[發明專利]一種模塊化仿羊足機械足裝置

有效

• 申請號: 201410056686.6
• 申請日: 2014-02-19
• 公開（公告）號: CN103802908A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 丁希侖;張群;徐坤
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明涉及機械設計領域，具體來說，是一種模塊化仿羊足機械足裝置。

背景技術

移動機器人可分為輪式機器人、腿式機器人和輪腿機器人。腿式機器人相對于輪式機器人，可以采用不同步態，可以適應復雜地面環境。其中，腿式機器人與地面接觸、支撐固定本體是通過其足部來實現。傳統腿式機器人足部一般為球面足、平面足或是柱面足。此類足部結構與功能簡單，可以滿足平整地面行走需要，但無法較好的適應復雜野外地面環境，如傳統機械足在泥地、軟土地行走時，會產生下陷過深、支撐點打滑、推動力不足、出足困難等現象,在堅硬地面行走時，又會產生沖擊振動，增加能耗和控制難度，降低穩定性。目前國內外對適應野外地面環境的機械足研究甚少，不能滿足腿式機器人在復雜地面環境中行走的需求，需要進一步發掘研究。

發明內容

本發明針對傳統機械足在野外地面行走困難的問題，提出了一種模塊化仿羊足機械足裝置，適合腿式、輪腿式機器人在野外復雜地面行走。

一種模塊化仿羊足機械足裝置，其特征在于：包括接口外殼、腳部安裝板、插接機構與腳部機構。其中，接口外殼為框架結構，內部具有連接塊；連接塊內部豎直方向具有插接孔；連接塊左右兩側對稱位置分別具有一個與插接孔連通的定位通孔A。

所述腳部安裝板頂面具有插接軸，插接軸上開有貫通插接軸周向對稱位置的定位通孔B；插接軸伸入接口外殼中連接塊上的插接孔中，使插接軸上的定位通孔B與連接塊上的定位通孔A同軸設置。

所述插接機構為兩套，均由預緊彈簧、拉脫螺釘與插銷螺母構成；兩套插接機構中的拉脫螺釘分別穿過接口外殼左側面與右側面，使末端的螺帽與接口外殼側面間配合定位。拉脫螺釘的另一端安裝有插銷螺母；插銷螺母的端面上具有插銷，插銷伸入接口外殼中連接塊上的定位通孔A后，使端部位于腳部安裝板中插接軸上的定位通孔B內。上述拉脫螺釘上空套有預緊彈簧。

通過上述結構，在腳部機構需要更換時，通過向外拉動兩個拉脫螺釘，使預緊彈簧壓縮，進而可將插銷螺母上的插銷拔出插接軸上的定位通孔B，位于接口外殼的連接塊上定位通孔A內；實現腳部機構的拆卸。當安裝新的腳部機構時，將腳部安裝板上的插接軸通過導向鍵與鍵槽間的配合，插入接口外殼中連接塊上的插接孔中；實現腳部機構與接口外殼間的快速安裝。

所述腳部機構采用仿羊足設計，包括左支鏈組件、右支鏈組件、左蹄瓣、右蹄瓣與緩沖減振彈簧。其中，左支鏈組件與右支鏈組件分別安裝在腳部安裝板底面左右對稱位置，結構相同，均包括連接筒與連接桿；其中，連接筒頂端通過鉸鏈結構與腳部安裝板底面鉸接，使連接筒實現左右擺動；連接桿與連接筒間同軸滑動連接；連接桿一端作為限位端位于連接筒內部，通過周向上的軸肩與連接筒間限位；左支鏈組件與右支鏈組件中的連接桿另一端分別連接左蹄瓣與右蹄瓣；左蹄瓣與右蹄瓣跟部間通過豎直鉸接軸鉸接；左蹄瓣與右蹄瓣頂部為向外傾斜的平面；左蹄瓣與右蹄瓣的頂面分別與左支鏈組件、右支鏈組件中的連接桿固連，垂直于連接桿軸線。左支鏈組件與右支鏈組件中連接筒內部各設置有一個緩沖減振彈簧，作為內部緩沖減振彈簧通過緩沖減振彈簧減振儲能，腳部機構觸地時，腳部安裝板下降，彈簧壓縮儲能；腳部機構離地時，彈簧回彈，釋放能量；具有側向自由度，左右支鏈偏載時，腳部安裝板可傾斜適應地面環境。

本發明的優點在于：

1、本發明模塊化仿羊足機械足裝置，可實現腳部機構與機器人腿部間的快速更換，更換時無需拆裝螺紋連接；

2、本發明模塊化仿羊足機械足裝置，腳部機構仿羊蹄設計，具有典型偶蹄動物腳部的特點；蹄瓣前端較尖，便于蹄瓣穩定入土著地，減小了因滑動而產生的較大推力；當腳部機構入土后，左右蹄瓣張開，泥土嵌入蹄瓣縫中，增大了摩擦力，防止腳掌下陷；左右蹄瓣張開一定角度后停止并加緊其間的泥土，增大摩擦，起到固土作用，進一步防止腳掌下陷；當腳部機構離地出土時，蹄瓣后部先抬起，前部后出土，左右蹄瓣間夾角歸零，左右蹄瓣收攏排土恢復初始狀態；

3、本發明模塊化仿羊足機械足裝置，具有緩沖減振彈簧，能夠在腳部機構觸地下降時，減振儲能；腳部機構離地時，彈簧回彈，釋放能量；腳部機構有兩個彈簧安裝位置，可根據需要選擇安裝彈簧；外部彈簧安裝位置可以調節彈簧預緊力；

4、本發明模塊化仿羊足機械足裝置，腳部機構為兩自由度空間單環機構，整合了踝關節側向自由度、蹄瓣張開自由度和緩沖減振結構，通過左右支鏈的緩沖減振彈簧限制其自由度，形成具有兩個被動自由度的欠驅動機械足，結構簡單，工作可靠；