CN103057619A - 重载多足机器人支撑腿足端机构 - Google Patents

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重载多足机器人支撑腿足端机构，它涉及一种机器人支撑腿足端机构。该机构解决崎岖地形下足式机器人行走中地面对支撑足的瞬时冲击、提高足式机器人崎岖地形下通过能力的问题。六维力传感器的底端面与支撑腿末节机构连接，六维力传感器的工具面装在套筒的上端外壁上，球座杆的球头端装在球头座内且二者转动连接，球座杆的另一端设有轴阶并设在套筒内，第一轴、第二轴、第三轴和第四轴分别设在相应的径向孔内，第一轴、第二轴、第三轴和第四轴的外端穿过相对应的导向孔设在套筒的外部，轴阶的上端面上设有弹性垫，弹簧套装在轴阶上，弹簧的一端顶靠在球座杆的轴肩，弹簧的另一端顶靠在套筒上端的内壁上。本发明用于重载多足机器人。

Description

重载多足机器人支撑腿足端机构
技术领域
本发明涉及一种机器人支撑腿足端机构。
背景技术
随着机器人技术的发展，具有重载特性、地形高通过性及可协同人类一起工作的机器人日益成为机器人发展的重要趋势之一，而该类机器人对支撑腿足端机构提出了苛刻的要求。重载多足机器人不仅要求支撑腿足端机构具有较高的，以满足机器人的重载特性和高的地形适应性，而且还应当具有一定降低足地相互作用力对机器人瞬时冲击的能力，以提高机器人的稳定性。在重载多足机器人的研究上，美国、日本等一些发达国家在重载移动机器人研究方面已取得了一定的研究成果，而我国在该方面的研究却处于刚起步阶段。由于轻载多足机器人本体质量偏小，基本不具备承载运输其它物资的能力，且足地相互作用力也一般较小，故此其足端机构设计相对较为简单，不需要降低足地相互作用力对本体冲击的特殊机构。基于重载多足机器人的重载特性以及苛刻工作环境，设计具有且有效降低足地相互作用力对机器人瞬时冲击的支撑腿足端机构具有一定的挑战性。
发明内容
本发明的目的是提供一种重载多足机器人支撑腿足端机构，以解决崎岖地形下足式机器人行走中地面对支撑足的瞬时冲击、提高足式机器人崎岖地形下通过能力的问题。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：所述机构包括六维力传感器、套筒、第一轴、第二轴、第三轴、第四轴、球头座、球座杆、螺丝、弹性垫和弹簧，六维力传感器的底端面与支撑腿末节机构连接，六维力传感器的工具面装在套筒的上端外壁上，球座杆的球头端装在球头座内且二者转动连接，球座杆的另一端设有轴阶并设在套筒内，套筒的侧壁上开有四个导向孔，球座杆沿圆周方向均布开有四个径向孔，第一轴、第二轴、第三轴和第四轴分别设在相应的径向孔内，球座杆开有轴向孔，螺丝设在轴向孔内且螺丝的端头与第一轴、第二轴、第三轴和第四轴的内端顶靠，第一轴、第二轴、第三轴和第四轴的外端穿过相对应的导向孔设在套筒的外部，轴阶的上端面上设有弹性垫，弹簧套装在轴阶上，弹簧的一端顶靠在球座杆的轴肩，弹簧的另一端顶靠在套筒上端的内壁上。
本发明具有以下有益效果：本发明具有双重缓冲功能，初级缓冲由弹簧来完成，次级缓冲由弹性垫和弹簧共同完成，当机器人支撑腿向前或向后迈进时，处于踏实的支撑足在弹簧恢复力下，逐渐恢复到触地接触前状态，为下一次的支撑足触地踏实做准备；本发明的重载多足机器人支撑腿足端机构含有检测足地相互作用力大小的六维力传感器，基于该力传感器，能够实时获得机器人支撑足与崎岖地面的作用力，为重载多足机器人的实时稳定、步态规划、地形通过等提供数据支持；本发明的重载多足机器人支撑腿足端机构含有判断机器人足触地和踏实判断的限位开关，不仅为机器人控制系统提供信号数据，而且也为机器人的稳定行走提供基础保障；本发明基于仿生原理，结构设计巧妙，易于实施，适用于具有重载特性、地形高通过性及可协同人类一起工作的多足步行机器人。
附图说明
图1是本发明重载多足机器人支撑腿足端机构沿第一轴的轴线、第三轴的轴线与球座杆的轴线所在平面的剖视图，图2是本发明重载多足机器人支撑腿足端机构等轴测视图，图3是本发明重载多足机器人支撑腿足端机构前视图，图4是本发明重载多足机器人支撑腿足端机构后视图，图5是本发明重载多足机器人支撑腿足端机构右视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1-图5说明本实施方式，本实施方式的机构包括六维力传感器2、套筒3、第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3、第四轴4-4、球头座6、球座杆7、螺丝8、弹性垫9和弹簧10，六维力传感器2的底端面与支撑腿末节机构1连接，六维力传感器2的工具面装在套筒3的上端外壁上，球座杆7的球头端装在球头座6内且二者转动连接，球座杆7的另一端设有轴阶7-3并设在套筒3内，套筒3的侧壁上开有四个导向孔3-1，球座杆7沿圆周方向均布开有四个径向孔7-1，第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4分别设在相应的径向孔7-1内，球座杆7开有轴向孔7-2，螺丝8设在轴向孔7-2内且螺丝8的端头与第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4的内端顶靠，第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4的外端穿过相对应的导向孔3-1设在套筒3的外部，轴阶7-3的上端面上设有弹性垫9，弹簧10套装在轴阶7-3上，弹簧10的一端顶靠在球座杆7的轴肩7-4，弹簧10的另一端顶靠在套筒3上端的内壁上。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式的螺丝8的连接端与球座杆7螺纹连接。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式的球头座6底部外壁上设有多个凸起6-1，从而保证支撑足有可靠的接触力。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式的所述机构还包括触地判断限位开关11-1、触地判断限位开关挡板12-1、踏实判断限位开关11-2和踏实判断限位开关挡板12-2，所述触地判断限位开关11-1和踏实判断限位开关11-2分别装在套筒3的外壁；触地判断限位开关挡板12-1装在第一轴4-1的外端上，踏实判断限位开关挡板12-2装在第四轴4-4的外端上，当支撑腿踏实时，第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4沿套筒3上的四个导向槽3-1上移，触底判断限位开关挡板12-1和踏实判断限位开关挡板12-2同时上移，上移一定距离后，触底判断限位开关挡板12-1离开触地判断限位开关11-1的信号区域，判断出机器人支撑足触地，随着第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4不断上移，踏实判断限位开关挡板12-2进入踏实判断限位开关11-2的信号区域，判断出机器人支撑足已踏实。其它实施方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式的机构还包括球座盖5，球头盖5套装在球座杆7的外部且装在球头座6上，此结构用于保持球座杆7末端位于球头座6内。其它实施方式与具体实施方式一相同。
工作原理：多足机器人足端机构中的球头座6的底面接触地面后，随着支撑腿逐渐下放和球头座6适应地形，弹簧10被逐渐压缩，球座杆7内径向放置的第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4沿套筒3上的四个导向槽3-1上移，触底判断限位开关挡板12-1和踏实判断限位开关挡板12-2同时上移，上移一定距离后，触底判断限位开关挡板12-1离开触地判断限位开关11-1的信号区域，判断出机器人支撑足触地，随着第一轴4-1、第二轴4-2、第三轴4-3和第四轴4-4不断上移，弹性垫9与套筒3上端内壁接触，踏实判断限位开关挡板12-2进入踏实判断限位开关11-2的信号区域，判断出机器人支撑足已踏实。支撑足从完全踏实到完全抬起与从完全抬起到完全踏实，足端机构中的内部运动相反。

Claims (5)

1.一种重载多足机器人支撑腿足端机构，其特征在于所述机构包括六维力传感器(2)、套筒(3)、第一轴(4-1)、第二轴(4-2)、第三轴(4-3)、第四轴(4-4)、球头座(6)、球座杆(7)、螺丝(8)、弹性垫(9)和弹簧(10)，六维力传感器(2)的底端面与支撑腿末节机构(1)连接，六维力传感器(2)的工具面装在套筒(3)的上端外壁上，球座杆(7)的球头端装在球头座(6)内且二者转动连接，球座杆(7)的另一端设有轴阶(7-3)并设在套筒(3)内，套筒(3)的侧壁上开有四个导向孔(3-1)，球座杆(7)沿圆周方向均布开有四个径向孔(7-1)，第一轴(4-1)、第二轴(4-2)、第三轴(4-3)和第四轴(4-4)分别设在相应的径向孔(7-1)内，球座杆(7)开有轴向孔(7-2)，螺丝(8)设在轴向孔(7-2)内且螺丝(8)的端头与第一轴(4-1)、第二轴(4-2)、第三轴(4-3)和第四轴(4-4)的内端顶靠，第一轴(4-1)、第二轴(4-2)、第三轴(4-3)和第四轴(4-4)的外端穿过相对应的导向孔(3-1)设在套筒(3)的外部，轴阶(7-3)的上端面上设有弹性垫(9)，弹簧(10)套装在轴阶(7-3)上，弹簧(10)的一端顶靠在球座杆(7)的轴肩(7-4)，弹簧(10)的另一端顶靠在套筒(3)上端的内壁上。
2.根据权利要求1所述重载多足机器人支撑腿足端机构，其特征在于螺丝(8)的连接端与球座杆(7)螺纹连接。
3.根据权利要求1或2所述重载多足机器人支撑腿足端机构，其特征在球头座(6)底部外壁上设有多个凸起(6-1)。
4.根据权利要求3所述重载多足机器人支撑腿足端机构，其特征在于所述机构还包括触地判断限位开关(11-1)、触地判断限位开关挡板(12-1)、踏实判断限位开关(11-2)和踏实判断限位开关挡板(12-2)，所述触地判断限位开关(11-1)和踏实判断限位开关(11-2)分别装在套筒(3)的外壁；触地判断限位开关挡板(12-1)装在第一轴(4-1)的外端上，踏实判断限位开关挡板(12-2)装在第四轴(4-4)的外端上。
5.根据权利要求3所述重载多足机器人支撑腿足端机构，其特征在于所述机构还包括球座盖(5)，球头盖(5)套装在球座杆(7)的外部且装在球头座(6)上。
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