CN102039945B - 一种2d步行机器人脚部机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种2D步行机器人脚部机构，包括与地面接触的脚跟和脚掌以及连接所述脚跟和脚掌的脚弓，脚弓上设有脚跟触地传感器和脚掌触地传感器。本发明提供的2D步行机器人脚部机构，采用两支点式设计，实现了行走中ZMP的平稳过渡，增加了机器人对地面的适应能力，通过脚跟触地传感器和脚掌触地传感器传递信号，经传感的力控制系统实现机器人的驱动行走。

Description

一种2D步行机器人脚部机构
技术领域
本发明涉及一种2D步行机器人脚部机构。
背景技术
目前，低功耗步行机构设计是研究人类步行机理和开发合理步行机构的基础。而在低功耗步行机构设计中，脚部设计是不可忽视的重要组成部分。国内对于该方面关注较少，普遍直接采用平板式脚部机构，而平板式机构并不能适用于所有场合。尤其是对于地面不平等场合，平板式机构存在整个脚部触地过程中零力矩点(ZMP)不能很好地落在脚掌的范围内，存在重心不能稳定过渡等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种2D步行机器人脚部机构。
本发明的具体方案是：一种2D步行机器人脚部机构，包括与地面接触的脚跟和脚掌以及连接所述脚跟和脚掌的脚弓，脚弓上设有脚跟触地传感器和脚掌触地传感器。
为了进一步提高脚部机构对地面的适应性，所述的脚跟和所述的脚掌下侧的纵向剖线为中间凸出的曲线。
为了减小能耗，本装置还包括脚趾，脚趾通过弹簧铰链安装在脚掌前端。脚趾起到辅助脚掌蹬地的作用。
为了消除行走中脚部机构产生的侧向偏移对机器人部件的损伤，所述脚跟、脚掌和脚趾安装在横向设置的转轴上。
为了增强弹性，减少与地面碰撞过程中对机器人的冲击，同时为了便于与机器人踝关节连接，所述脚弓依次由脚跟连接区、第一弹性变形区、踝关节连接区、第二弹性变形区和脚掌连接区构成。
所述的脚跟触地传感器和脚掌触地传感器为电阻式应变片，分别设置在第一弹性变形区和第二弹性变形区。
为了增强与地面的摩擦力，提高柔性，增加抗冲击性能，所述的脚跟、脚掌和脚趾表面刻有凹形槽，凹形槽上套有O形圈，其数量可以是1个，也可以是1个以上，并在表面均匀分布。
为了提高柔性，增加抗冲击性能，所述脚跟、脚掌和脚趾的材料为聚四氟乙烯材料，所述脚弓的材料为65Mn材料。
本发明提供的2D步行机器人脚部机构，采用两支点式设计，实现了行走中ZMP的平稳过渡，增加了机器人对地面的适应能力，通过脚跟触地传感器和脚掌触地传感器传递信号，经传感的力控制系统实现机器人的驱动行走。
附图说明
图1是本发明结构示意图。
图2是本发明脚弓的结构示意图。
图3是本发明弹簧铰链的结构示意图。
图4是脚跟和脚掌结构示意图。
图5是脚趾结构示意图。
具体实施方式
如图1-5所示的2D步行机器人脚部机构，包括与地面接触的脚跟1和脚掌3，连接所述脚跟1和脚掌3的脚弓2，脚趾4，脚跟触地传感器8和脚掌触地传感器9。脚弓2由柔性材料制成，优选65Mn材料，包括脚跟连接区21、第一弹性变形区22、与机器人腿部连接的踝关节连接区23、第二弹性变形区24和脚掌连接区25。脚跟1、脚掌3和脚趾4安装在转轴上，脚跟1和脚掌3的转轴分别与脚跟连接区21和脚掌连接区24呈连接，脚趾4的转轴通过弹簧铰链7纵向安装在脚掌3前端，弹簧铰链7的结构如图3所示，蹬地后，弹簧71变形，其回复力具有辅助蹬地的作用，以降低能耗。脚跟触地传感器8和脚掌触地传感器9，优选电阻式应变片，分别贴在第一弹性变形区22和第二弹性变形区24，并通过传感的力控制系统实现步行机器人的驱动行走。
其中，脚跟1，脚掌3和脚趾4均选用聚四氟乙烯材料制成，采用纺锤体形设计，其表面刻有凹形槽5，凹形槽5上套有O形圈6。

Claims (7)

1.一种2D步行机器人脚部机构，其特征在于：包括与地面接触的脚跟（1）和脚掌（3）以及连接所述脚跟（1）和脚掌（3）的脚弓（2），脚弓（2）上设有脚跟触地传感器（8）和脚掌触地传感器（9）；所述脚弓（2）依次由脚跟连接区（21）、第一弹性变形区（22）、踝关节连接区（23）、第二弹性变形区（24）和脚掌连接区（25）构成；所述的脚跟触地传感器（8）和脚掌触地传感器（9）为电阻式应变片，分别设置在第一弹性变形区（22）和第二弹性变形区（24）。
2.按权利要求1所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：所述的脚跟（1）和所述的脚掌（3）下侧的纵向剖线为中间凸出的曲线。
3.按权利要求1所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：还包括脚趾（4），脚趾（4）通过弹簧铰链（7）安装在脚掌（3）前端。
4.按权利要求3所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：所述脚跟（1）、脚掌（3）和脚趾（4）安装在横向设置的转轴上。
5.按权利要求4所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：所述的脚跟（1）、脚掌（3）和脚趾（4）表面刻有凹形槽（5），凹形槽（5）上套有O形圈（6）。
6.按权利要求3或4所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：所述脚跟（1）、脚掌（3）和脚趾（4）的材料为聚四氟乙烯材料。
7.按权利要求1或2或3或4所述的2D步行机器人脚部机构，其特征在于：所述脚弓（2）的材料为65Mn材料。 
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