CN104842345A 说明书 1/3页 一种基于多种人工肌肉混合驱动的仿人机械臂 技术领域 [0001] 本发明涉及一种基于多种人工肌肉混合驱动的仿人机械臂，其属于机器人领域、 仿生学领域及智能材料领域。 背景技术 [0002] 模仿人类手臂功能的机械臂目前在军事、医疗及服务等领域都获得了一定的应 用，其不仅可以代替人类在危险的环境下进行作业，亦可以帮助残障人士完成日常的行为 动作。但目前仿人机械臂的驱动装置主要采用电机与减速机构配合的方案，机器人的多自 由度运动采用的是多电机联动实现，从而大大增加了机器人重量，降低了安全性，也使得传 动机构更加复杂化。在提高机械臂驱动装置的功率密度比方面，国内外主要集中在对刚性 驱动的研究上，且主要以缩小冷却系统体积、提高电机转速等方式达到这一目的。然而由于 传统电机功率密度随着体积的减小而迅速降低，又由于传动误差和摩擦力的存在，使得在 提高驱动系统的功率密度和整体响应性能方面受到限制。 [0003]此外，仿生结构设计也是高性能仿生柔顺驱动技术的重要方面，目前的仿人机械 臂设计思想基本是用机械设计的原理和理论，仿照生物骨骼结构的功能和外形进行设计， 但生物运动离不开肌肉系统，需要综合考虑肌肉-骨骼系统的仿生设计。 [0004]目前国内外均对人工肌肉驱动机械臂进行了大量的研究，例如德国FEST0公司研 制的AirArm,其由转子、上臂、前臂及末端夹持器组成，共由12根气动肌肉驱动，实现6个自 由度：日本中央大学精密机械学院亦基于气动肌肉研制了7自由度人工肌肉手臂，其由肩 部、肘部及腕部组成，共由16根气动肌肉进行驱动。国内方面，浙江理工大学金英子研制了 一种基于气动人工肌肉的自适应多自由度仿人机械手（中国发明专利，CN104589310A),其 由机械大臂、机械小臂、手以及5个手指组成，由多个气动肌肉群进行驱动：此外，金英子亦 研制了一种基于气动肌肉的六自由度柔性机械手臂（中国发明专利，C101817181A),其 由固定平台、肩关节、肩关节驱动、肘关节、肘关节驱动、腕关节和腕关节驱动组成，共由14 根气动肌肉进行驱动：南京航空航天大学王扬威研制了一种形状记忆合金丝驱动的柔性机 械臂（中国发明专利，CN102962850A),其利用SMA丝作为动力源，可模仿章鱼腕的柔性弯 曲和收缩运动。 [0005]目前研制的人工肌肉驱动机械臂尚还采用单一的人工肌肉材料作为驱动器，然而 不同的人工肌肉均有不同的优点特性，利用不同的人工肌肉材料对机械臂进行混合驱动， 能在很大程度上提高机械臂的结构及驱动性能。 发明内容 [0006]本发明通过模仿人体上肢骨骼-肌肉系统，利用气动肌肉(PAM)、形状记忆合金 (SMA)及IPMC作为驱动器，从而使所设计的仿人机械臂拥有结构简单、功率密度比大、安全 性强、灵活性好等特点。 [0007]本发明所采用的技术方案： 3