂平台绕X轴，/轴，运动范围可达(-50°，50°)绕Z轴旋转