[實用新型]剛?cè)狁詈暇彌_仿生足

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420784457.1
• 申請日: 2014-12-11
• 公開（公告）號: CN204323524U
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 錢志輝;苗懷彬;梁威;宋國風(fēng);付君;任露泉
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: B62D57/02
• 分類號: B62D57/02;F16F15/04
• 代理公司: 長春市四環(huán)專利事務(wù)所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種四足機器人足，特別涉及一種剛?cè)狁詈暇彌_仿生足。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，仿生步行機器人獲得了快速發(fā)展并在社會的多個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，如農(nóng)業(yè)、軍事、星際探索、野外科考、搶險救災(zāi)等。按步行足數(shù)目，步行機器人可劃分為單足、雙足、三足、四足、六足、八足甚至更多，其中偶數(shù)占絕大多數(shù)。而四足步行機器人相比其他類型，具有承載能力強、穩(wěn)定性好，結(jié)構(gòu)簡單,易于控制等顯著特點，另外，四足機器人不僅能夠以靜態(tài)步行方式實現(xiàn)結(jié)構(gòu)路面及復(fù)雜地形上的行走，還可以動態(tài)步行方式實現(xiàn)高速行走，因而得到世界范圍內(nèi)的極大關(guān)注，成為仿生機器人領(lǐng)域的研究熱點。

四足步行機器人在動態(tài)快速步行狀態(tài)下，由于腿機構(gòu)和關(guān)節(jié)的剛性，使得其腿-足與地面接觸時，不可避免地會產(chǎn)生階躍式的接觸沖擊。日本、美國等國學(xué)者發(fā)現(xiàn)機器人的腳與地面接觸時造成的沖擊，往往會對機器人系統(tǒng)造成重大損傷，例如，損壞機器人驅(qū)動電機或者傳動齒輪，大大降低機器人運動的穩(wěn)定性，使得機器人系統(tǒng)控制難度增大。因此，四足步行機器人腿-足的接觸力沖擊問題已經(jīng)成為國內(nèi)外這類機器人研究廣泛關(guān)注的問題，降低腿-足接觸地面時的沖擊是此類機器人設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

機器人在運動過程中，其與地面的接觸沖擊主要由質(zhì)量、剛度、阻尼、觸地時間歷程和落地時各組件的速度決定，由于其質(zhì)量、擺動速度和步行速度相對固定，因此通過減少機器人的質(zhì)量或降低擺動速度和步行速度的方法來減少接觸沖擊比較困難。目前，大多采取在步行機器人的腿機構(gòu)中加入彈性阻尼元件或采用高彈性材料，以在一定程度上減少地面接觸對機器人的沖擊影響。而四足機器人的足部作為機體在運動過程中唯一并首先與地面發(fā)生沖擊作用的部位，目前并未受到過多考慮。現(xiàn)有的四足步行機器人的足部多為圓弧面或球形的整體剛性設(shè)計，難以保證高可靠度的接觸及緩沖效果。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型的目的是為了解決現(xiàn)有四足機器人腿-足系統(tǒng)緩沖性能差的問題，而提供一種能克服上述缺點的剛?cè)狁詈暇彌_仿生足。

本實用新型包括有耦合足底部、上部柔層、足頂部蓋板、扭轉(zhuǎn)彈簧和壓縮彈簧，耦合足底部的下端與地面接觸，耦合足底部的上端圓周方向通過螺栓固定在上部柔層的下端，上部柔層的上端圓周方向通過螺栓固定在足頂部蓋板的下端，足頂部蓋板的上端與機器人的下肢連接；耦合足底部包括有徑向足底板、底部柔層和側(cè)向足底板，徑向足底板的外部斜槽與底部柔層的內(nèi)部斜凸嚙合，底部柔層的外部斜凸與側(cè)向足底板的內(nèi)部斜槽嚙合，徑向足底板、底部柔層和側(cè)向足底板的嚙合面構(gòu)成剛?cè)狁詈系木彌_界面；上部柔層的下端凸臺與耦合足底部的上端凹槽嚙合，上部柔層的上端凸臺與耦合足底部的下端凹槽嚙合，第一層孔、第二層孔和第三層孔均勻分布在上部柔層的上端面，壓縮彈簧均勻安裝在第一層孔中，扭轉(zhuǎn)彈簧均勻安裝在第二層孔和第三孔中，上部柔層、壓縮彈簧和扭轉(zhuǎn)彈簧分別與足頂部蓋板和耦合足底部構(gòu)成剛?cè)狁詈系木彌_界面。

所述的上部柔層和底部柔層的材質(zhì)為橡膠，從而在仿生足的行走中起到緩沖減振作用。

本實用新型的工作原理和過程為：

本實用新型是根據(jù)具有優(yōu)良緩沖性能的趾行四足動物-德國牧羊犬的足部拓撲結(jié)構(gòu)及其材料特征得到的啟示。

陸地上的四足趾行動物(如犬、貓)的足部在運動中與地面的接觸，均是通過足部的趾端及足墊共同作用而完成的。同時，對角小跑是陸地上多數(shù)四足動物在奔跑時優(yōu)先采用的步態(tài)，該運動狀態(tài)下，地面對動物足部的沖擊作用非常顯著，而德國牧羊犬在該步態(tài)模式下的運動尤為平穩(wěn)順暢，緩沖表現(xiàn)更為突出。

經(jīng)過觀察分析，發(fā)現(xiàn)，德國牧羊犬的足部主要由骨骼(掌骨和趾骨)、韌帶、肌肉及足墊組成，其中足墊又分為指墊和掌墊，呈離散分布結(jié)構(gòu)。犬的足墊為黏彈性的軟質(zhì)材料，而足部骨骼則具有較高的剛性特征，連接骨骼的韌帶及肌肉亦呈現(xiàn)黏彈特性。足墊位于掌骨及趾骨的正下方，當?shù)孛媾c犬足部發(fā)生接觸作用時，沖擊力逐次通過足墊-骨骼-韌帶結(jié)構(gòu)，其由于各結(jié)構(gòu)的柔性-剛性-柔性特征及結(jié)合方式而發(fā)生一定程度的耗散及傳播方向的分散與改變，將沖擊力降低到適當范圍，從而避免了沖擊力過大對下肢造成損傷。