[發(fā)明專利]一種仿人機器人多自由度柔性腳板

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110452343.8
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102556199A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏慧;帥梅;王中宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長琪

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，是一種具有8個自由度的仿人機器人柔性腳板。?

背景技術(shù)

人類足部單側(cè)由26塊骨頭組成，同時含29個關(guān)節(jié)，42條肌肉及25條肌腱。得益于復(fù)雜足部的高度靈活性，人類才能穩(wěn)定行走于凹凸不平、空間障礙等復(fù)雜環(huán)境。仿人機器人除需要具備類人的形體和外觀外，更需要具備類人的行為特征-雙足步行。仿人機器人只有像人類一樣隨時走到需要的地方、能自主完成預(yù)先設(shè)置的工作，才能發(fā)揮其不可估量的作用。傳統(tǒng)仿人機器人平板剛性的足部構(gòu)型，不具有任何自動適應(yīng)凹凸變化地表形貌的特性與功能。例如：?

公開號為CN101402380A，公開日為2009年4月8日的發(fā)明專利《一種仿人機器人足部沖擊吸收機構(gòu)》中公開的仿人機器人足部沖擊吸收機構(gòu)，包括腳底板、減震柱、力傳感器、上蓋板、調(diào)節(jié)墊圈、防滑墊。該發(fā)明主要利用減震柱起到吸收沖擊及減震的作用，結(jié)構(gòu)緊湊，但是腳底板為剛性機構(gòu)，不具備自動適應(yīng)不平整地面的特性與功能。?

公開號為CN101108146A，公開日為2008年1月23日的發(fā)明專利《一種人形機器人腳》中公開的人形機器人腳，包括腳板、橡膠腳底層、六維力傳感器、上法蘭、下法蘭、傾角傳感器、觸覺陣列墊、信號處理系統(tǒng)和腳面。該發(fā)明通過橡膠腳底層吸收腳著地時的沖擊力，不具有任何自動適應(yīng)凹凸變化地表形貌的特性與功能。?

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種更加有效的具有多自由度的仿人機器人腳板，解決了現(xiàn)有仿人機器人的腳板與凹凸不平地面的匹配問題，實現(xiàn)自動適應(yīng)凹凸變化地表形貌?的特性與功能。?

本發(fā)明一種仿人機器人多自由度柔性腳板，包括腳板機構(gòu)與驅(qū)動機構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)用來驅(qū)動腳板機構(gòu)運動。?

其中，腳板機構(gòu)由中央固定板以及四個腳板構(gòu)成；所述中央固定板水平設(shè)置；在中央固定板的前側(cè)與后側(cè)上各鉸接有兩個連接板，每個連接板均通過鉸鏈連接一個腳板；其中，鉸鏈中第一合頁與連接板固連，鉸鏈中第二合頁與腳板固連，鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸與中央固定板前后方向軸線平行，使四個腳板分別位于中央固定板的左前方、右前方、左后方與右后方；中央固定板上安裝固定有仿人機器人踝關(guān)節(jié)連接架，踝關(guān)節(jié)連接架用來連接仿人機器人的踝關(guān)節(jié)。?

每個鉸鏈的旋轉(zhuǎn)軸上安裝有扭簧；在扭簧處于初始狀態(tài)時，扭簧兩側(cè)的伸出部分平行；扭簧一側(cè)的伸出部分固定在鉸鏈中第一合頁與連接板間；扭簧另一側(cè)的伸出部分固定在第二合頁與腳板之間。?

所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動電機、鎖軸、彈簧、彈簧支撐座、連桿與銷；其中，在每個連接板上均安裝有一個驅(qū)動機構(gòu)，且每個連接板與驅(qū)動機構(gòu)安裝方式相同，驅(qū)動電機通過電機支架與踝關(guān)節(jié)連接架固定，驅(qū)動電機的輸出軸與鎖軸套接固定，鎖軸上套接有彈簧，彈簧底端通過彈簧固定銷釘與彈簧支撐座固定，彈簧支撐座與連桿一端鉸接，連桿另一端與連接板鉸接；鎖軸上有與彈簧螺旋角相同的傾斜通孔，銷從一側(cè)彈簧鋼絲間隙中穿入鎖軸上的傾斜通孔后，從另一側(cè)彈簧鋼絲間隙穿出。?

通過上述結(jié)構(gòu)，形成仿人機器人多自由度的柔性腳板。當(dāng)腳板機構(gòu)中各個腳板與凹凸不平的地面接觸時，通過扭簧作用，各個腳板可依據(jù)所接觸的地表曲率與連接板形成一定角度，使各個腳板與地面形成至少四個接觸點的空間支撐面，有效避免了腳板與凹凸不平地面形成的點或線接觸而導(dǎo)致的行走失敗問題；當(dāng)腳板離開地面時，在扭簧作用下使腳板恢復(fù)到初始狀態(tài)。?

當(dāng)仿人機器人在凹凸不平的地面行走時，可通過驅(qū)動電機驅(qū)動腳板機構(gòu)中各個連接板相對于中央固定板做俯仰運動，由此帶動各個腳板做俯仰運動，由此實現(xiàn)仿人機器腳部與凹凸地面的貼合。?

另外所設(shè)計腳板機構(gòu)具有被動特性，無需驅(qū)動電機驅(qū)動便可自動貼合凸起地面，因此當(dāng)腳板著落在凸起地面時，腳板及連接板在地面反力的作用下向上轉(zhuǎn)動，由于鎖軸為剛性元件，彈簧支撐座只能沿鎖軸軸線上下運動，因此當(dāng)連接板向上轉(zhuǎn)動時，連桿繞彈簧支撐座、連接板轉(zhuǎn)動，彈簧支撐座向上運動，因此彈簧支撐座到銷距離減小，即銷以下的彈簧被壓縮，實現(xiàn)可逆的被動關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，以貼合凸起地面。?

本發(fā)明的優(yōu)點在于：?

1、本發(fā)明腳板中的腳板機構(gòu)設(shè)計具有8個自由度，通過扭簧作用，各腳板實現(xiàn)自動貼合凹凸不平地面，解決腳板與凹凸不平地面的匹配問題，實現(xiàn)自動適應(yīng)凹凸變化地表形貌的特性與功能；?

2、本發(fā)明腳板中的腳板機構(gòu)采用被動結(jié)構(gòu)，不需要驅(qū)動有效的降低了控制及結(jié)構(gòu)復(fù)雜性；?