[發明專利]一種單驅動力的可自適應地形的多自由度腳部裝置

在審

• 申請號: 201910763055.0
• 申請日: 2019-08-19
• 公開（公告）號: CN110497979A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發明（設計）人: 劉瓊;朱雅光;姬子恒;解方立;陳海江
• 申請（專利權）人: 長安大學
• 主分類號: B62D57/032
• 分類號: B62D57/032;B25J19/00
• 代理公司: 61216 西安恒泰知識產權代理事務所
• 代理人: 王孝明<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發明提供了一種單驅動力的可自適應地形的多自由度腳部裝置，包括腳部驅動器和腳掌四連桿機構，腳掌四連桿機構上還連接有前腳掌和后腳掌，腳掌四連桿機構包括中足，中足兩側通過中足關節分別鉸接有前掌緩沖器和后掌緩沖器，腳部驅動器通過連桿與中足鉸接有后掌緩沖器的一側鉸接；后掌緩沖器通過后足關節和后腳掌鉸接，前掌緩沖器和前腳掌通過前足關節鉸接，中足和前腳掌之間還鉸接有前掌連桿，前掌連桿的中部和后足關節之間鉸接有固定連桿。本發明的方案與普通多足機器人的足部結構相比，腳部具有多個獨立自由度，重要關節具備柔順性，從而提高腳部的快速運動能力、平衡能力、對多種地形的適應能力，并加大其完成復雜動作的可能性。

技術領域

本發明屬于機器人技術領域，具體涉及一種單驅動力的可自適應地形的多自由度腳部裝置。

背景技術

多足機器人在行走過程中通過各腳掌觸地進行支撐，其落腳點是離散的，這種離散不僅局限于平面內，也可存在于三維空間內，所以較之輪式及履帶式機器人，步足機器人對各類地形的適應性較強，可在非結構化的環境下行走、工作。然而，目前多足機器人的腳部結構多為半球形、水滴形和圓形等簡單結構直接包裹小腿桿頂端，限制了機體運動的靈活性與適應性。此外，已有的機器人腳部結構很多是至少二個電機驅動的運動機構，運動控制較為復雜，難以快速響應多變的地形狀態。

多足步行式機器人目前在實際的運動過程中，其腳部機構的靈活性與適應性仍需進一步增強。當前的機器人腳部運動機構中的可動關節大多采用剛性關節，固然能帶來更高的定位控制精度，但由于在運動過程中，腳部是最先受到沖擊，也是承受最大沖擊力的部位，所以腳部的剛性關節比其他部位更容易受到破壞。

為了使機器人提升運動時的功能利用率和抗沖擊能力，采用彈性+剛性構件設計柔性關節，實現腳部關節處的緩沖吸振的效果。然而，目前在機器人腳部的踝關節及以下部位的應用柔性關節的實例甚少。為了使腿足式機器人能夠適應更廣泛的地形、更靈敏的機器人與環境的交互能力，亟需對具有柔性關節的腳部機構進行結構設計，改善腳部機構的控制方式，提高機器人在復雜地形環境下行走穩定性和控制精度。

發明內容

針對上述現有技術不足與缺陷，本發明的目的在于，提供一種單驅動力的可自適應地形的多自由度腳部裝置，解決現有技術中傳統的足式機器人腳部運動機構的機動性能差、適應多樣地形的能力弱、承載能力小、控制精度低的技術問題。

為了達到上述目的，本申請采用如下技術方案予以實現：

一種單驅動力的可自適應地形的多自由度腳部裝置，包括腳部驅動器和與腳部驅動器鉸接的腳掌四連桿機構，所述的腳掌四連桿機構上還連接有前腳掌和后腳掌，所述的腳掌四連桿機構包括中足，所述的中足兩側通過中足關節分別鉸接有前掌緩沖器和后掌緩沖器，所述的腳部驅動器通過連桿與中足鉸接有后掌緩沖器的一側鉸接；

所述的后掌緩沖器通過后足關節和后腳掌鉸接，所述的前掌緩沖器和前腳掌通過前足關節鉸接，所述的中足和前腳掌之間還鉸接有前掌連桿，所述的前掌連桿的中部和后足關節之間鉸接有固定連桿。

本發明還具有如下技術特征：

所述的前掌連桿的中部鉸接有彈性元件，彈性元件的另一端與中足鉸接，所述的前掌連桿的中部還鉸接有拉伸彈簧，所述的拉伸彈簧的另一端與前腳掌鉸接。

所述的腳部驅動器包括殼體和固定在殼體內部的驅動裝置。

所述的驅動裝置包括電機組件、主動齒輪和從動齒輪；所述的電機組件包括電機、電機支架和主動齒輪，電機通過電機支架固定在殼體上，驅動主動齒輪運動；所述的主動齒輪，與從動齒輪嚙合傳動；所述的從動齒輪與滾珠螺母連接；

滾珠螺母與絲杠上端的一段螺紋形成螺旋副，所述的滾珠螺母安裝到上套筒中，所述的上套筒通過軸承安裝到殼體上；

所述的絲杠的下端為直桿并伸出殼體，絲杠下端直桿部分與連桿鉸接。