CN101143606A

CN101143606A - 具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构

Info

Publication number: CN101143606A
Application number: CNA2007100464631A
Authority: CN
Inventors: 高雪官; 李健; 陈卫东; 顿向明; 杨军; 李慕君
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2008-03-19

Abstract

一种具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，属于机器人技术领域。本发明中，前底减震块的底面粘接前底防滑垫，前底减震块的顶面粘接在弯曲板上，后底减震块的底面粘接后底防滑垫，后底减震块的顶面粘接在弯曲板上，弯曲板中央圆周方向粘接中央减震块，中央减震块的顶面上粘接中央下连接板，中央下连接板上固定六维力和力矩传感器的工作底面，六维力和力矩传感器穿过脚面板上的中心孔后，其顶面与中央上连接板相连接，中央上连接板、前支撑板、后支撑板分别固定在脚面板上，弯曲板与脚面板连接。本发明前底减震块、后底减震块与中央减震块对步行机器人脚底具有双层串联式缓冲减震作用，结构紧凑，延长了六维力和力矩传感器的使用寿命。

Description

具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构

技术领域

本发明涉及的是一种机器人技术领域的支撑结构，具体地说，是一种具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构。

背景技术

现有涉及两足步行机器人(或是仿人机器人)中有关机器人脚底支撑结构，大都采用各种橡胶、聚合物泡末、橡皮等组成多层缓冲减震结构，如日本川田(Kawada)研发的HRP-2，本田(Honda)研发的ASIMO，韩国科学技术院(KAIST)研发的KHR-2。而如何设计缓冲减震结构，往往各不相同，效果也不完全一样。

经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN1966338，发明名称为：具有力感知能力的仿人足底机构，该技术公开了一种带有足趾关节的仿人足底，可以检测足底的垂直压力、具有运动方式明确、结构简单等特点的具有力感知能力的仿人足底机构。它包括前足、后足、具有力感知的检测部件和连接前足、后足的转动轴及相关传动部件，每个力感知检测部件包括一个悬臂梁、两个应变片、两个螺栓、一个调整螺母、一个套筒、一个引导块、一块抗冲击聚氨酯橡胶块。该技术的不足之处在于：存在多个力感知检测部件，每个力感知检测部件都有一块抗冲击聚氨酯橡胶块，多个力感知检测部件中的橡胶块之间没有联系，均单独与地面接触，虽有缓冲效果，但机器人稳定性和综合减震效果不理想，结构太复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构。本发明通过在机器人脚底仅采用1个六维力和力矩传感器，和采用双层串联式缓冲减震结构，简化了机器人的脚底结构，使机器人在行走过程中来自地面的脚底冲击力和力矩得到了有效缓解，延长了六维力和力矩传感器的使用寿命，同时增加了机器人在行走过程中的稳定性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：前底减震块、前底防滑垫、后底减震块、后底防滑垫、弯曲板、中央减震块、中央下连接板、六维力和力矩传感器、脚面板、中央上连接板、前支撑板、后支撑板。连接关系为：前底减震块的底面粘接前底防滑垫，前底减震块的顶面粘接在弯曲板上，后底减震块的底面粘接后底防滑垫，后底减震块的顶面粘接在弯曲板上，弯曲板中央圆周方向粘接中央减震块，在中央减震块的顶面上粘接中央下连接板，中央下连接板上固定六维力和力矩传感器的工作底面，六维力和力矩传感器穿过脚面板上的中心孔后，其顶面与中央上连接板相连接，中央上连接板、前支撑板、后支撑板分别固定在脚面板上，弯曲板与脚面板连接。

所述的弯曲板，其形状为中部内凹，内凹处用于安装中央减震块。前、后部用于安装前底减震块、后底减震块。

所述弯曲板上前后有4个光孔，4个螺钉穿过这4个光孔将弯曲板与脚面板连接在一起，螺钉与弯曲板上的光孔之间为间隙动配合。

所述前底减震块、后底减震块与中央减震块构成了步行机器人脚底双层串联式缓冲减震结构。

所述的前底减震块、后底减震块采用的是硬度为肖氏A50的聚氨脂橡胶。

所述的前底防滑垫、后底防滑垫采用的是丙烯聚氨脂橡胶的聚合泡末体。

所述的中央减震块采用的是硬度为肖氏A70的低回弹聚氨脂。

所述的脚面板与弯曲板之间存在缓冲用的间隙。

所述的弯曲板与前底防滑垫、后底防滑垫之间存在缓冲用的间隙。

所述前支撑板、后支撑板用于支撑机器人的踝关节。

本发明中，来自地面的冲击力和力矩，经前底减震块、后底减震块减震后，经弯曲板传给中央减震块再一次得到减震，然后作用到六维力和力矩传感器，再经中央上连接板，作用到脚面板上。六维力和力矩传感器，其作用是将来自机器人脚底的的作用力和力矩测量信号传给机器人的中央控制系统。

与现有技术相比，本发明所述的前底减震块、后底减震块与中央减震块构成双层串联式缓冲减震结构，对步行机器人脚底具有双层串联式缓冲减震作用。在机器人行走过程中，由于来自地面的冲击力和力矩得到了脚底双层串联式缓冲减震作用，一方面延长了六维力和力矩传感器的使用寿命，另一方面增加了机器人在行走过程中的稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构主视示意图

图2为本发明的结构俯视示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1、图2和图3所示，本实施例包括：2个前底减震块1，2个前底防滑垫2，2个后底减震块3，2个后底防滑垫4，弯曲板5，6个中央减震块6，中央下连接板7，六维力和力矩传感器8，脚面板9，中央上连接板10，前支撑板11，后支撑板12。

以上零部件之间的连接关系为：前底减震块1的底面粘接前底防滑垫2，顶面粘接在弯曲板5上；后底减震块3的底面粘接后底防滑垫4，顶面粘接在弯曲板5上；弯曲板5中央圆周方向粘接中央减震块6，在中央减震块6的顶面上粘接中央下连接板7，可以用销钉加强中央减震块6与中央下连接板7之间的连接；中央下连接板7上用螺钉固定六维力和力矩传感器8的工作底面；六维力和力矩传感器8穿过脚面板9上的中心孔后，其顶面用螺钉与中央上连接板10相连接；中央上连接板10用螺钉固定在脚面板9上；前支撑板11、后支撑板12分别用螺钉固定在脚面板9上；弯曲板5与脚面板9连接，前支撑板11、后支撑板12与脚面板9之间螺钉连接。

所述的弯曲板5上前后有4个光孔，4个螺钉穿过这4个光孔将弯曲板5与脚面板9连接在一起，螺钉与弯曲板5上的光孔之间为间隙动配合；

所述的弯曲板5，其形状为中部内凹，内凹处用于安装中央减震块6。前、后部用于安装前底减震块1、后底减震块3。

所述中央减震块6，有6个，它们沿弯曲板5中央圆周方向是均匀分布的。

所述前底减震块1、后底减震块3，各有2个，它们沿脚底中心轴线左右对称分布。

所述的前底减震块1、后底减震块3采用的是硬度为肖氏A50的聚氨脂橡胶。

所述的前底防滑垫2、后底防滑垫4采用的是丙烯聚氨脂橡胶的聚合泡末体。

所述的中央减震块6采用的是硬度为肖氏A70的低回弹聚氨脂。

所述的脚面板9与弯曲板5之间存在缓冲用的间隙a＝2.0~3.0mm。

所述的弯曲板5与前底防滑垫2、后底防滑垫4之间存在缓冲用的间隙b＝2.5~3.5mm。

所述前支撑板11、后支撑板12用于支撑机器人的踝关节。

本实施例中，所述的前底减震块1、后底减震块3与中央减震块6对步行机器人脚底具有双层串联式缓冲减震作用。来自地面的冲击力和力矩，经前底减震块1、后底减震块3减震后，经弯曲板5传给中央减震块6再一次得到减震，然后作用到六维力和力矩传感器8，再经中央上连接板10，作用到脚面板9上。六维力和力矩传感器，其作用是将来自机器人脚底的作用力和力矩测量信号传给机器人的中央控制系统。

Claims

1.一种具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，包括：前底减震块、前底防滑垫、后底减震块、后底防滑垫、弯曲板、中央减震块、中央下连接板、六维力和力矩传感器、脚面板、中央上连接板、前支撑板、后支撑板，其特征在于：前底减震块的底面粘接前底防滑垫，前底减震块的顶面粘接在弯曲板上，后底减震块的底面粘接后底防滑垫，后底减震块的顶面粘接在弯曲板上，弯曲板中央圆周方向粘接中央减震块，在中央减震块的顶面上粘接中央下连接板，中央下连接板上固定六维力和力矩传感器的工作底面，六维力和力矩传感器穿过脚面板上的中心孔后，其顶面与中央上连接板相连接，中央上连接板、前支撑板、后支撑板分别固定在脚面板上，弯曲板与脚面板连接。

2.根据权利要求1所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述的弯曲板，其形状为中部内凹，内凹处用于安装中央减震块，前、后部安装前底减震块、后底减震块。

3.根据权利要求1或2所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述中央减震块有6个，它们沿弯曲板中央圆周方向是均匀分布的。

4.根据权利要求1或2所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述前底减震块、后底减震块各有2个，它们沿脚底中心轴线左右对称分布。

5.根据权利要求1所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述弯曲板上前后有4个光孔，4个螺钉穿过这4个光孔将弯曲板与脚面板连接在一起，螺钉与弯曲板上的光孔之间为间隙动配合。

6.根据权利要求1或5所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述的脚面板与弯曲板之间存在缓冲用的间隙。

7.根据权利要求6所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述的脚面板与弯曲板之间存在缓冲用的间隙为：2.0-3.0mm。

8.根据权利要求1所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述的弯曲板与前底防滑垫、后底防滑垫之间存在缓冲用的间隙。

9.根据权利要求8所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述的弯曲板与前底防滑垫、后底防滑垫之间存在缓冲用的间隙为：2.5-3.5mm。

10.根据权利要求1所述的具有双层缓冲减震的步行机器人脚底支撑结构，其特征是：所述前底减震块、后底减震块，其材料为硬度为肖氏A50的聚氨脂橡胶；所述前底防滑垫、后底防滑垫，其材料为丙烯聚氨脂橡胶的聚合泡末体；所述中央减震块，其材料是硬度为肖氏A70的低回弹聚氨脂。