[發明專利]一種重載輕質彈性機械足

有效

• 申請號: 201710432789.1
• 申請日: 2017-06-09
• 公開（公告）號: CN107284550B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 丁希侖;陳佳偉;徐坤;張群;康林紅
• 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;B62D57/024
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 趙文穎

本發明公開了一種重載輕質彈性機械足，包括連接部件，關節部件，足底部件。連接部件主要實現機械足和腿之間的連接。關節部分具有四個對稱的彈簧，它的等效運動為一個虎克鉸，能夠實現兩個自由度運動，從而使機械足更好的適應復雜地形，在緩沖部分使用了異戊橡膠材料作為緩沖件，能夠在受到大沖擊下起到抗震緩沖的功能，足底部分使用了聚氨酯橡膠材料具有一定的防滑功能，并且足接觸部分有凸起顆粒增大了足底附著力。

技術領域

本發明屬于機械設計領域，涉及一種重載輕質彈性機械足。

背景技術

傳統的足式機器人與地面的接觸方式是通過不同的機械足來實現的。常見的機械足一般為球面足或簡單平面、曲面足，并且加以輔助彈簧等減震裝置。此類機械足的結構與功能都相對較為簡單，大部分只適合在剛性平整地面上行走，而在復雜路面上的行走效果較差，不能很好地適應地形。目前國內外專門針對重載情況下設計的機械足較少，大部分的機械足都為傳統機械足。目前能夠實現重載、復雜地面行走的、具有彈性性質的機械足一般具有較大的重量，對機器人的行走運動造成了很多問題并且大大降低了足式機器人的動態性能。所以針對重載情況下，輕質的具有彈性自由度的機械足的設計具有十分重要的意義。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，主要對重載，輕質的要求，同時又能夠滿足適應復雜地形，減震，防滑等次要要求的條件下，提出了一種重載輕質彈性機械足裝置，適合重載足式機器人的動態和負載地形下的行走。

本發明的一種重載輕質彈性機械足，包括連接部件，關節部件，足底部件；

連接部件外部將機械足與機器人的腿部連接，內部和關節部件連接主要實現重載輕質彈性機械足和足式機器人腿部的連接功能，并且實現快速更換系統的效果；

關節部件固定在連接部件下方，包括四個相同的彈性海綿，四個相同的彈簧，一個異戊橡膠材質的緩沖件，和一個碳纖維的連接件。四個相同的彈性海綿和彈簧安裝在同一位置一起壓縮，一端和連接部件固定，一端和異戊橡膠緩沖件固定。四個彈簧的運動等效成為一個虎克鉸(兩個相交的旋轉自由度)。異戊橡膠緩沖件一端和彈簧相連，另一端和足底部件連接。

足底部件主要是實現機械足和地面之間的接觸，包括一個聚氨酯橡膠防滑底墊。

所述的連接部件主要材料為鋁合金，鋁合金是金屬材料中相對容易加工并且密度低，并且保證了重載輕質彈性機械足和小腿部分的剛性連接。

所述的彈性海綿用于固定彈簧的位置，并且彈性海綿的密度低，而此部分的強度由彈簧保證，所以此部分的彈性海綿降低了機械足的重量。四個彈簧中心對稱安裝，組成的彈性關節的等效運動類似于虎克鉸(兩個相交的旋轉運動)，能夠在復雜環境下適應斜面或者不同地形，并且整個彈性海綿和彈簧還起到了一定彈性緩沖的效果。

所述的異戊橡膠材料彈性大，耐沖擊，替代了原有常用的金屬材料，一定程度上降低了機械足的重量，并且在足式機器人動態運動時，起到了抗沖擊的作用，使得足底的沖擊力沒有直接作用到足式機器人的腿部，減輕了足式機器人關鍵沖擊破壞，在基礎的圓柱形結構上對上表面進行了蜂窩形的切除處理，這樣不僅減輕了重量，同時提供了彈性海綿的安裝位置，簡化了機構。對異戊橡膠緩沖件受力較弱的部分進行了適當的切塊處理，減輕了適當的重量。所述的碳纖維材料質量輕，強度高，替代了原有常用的金屬材料，保證了關節部件的整體強度和降低了機械足的重量，并且提供了可以更換底墊的接口。

所述的防滑底墊使用的材料是聚氨酯橡膠，相對于其他的材料，它的強度高，并且耐磨性好，更加適合作為足式機器人和地面接觸的材料。并且防滑底墊的底部為了防滑和增大足底的附著力，對防滑底墊的底面加工出凸起的顆粒比和適當增加了防滑底墊的厚度。

所述的重載輕質彈性機械足的在各個部分的材料都是相對傳統金屬輕質的材料，在關鍵的受力連接件使用的都是高強度的材料，在保證了機械足的整體強度下，對整個機械足都進行了輕化處理。

本發明的優點在于：