CN105438311B - 仿人机器人两自由度混联低频机械足 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿人机器人两自由度混联低频机械足，属于仿人机器人领域。它包括弓形跖骨、弓形脚底板、踝关节轴、低频驱动装置、脚趾轴和脚趾；弓形跖骨为中部上凸的弹性金属杆，其两端分别装设有脚趾轴和踝关节轴；机械小腿通过踝关节轴与弓形跖骨相连，脚趾通过脚趾轴与弓形跖骨相连；弓形脚底板的形状类似于弓形跖骨，并装设于弓形跖骨的底部；脚趾包括依次装设于脚趾轴上大拇趾、二拇趾、三拇趾、四拇趾和小拇趾；踝关节轴的两端分别通过两轴承装设于弓形跖骨、Z型架上；Z型架装设于弓形跖骨上。本发明是一种结构合理、运动平稳、具有两个自由度和低频响应特征、混联模式的仿人机器足。

Description

仿人机器人两自由度混联低频机械足
技术领域
本发明主要涉及仿人机器人领域，特指一种仿人机器人两自由度混联低频机械足。
背景技术
机器人可以帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此研究机器人具有一定的实用价值。为了更好地服务人类，仿人机器人受到了广泛的重视。在仿人机器人的机械部分，机械足的设计尤为重要，这是因为仿人机器人在行走过程中，当足部与地面接触时，会产生相应的运动。现有的仿人机械足或者结构复杂，或者稳定性不好。因此，设计一种具有较少自由度、稳定性更好的机械足具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构合理、运动平稳、具有两个自由度和低频响应特征、混联模式的仿人机器足。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种仿人机器人两自由度混联低频机械足，它包括弓形跖骨、弓形脚底板、踝关节轴、低频驱动装置、脚趾轴和脚趾；所述弓形跖骨为中部上凸的弹性金属杆，其两端分别装设有所述脚趾轴和所述踝关节轴。
机械小腿通过所述踝关节轴与所述弓形跖骨相连，所述脚趾通过所述脚趾轴与所述弓形跖骨相连；所述弓形脚底板的形状类似于所述弓形跖骨，并装设于所述弓形跖骨的底部。
所述脚趾包括依次装设于所述脚趾轴上大拇趾、二拇趾、三拇趾、四拇趾和小拇趾；所述脚趾轴与所述踝关节轴的一端均与所述低频驱动装置相连；所述踝关节轴的两端分别通过两轴承装设于所述弓形跖骨、Z型架上；所述Z型架装设于所述弓形跖骨上。
所述低频驱动装置包括恒速电机、电机架、蜗杆架A、蜗杆架B、蜗杆和蜗轮；所述蜗轮装设于踝关节轴上，并与所述蜗杆相啮合传动；所述蜗杆的两端分别装设于所述蜗杆架A、蜗杆架B上；所述恒速电机装设于所述电机架上，所述电机架装设于所述蜗杆架A上；所述恒速电机的输出轴与所述蜗杆的一端相连。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的仿人机器人两自由度混联低频机械足，设有弓形跖骨、脚趾和踝关节轴，可实现五根拇趾同步转动、机械小腿与弓形跖骨的相对转动，模仿人足行走时的运动姿态。
(2)本发明的仿人机器人两自由度混联低频机械足，还设有低频驱动装置，通过蜗杆与蜗轮的减速传动，实现低频响应特征；由此可知，本发明结构合理、运动平稳、具有两个自由度和低频响应特征，通过混联模式实现了人足的运动模拟。
附图说明
图1是本发明的仿人机器人两自由度混联低频机械足的结构示意图。
图2是本发明的五根脚趾的低频驱动示意图。
图3是本发明的低频驱动装置的结构原理图。
图4是本发明的踝关节轴的结构原理图。
图中，1—机械小腿；10—踝关节轴；2—弓形跖骨；3—弓形脚底板；4—脚趾；40—脚趾轴；41—大拇趾；42—二拇趾；43—三拇趾；44—四拇趾；45—小拇趾；5—低频驱动装置；50—恒速电机；51—电机架；52—蜗杆架A；53—蜗杆架B；54—蜗杆；55—蜗轮；6—Z型架；7—轴承。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
结合图1、图2、图3和图4，本发明的仿人机器人两自由度混联低频机械足，包括弓形跖骨2、弓形脚底板3、踝关节轴10、低频驱动装置5、脚趾轴40和脚趾4；弓形跖骨2为中部上凸的弹性金属杆，其两端分别装设有脚趾轴40和踝关节轴10。
结合图1、图2、图3和图4，机械小腿1通过踝关节轴10与弓形跖骨2相连，脚趾4通过脚趾轴40与弓形跖骨2相连；弓形脚底板3的形状类似于弓形跖骨2，并装设于弓形跖骨2的底部；脚趾4包括依次装设于脚趾轴40上大拇趾41、二拇趾42、三拇趾43、四拇趾44和小拇趾45。
结合图1、图2、图3和图4，脚趾轴40与踝关节轴10的一端均与低频驱动装置5相连；踝关节轴10的两端分别通过两轴承7装设于弓形跖骨2、Z型架6上；Z型架6装设于弓形跖骨2上。
结合图1、图2、图3和图4，低频驱动装置5包括恒速电机50、电机架51、蜗杆架A52、蜗杆架B53、蜗杆54和蜗轮55；蜗轮55装设于踝关节轴10上，并与蜗杆54相啮合传动；蜗杆54的两端分别装设于蜗杆架A52、蜗杆架B53上；恒速电机50装设于电机架51上，电机架51装设于蜗杆架A52上；恒速电机50的输出轴与蜗杆54的一端相连。
工作原理：低频驱动装置5驱动脚趾轴40转动，进而带动装设于脚趾轴40的上的五根拇趾同步转动，模拟人足的脚趾运动姿态；恒速电机50驱动蜗杆54运动，进而驱动蜗轮55和踝关节轴10转动，实现机械小腿1与弓形跖骨2的相对转动；恒速电机50经蜗杆54与蜗轮55的减速装置，实现了转动的低频响应特性，从而使得运动更加稳定。

Claims (1)

1.仿人机器人两自由度混联低频机械足，其特征在于：包括弓形跖骨(2)、弓形脚底板(3)、踝关节轴(10)、低频驱动装置(5)、脚趾轴(40)和脚趾(4)；所述弓形跖骨(2)为中部上凸的弹性金属杆，其两端分别装设有所述脚趾轴(40)和所述踝关节轴(10)；机械小腿(1)通过所述踝关节轴(10)与所述弓形跖骨(2)相连，所述脚趾(4)通过所述脚趾轴(40)与所述弓形跖骨(2)相连；所述弓形脚底板(3)的形状类似于所述弓形跖骨(2)，并装设于所述弓形跖骨(2)的底部；所述脚趾(4)包括依次装设于所述脚趾轴(40)上大拇趾(41)、二拇趾(42)、三拇趾(43)、四拇趾(44)和小拇趾(45)；所述脚趾轴(40)与所述踝关节轴(10)的一端均与所述低频驱动装置(5)相连；所述踝关节轴(10)的两端分别通过两轴承(7)装设于所述弓形跖骨(2)、Z型架(6)上；所述Z型架(6)装设于所述弓形跖骨(2)上；所述低频驱动装置(5)包括恒速电机(50)、电机架(51)、蜗杆架A(52)、蜗杆架B(53)、蜗杆(54)和蜗轮(55)；所述蜗轮(55)装设于踝关节轴(10)上，并与所述蜗杆(54)相啮合传动；所述蜗杆(54)的两端分别装设于所述蜗杆架A(52)、蜗杆架B(53)上；所述恒速电机(50)装设于所述电机架(51)上，所述电机架(51)装设于所述蜗杆架A(52)上；所述恒速电机(50)的输出轴与所述蜗杆(54)的一端相连。
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