[發明專利]一種仿生張拉緩沖足-踝系統

有效

• 申請號: 201711028595.1
• 申請日: 2017-10-29
• 公開（公告）號: CN107651040B
• 公開（公告）日: 2020-01-31
• 發明（設計）人: 錢志輝;王強;周亮;武冀杰;任雷;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J17/02
• 代理公司: 22103 長春市四環專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 張建成

一種仿生張拉緩沖足?踝系統，包括兩級張拉結構，第一級張拉結構既保證了整體結構起到緩沖的作用，又由于張拉結構自平衡自穩定性保證了足?踝系統整體觸地時的穩定平衡性，實現了剛性支撐和柔性緩沖的功能特征。第二級張拉結構在保證結構穩定性的同時通過拉力彈簧的變形吸收沖擊力，再次通過具有柔性和自平衡自穩定性的張拉結構強化了仿生張拉足?踝系統的緩沖功能特征。

技術領域

本發明涉及機械仿生工程技術領域，特別涉及一種應用于四足機器人的仿生張拉緩沖足-踝系統。

背景技術

隨著仿生技術的快速發展，仿生步行機器人在各個行業的眾多領域被廣泛應用，如軍事偵察、物資運送、野外科考、搶險救災等，代替人從事危險工作，極大地增大了人的工作安全性并降低了工作強度。四足步行機器人不僅具有承載能力強、穩定性好、結構簡單等顯著特點，其還能夠以靜態步行方式實現結構路面及復雜地形上的行走，并可以動態步行方式實現高速運動，因而受到世界范圍內研究者的廣泛關注。

目前四足機器人的足部多為圓弧面或球形的整體剛性設計，難以保證高可靠度的接觸及緩沖效果；且機器人的踝關節均被簡化設計為機械式鉸連接，在運動過程中往往承受剪切、彎曲、扭轉和較大地面沖擊等多種類型載荷的作用，同時由于鉸連接多為剛性連接，剛性體之間不可避免地存在摩擦與撞擊。研究表明，在快/高速運動狀態下，四足機器人的下肢關節極易由于地面沖擊力左右而發生結構破壞，進而限制了機器人運動的適用性和性能的進一步提升。

目前，研究者大多采取在步行機器人的腿機構中采用高彈性材料，以在一定程度上減少地面接觸對機器人的沖擊影響，但足部幾乎仍均為剛性整體設計，因此整體效果仍不理想。近年來，本發明申請人基于張拉思想，提出了一種仿生膝關節，用以降低沖擊；同時受四足動物足墊結構啟發對四足機器人的球形足進行了仿生設計。文獻調研表明，目前國內外針對四足機器人系統的足-踝系統尚未有太多考慮。陸地上善于奔跑的四足趾行動物(如貓、犬等)的腿-足系統構成與當前機器人的腿-足結構設計有著明顯的不同。四足趾行動物的腿-足系統具有精細的骨骼-肌肉系統，該系統又可細分為骨骼系統與肌肉系統，前者包括骨骼、軟骨、韌帶等，后者主要由肌肉和肌腱組成。研究表明，生物肢體的骨骼肌肉系統是一種存在于生物體的特殊“張拉結構”。張拉結構具備整體結構柔性，可使得機器人腿-足系統尤其是關節在運動中能夠從容應對足-地沖擊載荷，降低關節損傷并減小關節驅動負擔；張拉結構具備的自平衡特性，則可以保證步態周期中腿部關節的穩定性。因此，結合研究現狀，將張拉結構引入四足機器人的足-踝系統的創新設計研究，可能為降低機器人下肢沖擊損傷問題的解決提供了全新的思路。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有四足機器人腿-足系統踝關節均采用剛性鉸連接、足部采用整體式設計而帶來的緩沖性能差的問題，而提供一種能克服上述缺點的仿生張拉緩沖足-踝系統。