CN104260801B - 一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足 - Google Patents

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Abstract

一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，它涉及一种机器人大坡度行走足。本发明为了解决现有的关节式多足步行机器人足运动性能差、足地等效附着系数不够大，没有充分利用大坡度地形的问题。本发明的限位开关(4)安装在球铰足踝关节(1)上，球铰足踝关节(1)安装在足掌(2)的根部，齿条组(5)可滑动安装在足掌(2)上，第一传动齿轮组(6)、第二传动齿轮组(7)和第三传动齿轮组(8)由左至右依次啮合安装在齿条组(5)的右侧，且第一传动齿轮组(6)与齿条组(5)相啮合，足趾(3)通过第三传动齿轮组(8)固定连接。本发明用于机器人大坡度行走。

Description

一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足
技术领域
本发明涉及一种机器人的大坡度行走足，具体涉及一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足。
背景技术
大附着力的机器人足对于面向硬质山地环境爬坡的足式机器人来说是必不可少的，是足式移动机器人的重要组成部分。山地环境地形崎岖不平，坡度超过45-50度，因此要保证足式移动机器人能够安全、平稳地爬上大角度坡，一方面依靠足式移动机器人高效稳定的驱动控制，另一方面则主要依靠机器人足能够提供的足够的附着力，从而能够使足式移动机器人能够在山坡上稳定站立而不下滑，其中安全、稳定、高效的大附着力机器人足是实现大坡度移动的基础。目前足端结构大多采用被动适应关节，一般为圆柱形平足、矩形平足、圆柱形足、半球形足等，基于摩擦力学原理，这些足部构型在山地环境中难以产生可以爬越大坡度的附着力，导致足地等效附着系数达不到爬坡角度所需要的系数，运动性能不够理想。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的关节式多足步行机器人足运动性能差、足地等效附着系数不够大，没有充分利用大坡度地形的问题。进而提供一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足。
本发明的技术方案是：一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足包括球铰足踝关节、足掌、足趾、限位开关、齿条组、第一传动齿轮组、第二传动齿轮组和第三传动齿轮组，限位开关安装在球铰足踝关节上，球铰足踝关节安装在足掌的根部，齿条组可滑动安装在足掌上，第一传动齿轮组、第二传动齿轮组和第三传动齿轮组由左至右依次啮合安装在齿条组的右侧，且第一传动齿轮组与齿条组相啮合，足趾通过第三传动齿轮组固定连接。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
1.本发明提高了移动机器人足与地面的运动适应能力，在硬石山地环境下进行爬坡运动时，会遇到各种复杂的地形，现有的被动关节的机器人足很难具有很高的适应能力，本发明通过第二传动齿轮组带动第三传动齿轮组转动，第三传动齿轮组带动足趾抓牢地面，使得本发明具有的足趾关节为主动关节，而且足底采用齿形，机器人足与地面的运动适应能力能够提高60-75％。
2、本发明主动控制的足趾关节，能够很大程度上提高足地等效附着系数，当机器人足与地面接触时，限位开关发送信号，使得机器人足的足趾向里弯曲，能够勾住硬石地面，从而提高机器人足的与地面的附着力。
3、应用范围广：本发明除了能够应用于足式移动机器人，还可以应用到登山运动装备中。
附图说明
图1是本发明的整体结构剖视图；图2是图1的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足包括球铰足踝关节1、足掌2、足趾3、限位开关4、齿条组5、第一传动齿轮组6、第二传动齿轮组7和第三传动齿轮组8，限位开关4安装在球铰足踝关节1上，球铰足踝关节1安装在足掌2的根部，齿条组5可滑动安装在足掌2上，第一传动齿轮组6、第二传动齿轮组7和第三传动齿轮组8由左至右依次啮合安装在齿条组5的右侧，且第一传动齿轮组6与齿条组5相啮合，足趾3通过第三传动齿轮组8固定连接。
具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的足掌2的根部底端为齿形足底。如此设置，在具有主动关节的基础上，通过在足掌2的根部底端设置齿形足底，能够再次提高机器人足与地面的运动适应能力。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的足趾3为钩形趾。如此设置，便于提高机器人行走足的附着地面的能力。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的足趾3为六趾钩形趾。如此设置，附着地面抓取更加牢固。其它组成和连接关系与具体实施方式一或三相同。
具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的足掌2上开设液压进口9和液压出口10，齿条组5的左端与液压进口9和液压出口10连通。如此设置，便于实现行走足的主动附着。其它组成和连接关系与具体实施方式一或四相同。
具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的位于齿条组5的四分之一长度至三分之一长度处的下端面上设有啮合齿。如此设置，便于保证足趾3的抓地角度及抓地牢固强度。其它组成和连接关系与具体实施方式一或五相同。
具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的齿条组5为由4根并列设置的齿条组成的齿条组。如此设置，便于带动第一传动齿轮组6、第二传动齿轮组7和第三传动齿轮组8的转动，齿条在运动过程中起到液压杆的作用，通过齿条的移动带动第一传动齿轮组6的转动。其它组成和连接关系与具体实施方式一或六相同。
具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式的第一传动齿轮组6、第二传动齿轮组7和第三传动齿轮组8均由4个齿轮组成。如此设置，便于与齿条配合，顺利完成行走足的抓地附着。其它组成和连接关系与具体实施方式一或七相同。
本发明的工作原理是：
面向硬石山地环境下的足式机器人爬坡足在足处于摆动相时，足端的限位开关4并不被触发，当足处于支撑相时，足端的限位开关4被触发，向液压缸发送指令，液压缸的进油口通过液压进口9开始向齿条组5内进油，从而推动4个并联的齿条5向前运动，带动与之啮合的第一传动齿轮组6、第二传动齿轮组7和第三传动齿轮组8开始传动，使得足趾关节3向里运动，并且勾住山地的硬石地面，增大足地附着力。当足处于摆动相时，液压缸通过液压出口10卸荷，足趾3回到原来的状态，从而完成整个行走足的附着过程。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明的，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，以及应用到本发明未提及的领域中，当然，这些依据本发明精神所做的变化都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (8)

1.一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：它包括球铰足踝关节(1)、足掌(2)、足趾(3)、限位开关(4)、齿条组(5)、第一传动齿轮组(6)、第二传动齿轮组(7)和第三传动齿轮组(8)，限位开关(4)安装在球铰足踝关节(1)上，球铰足踝关节(1)安装在足掌(2)的根部，齿条组(5)可滑动安装在足掌(2)上，第一传动齿轮组(6)、第二传动齿轮组(7)和第三传动齿轮组(8)由左至右依次啮合安装在齿条组(5)的右侧，且第一传动齿轮组(6)与齿条组(5)相啮合，足趾(3)通过第三传动齿轮组(8)固定连接。
2.根据权利要求1所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述足掌(2)的根部底端为齿形足底。
3.根据权利要求2所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述足趾(3)为钩形趾。
4.根据权利要求3所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述足趾(3)为六趾钩形趾。
5.根据权利要求1或4所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述足掌(2)上开设液压进口(9)和液压出口(10)，齿条组(5)的左端与液压进口(9)和液压出口(10)连通。
6.根据权利要求5所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：位于齿条组(5)的四分之一长度至三分之一长度处的下端面上设有啮合齿。
7.根据权利要求1或6所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述齿条组(5)为由4根齿条组成的齿条组。
8.根据权利要求7所述一种面向硬质山地环境的足式机器人大坡度行走足，其特征在于：所述第一传动齿轮组(6)、第二传动齿轮组(7)和第三传动齿轮组(8)均由4个齿轮组成。
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