CN106428287B - 含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，包括：小腿基座；足弓部与小腿基座固定连接；固定杆上端与足弓部固定连接、下端套在限位基座内；限位基座底面与脚掌固定连接；板状橡胶模块，其通过胶层连接于足弓部与脚趾板之间；双腔气囊通过胶层粘连与脚趾板底面；连接板，内侧一端与脚掌铰接，外侧伸出一端与脚趾板铰接。双腔气囊内含压缩空气，机器人行走过程中起到缓冲作用，机器人脚受到载荷作用气囊变形，接地面积增大；另外气囊可随凹凸不平的路面发生自适应变形，进一步提高机器人行走的稳定性。本发明提高了机器人脚的防沉陷和抗滑移能力，使机器人能够在软土中稳定、高效的行走。
Description
技术领域
本发明涉及一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，属于机器人技术领域。
背景技术
目前，陆地移动机器人运用广泛，根据移动方式主要分为轮式、履带式、腿式等几种，移动机器人采用何种移动方式主要取决于机器人作业环境和执行的任务，而面对沼泽，淤泥等复杂野外作业环境，腿式机构相对灵活，对地形的适应能力较强。由于腿式机器人的脚部直接与地面接触，如何防止脚部沉陷、侧滑，保持机器人行走的稳定性，是软土环境下腿式机器人设计的重要考虑因素。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，它能够有效避免机器人在松软地面行走的过程中沉陷量过大、易侧滑的问题，使其能够在复杂地形条件下实现稳定高效的行走。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是：
一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，用于连接在机器人腿上，包括：小腿基座、足弓部、固定杆、限位基座、脚掌、板状橡胶模块、脚趾板、双腔气囊以及连接板；所述足弓部与小腿基座固定连接；所述固定杆上端与足弓部固定连接、下端套在限位基座内；所述限位基座与脚掌固定连接；所述板状橡胶模块的顶面和底面分别与足弓部和脚趾板螺栓固定连接；所述连接板的一端与脚掌相铰接，另一端伸出部分与脚趾板铰接；所述双腔气囊通过胶层粘连与脚趾板底面相接。
上述结构还包括防滑橡胶垫块，所述防滑橡胶垫块与脚掌底面固定相接。
上述足弓部中间有一个向上凸起的凸台，呈“Ω”状。
上述的固定杆下端为圆盘形状，直径大于设在限位基座顶部的开孔，所述固定杆与限位基座内侧壁存在间隙；所述限位基座内放置一弹簧，所述弹簧的上端面与固定杆接触，下端面固定在限位基座上。
上述的板状橡胶模块由若干块从上至下宽径依次减小的条形橡胶胶连堆叠而成，呈阶梯状，所述每个脚趾板上对称放置两组板状橡胶模块。
上述脚掌四周开设有凹槽，凹槽内设置一个枢接轴，所述连接板的一端凸设有两个连接片一，所述连接片一铰接于枢接轴上，将脚趾板枢接至脚掌的外侧，所述每个枢接轴设有扭簧,所述扭簧的一端伸出部分固定在连接板底面，另一端的伸出部分固定在防滑橡胶垫块与脚掌之间；所述连接板的一端连接枢接轴，另一端的伸出部分与脚趾板上平面的连接片二相铰接，并且设置两个开口销，以限制脚趾板的滑动。
上述脚趾板两侧端部向下倾斜，所述脚趾板的底部内开有若干沟槽，所述双腔气囊上顶面与脚趾板的底面用胶层连接，并嵌于脚趾板的沟槽内。
上述脚趾板上对称分布若干排水孔。
上述脚趾板内部开设有倒“U”型通道，所述双腔气囊与脚趾板的倒“U”型通道交汇处开有缺口，用于双腔气囊内的气体能够连通。
上述的双腔气囊之间嵌有橡胶块，所述橡胶块底面设有等距分布的人字形沟槽和左右对称的两排沿脚趾排列长条形沟槽；所述橡胶块内部设有若干垂直于底面的金属导管，与脚趾板的排水孔相连。
采用了上述技术方案后，机器人脚触地时气囊压缩变形，吸收冲击和振动，缓解机器人脚着地时的冲击力，气囊受力后，与地面的接触面积增大，脚底局部土壤压实变密，软土中的水经橡胶块中的金属导管排出，从而使脚底土壤承载能力增强，增强机器人脚的防沉陷能力。双腔气囊内的压缩气体可相互流通，脚趾板通过铰接连接，实现脚趾板一定角度的翻转或者做俯仰调整，可提高对凹凸不平地面的适应性。
附图说明
图1为本发明的含双腔气囊脚趾的柔性机器人脚的结构示意图；
图2为本发明的脚趾部分的中心截面示意图；
图3为本发明的脚掌与脚趾部分的连接示意图；
图4为橡胶块底部示意图。
其中，1-小腿基座，2-足弓部，3-固定杆，4-限位基座，5-弹簧，6-脚掌，7-防滑橡胶垫块，8-板状橡胶模块，9-脚趾板，10-双腔气囊，11-橡胶块，12-连接板,13-扭簧 ，101-开口销，102-排水孔，103-沟槽，104-枢接轴，105-连接片一，106-连接片二，107-“U”型通道，108-缺口，109-金属导管，111-人字形沟槽，112-长条形沟槽。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
如图1-3 所示，
如图1所示，一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，用于连接在机器人腿上，包括：小腿基座1、足弓部2、固定杆3、限位基座4、脚掌6、板状橡胶模块8、脚趾板9、双腔气囊10以及连接板12；足弓部2与小腿基座1固定连接；固定杆3上端与足弓部2固定连接、下端套在限位基座4内；限位基座4与脚掌6固定连接；板状橡胶模块8的顶面和底面分别与足弓部2和脚趾板9螺栓固定连接；连接板12的一端与脚掌6相铰接，另一端伸出部分与脚趾板9铰接；双腔气囊10通过胶层粘连与脚趾板9底面相接。
上述结构还包括防滑橡胶垫块7，防滑橡胶垫块7与脚掌6底面固定相接。
上述足弓部2中间有一个向上凸起的凸台，呈“Ω”状。
上述的固定杆3下端为圆盘形状，直径大于设在限位基座4顶部的开孔，固定杆3与限位基座4内侧壁存在间隙；限位基座4内放置一弹簧5，弹簧5的上端面与固定杆3接触，下端面固定在限位基座4上。
如图2所示，上述的板状橡胶模块8由若干块从上至下宽径依次减小的条形橡胶胶连堆叠而成，呈阶梯状，每个脚趾板9上对称放置两组板状橡胶模块8。
如图3所示，上述脚掌6四周开设有凹槽，凹槽内设置一个枢接轴104，连接板12的一端凸设有两个连接片一105，连接片一105铰接于枢接轴104上，将脚趾板9枢接至脚掌6的外侧，每个枢接轴104设有扭簧13,扭簧13的一端伸出部分固定在连接板12底面，另一端的伸出部分固定在防滑橡胶垫块7与脚掌6之间；连接板12的一端连接枢接轴104，另一端的伸出部分与脚趾板9上平面的连接片二106相铰接，并且设置两个开口销101，以限制脚趾板9的滑动。
如图2所示，上述脚趾板9两侧端部向下倾斜，脚趾板9的底部内开有若干沟槽103，双腔气囊10上顶面与脚趾板9的底面用胶层连接，并嵌于脚趾板9的沟槽103内。
如图3所示，上述脚趾板9上对称分布若干排水孔102。
如图2所示，上述脚趾板9内部开设有倒“U”型通道107，双腔气囊10与脚趾板9的倒“U”型通道107交汇处开有缺口108，用于双腔气囊10内的气体能够连通。
如图2、图4所示，上述的双腔气囊10之间嵌有橡胶块11，橡胶块11底面设有等距分布的人字形沟槽111和左右对称的两排沿脚趾排列长条形沟槽112；橡胶块11内部设有若干垂直于底面的金属导管109，与脚趾板9的排水孔102相连。
本发明的工作原理如下：
当机器人脚开始触地，机器人自身载荷经足弓部2和板状橡胶模块8传递到脚趾部分的同时，与脚趾板9底面相粘结的双腔气囊10首先受到挤压发生自适应变形，随着沉陷量的增大，双腔气囊10间的橡胶块11和脚掌底面的防滑垫块与土壤接触，接触面积进一步增大，软土的水可通过橡胶块11内设的金属导管109排至脚趾板9上表面；连接板12的两端分别与脚掌6和脚趾板9铰接，脚趾板9可随地面发生一定的倾斜和翻转；机器人脚抬起时，通过固定杆3和限位基座4带动脚掌6离开地面。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，用于连接在机器人腿上，其特征在于，包括：小腿基座（1）、足弓部（2）、固定杆（3）、限位基座（4）、脚掌（6）、板状橡胶模块（8）、脚趾板（9）、双腔气囊（10）以及连接板（12）；所述足弓部（2）与小腿基座（1）固定连接；所述固定杆（3）上端与足弓部（2）固定连接、下端套在限位基座（4）内；所述限位基座（4）与脚掌（6）固定连接；所述板状橡胶模块（8）的顶面和底面分别与足弓部（2）和脚趾板（9）螺栓固定连接；所述连接板（12）的一端与脚掌（6）相铰接，另一端伸出部分与脚趾板（9）铰接；所述双腔气囊（10）通过胶层粘连脚趾板（9）的底面。
2.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述结构还包括防滑橡胶垫块（7），所述防滑橡胶垫块（7）与脚掌（6）底面固定相接。
3.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述足弓部（2）中间有一个向上凸起的凸台，呈“Ω”状。
4.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述的固定杆（3）下端为圆盘形状，直径大于设在限位基座（4）顶部的开孔，所述固定杆（3）与限位基座（4）内侧壁存在间隙；所述限位基座（4）内放置一弹簧（5），所述弹簧（5）的上端面与固定杆（3）接触，下端面固定在限位基座（4）上。
5.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述的板状橡胶模块（8）由若干块从上至下宽径依次减小的条形橡胶胶连堆叠而成，呈阶梯状，所述每个脚趾板（9）上对称放置两组板状橡胶模块（8）。
6.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述脚掌（6）四周开设有凹槽，凹槽内设置一个枢接轴（104），所述连接板（12）的一端凸设有两个连接片一（105），所述连接片一（105）固定于枢接轴（104）上，将脚趾板（9）枢接至脚掌（6）的外侧，所述每个枢接轴（104）设置扭簧（13）上,所述扭簧（13）的一端伸出部分固定在连接板12底面，另一端的伸出部分固定在防滑橡胶垫块（7）与脚掌（6）之间；所述连接板（12）的一端连接枢接轴（104），另一端的伸出部分与脚趾板（9）上平面的连接片二（106）相铰接，并且设置两个开口销（101），以限制脚趾板（9）的滑动。
7.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述脚趾板（9）两侧端部向下倾斜，所述脚趾板（9）的底部内开有若干沟槽（103），所述双腔气囊（10）上顶面与脚趾板（9）的底面用胶层连接，并嵌于脚趾板（9）的沟槽（103）内。
8.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述脚趾板（9）上对称分布若干排水孔（102）。
9.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述脚趾板（9）内部开设有倒“U”型通道（107），所述双腔气囊（10）与脚趾板（9）的倒“U”型通道（107）交汇处开有缺口（108），用于双腔气囊（10）内的气体能够连通。
10.根据权利要求1所述的一种含双腔气囊脚趾的柔性腿式机器人脚部结构，其特征在于：所述的双腔气囊（10）之间嵌有橡胶块（11），所述橡胶块（11）底面设有等距分布的人字形沟槽（111）和左右对称的两排沿脚趾排列长条形沟槽（112）；所述橡胶块（11）内部设有若干垂直于底面的金属导管（109），与脚趾板（9）的排水孔（102）相连。
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