CN106697098B - 一种仿猫爪伸缩特性的机械足 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿猫爪伸缩特性的机械足,包括脚掌和脚趾,其特征是设置脚趾为三趾节,以三趾节的伸缩运动获得仿猫爪的伸缩特性;三趾节分别是根趾节、中趾节和前趾节;根趾节铰接在脚掌的前端,中趾节铰接在根趾节与前趾节之间,形成串联的“∧”形和“∨”形结构,在前趾节的前端固定连接呈钩的脚爪;利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得“∧”形与“∨”形结构同步缩小夹角,实现脚趾在长度上的收缩,且脚爪上抬;或是,利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得“∧”形与“∨”形结构同步增大夹角,实现脚趾在长度上的伸展,且脚爪下钩。本发明真正达到仿猫爪的伸缩特性,且轻便、易控制。

Description

一种仿猫爪伸缩特性的机械足
技术领域
本发明涉及一种仿猫爪伸缩特性的机械足,属于机械仿生领域。
背景技术
近年来,科学技术的进步推动了移动机器人的发展,越来越多的移动机器人被人们运用到日常生活和工业生产当中。对于一些较为复杂的作业环境,单一的地面移动或爬壁机器人无法完成任务,因此人们对移动机器人的性能、体积和结构等方面提出了更高的要求。结合仿生学设计相关结构是当前移动机器人的发展趋势之一。
众所周知,猫的爪子具有伸缩自如的特性,在休息、行走时爪子一般呈收缩状态,这样可以减少摩擦,节省体力;在捕猎、攀爬时,爪子呈伸展状态,起到辅助作用。猫的脚底有肉垫,具有消音减震的效果。
中国专利CN102267507A,公开了一种攀爬行走双模式仿生猫爪机构,包括掌骨和三个指节骨,三个指节骨均由单独的电机通过蜗轮蜗杆传动装置进行驱动,利用蜗轮蜗杆传动装置使各指节骨向下弯曲或向上伸展,实现猫爪在粗糙表明攀爬与稳定行走两种活动的模式转换,该机构虽然在结构上仿猫爪,但在运动方式上并未仿猫爪伸缩特性,同时,其用于驱动指节骨转动的电机数量达到十二只之多,不仅存在各电机的协同控制问题,而且使得猫爪整体体积大、重量大,并不能真正达到仿猫爪的轻便性。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足,提供一种仿猫爪伸缩特性的机械足,以期真正达到仿猫爪的伸缩特性,以及其轻便性,简化控制。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
本发明仿猫爪伸缩特性的机械足,包括脚掌和脚趾,其结构特点是:设置脚趾为三趾节,以所述三趾节的伸缩运动获得仿猫爪的伸缩特性;
所述三趾节分别是根趾节、中趾节和前趾节;所述根趾节的尾端通过第一铰接杆铰接在脚掌的前端,根趾节的前端通过第二铰接杆与中趾节的尾端铰接,中趾节的前端通过第三铰接杆与前趾节的尾端铰接,使得所述根趾节与中趾节铰接成“∧”形结构,中趾节与前趾节铰接成“∨”形结构;在所述前趾节的前端固定连接呈钩的脚爪;
所述伸缩式运动是指:利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得所述“∧”形结构与“∨”形结构同步缩小夹角,实现脚趾在长度上的收缩,且脚爪上抬;或是,利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得所述“∧”形结构与“∨”形结构同步增大夹角,实现脚趾在长度上的伸展,且脚爪下钩。
本发明仿猫爪伸缩特性的机械足的结构特点也在于:所述驱动机构是固定安装在脚掌的内腔中的电机,电机的转动输出通过伞齿轮转向传递至第一铰接杆,在所述第一铰接杆与第二铰接杆之间设置第一皮带传动机构,在所述第二铰接杆与第三铰接杆之间设置第二皮带传动机构;所述第一铰接杆与脚掌为可转动的铰接,与根趾节为固定连接;所述第二铰接杆与根趾节为可转动的铰接,与中趾节为固定连接;所述第三铰接杆与中趾节为可转动的铰接,与前趾节为固定连接。
本发明仿猫爪伸缩特性的机械足的结构特点也在于:所述第一皮带传动机构和第二皮带传动机构是由主动带轮、从动带轮和皮带构成,所述皮带设置为交叉带;所述主动带轮的直径大于从动带轮的直径。
本发明仿猫爪伸缩特性的机械足的结构特点也在于:在所述第二铰接杆的两端设置有中节钮簧,在所述第三铰接杆的两端设置有前节钮簧;利用所述中节钮簧和前节钮簧为脚趾的收缩运动提供反向缓冲力,并且在机械足攀爬运动时,为脚趾的伸展提供助力,使脚爪稳固地贴合于攀爬面。
与已有技术相比,本发明有益效果体现在:
1、本发明以三趾节的伸缩运动真正实现了仿猫爪的伸缩特性;
2、本发明在伸缩过程中,其脚趾占位小,大大降低了对于活动所需空间的要求,更加适宜于在狭小空间中运动;
3、本发明在收缩状态下,其脚趾长度的缩短使足部质心向脚掌偏移,提高了相应状态下脚掌动作的稳定;
4、本发明中一根脚趾仅由一只电机进行驱动,通过皮带传动实现了各趾节的联动,其动作准确,控制方式简单,更极大地减化了结构设置,大幅度减轻重量,缩小体积,轻便灵活,更进一步增强了在狭小空间中的适应性;
5、本发明中采用皮带传动,改变中心距即可实现各趾骨不同长度的调节,从而适应不同的应用需求;
6、本发明中设置的钮簧为脚爪的收缩运动提供反向缓冲力,当机械足进行攀爬运动时扭簧则能使脚爪更好地贴合攀爬面,可以根据机器人重量、攀爬表面光滑程度等调整扭簧刚度,因此能够有效避免钩爪与接触面的刚性碰撞,提高机械足工作的稳定性和可靠性。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明中脚掌结构示意图;
图3为本发明中脚趾传动结构示意图;
图4为本发明中脚趾收缩状态示意图;
图5为本发明中脚趾伸展状态示意图;
图中标号:1脚掌,2脚爪,3前趾节,4中趾节,5根趾节,6支架,7紧固螺钉,8端面螺钉,9橡胶减震垫,10电机,11主动伞齿轮,12第一铰接杆,13从动伞齿轮,14第二主动带轮,15第一中节钮簧,16第二铰接杆,17第二交叉带,18第一前节钮簧,19第三铰接杆,20第二从动带轮,21第二前节钮簧,22第一从动带轮,23第二中节钮簧,24第一交叉带,25第一主动带轮。
具体实施方式
参见图1、图4和图5,本实施例中仿猫爪伸缩特性的机械足包括脚掌和脚趾,设置脚趾为三趾节,以三趾节的伸缩运动获得仿猫爪的伸缩特性。
如图1和图3所示,本实施例中三趾节分别是根趾节5、中趾节4和前趾节3;根趾节5的尾端通过第一铰接杆12铰接在脚掌1的前侧,根趾节5的前端通过第二铰接杆16与中趾节的尾端铰接,中趾节的前端通过第三铰接杆19与前趾节的尾端铰接,使得根趾节与中趾节铰接成“∧”形结构,中趾节与前趾节铰接成“∨”形结构;在前趾节3的前端固定连接呈钩的脚爪2。
本实施例中伸缩式运动是指:利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得“∧”形结构与“∨”形结构同步缩小夹角,实现脚趾在长度上的收缩,且脚爪上抬,如图4所示。利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得“∧”形结构与“∨”形结构同步增大夹角实现脚趾在长度上的伸展,且脚爪下钩,如图5所示;伸缩式运动使能够在有限的空间里伸缩自如。
如图3所示,本实施例中以优化的驱动机构实现欠驱动方式,是在脚掌1的内腔中固定安装驱动电机10,驱动电机10的转动输出通过相互啮合的主动伞齿轮11和从动伞齿轮13按90°转向并传递至第一铰接杆12,在第一铰接杆12与第二铰接杆16之间设置第一皮带传动机构,在第二铰接杆16与第三铰接杆19之间设置第二皮带传动机构;第一铰接杆12与脚掌1为可转动的铰接,与根趾节5为固定连接;第二铰接杆16与根趾节5为可转动的铰接,与中趾节4为固定连接;第三铰接杆19与中趾节4为可转动的铰接,与前趾节3为固定连接;这一欠驱动方式动作协调性好,更容易适应非结构环境。
具体实施中,第一皮带传动机构和第二皮带传动机构是由主动带轮、从动带轮和皮带构成,皮带设置为交叉带,利用交叉带实现相连两趾节的反向转动;主动带轮的直径大于从动带轮的直径,起到逐级放大的效果,根趾节转动一个较小的角度,就能够实现钩爪伸展和收缩的动作,动作灵活,易于实施。图3所示是由第一主动带轮25、第一从动带轮22和第一交叉带24构成第一皮带传动机构,由第二主动带轮14、第二从动带轮20和第二交叉带17构成第二皮带传动机构,其中,第一主动带轮25的直径大于第一从动带轮22的直径,第二主动带轮14的直径大于第二从动带轮20的直径。
在第二铰接杆16的两端设置中节钮簧,分别是第一中节钮簧15和第二中节钮簧23,在第三铰接杆19的两端设置有前节钮簧,分别是第一前节钮簧18和第二前节钮簧21;利用中节钮簧和前节钮簧为脚趾的收缩运动提供反向缓冲力,并且在机械足攀爬运动时,为脚趾的伸展提供助力,使脚爪2稳固地贴合于攀爬面。
具体实施中相应的结构设置也包括:
整个机械足是以脚掌1作为机架,在脚掌1的前端面上设置凹槽,驱动电机10安装在由凹槽形成的内腔中,并用紧固螺钉7进行固定,为了实现与根趾节之间的连接,在脚掌前端按各脚趾的位置利用端面螺钉8固定安装支架6,根趾节5与支架6通过第一铰接杆12实现铰接;在脚掌1的底部安装有橡胶减震垫9,起到减震隔音的作用。
电机10的转动通过一对相互啮合的伞齿轮传递至第一铰接杆12,利用第一铰接杆12带动跟趾节,并通过皮带传动机构实现中趾节和前趾节的联动。
当机械足处于静止或行走状态时,钩爪收缩呈如图4所示状态,此时由脚掌承受整机重量,脚趾既得到保护,也避免了状态造成干扰。
当机械足处于奔跑或攀爬模式时,钩爪伸展呈如图5所示状态,此时利用钩爪辅助奔跑,或利用钩爪进行攀爬。

Claims (4)

1.一种仿猫爪伸缩特性的机械足,包括脚掌和脚趾,其特征是:设置脚趾为三趾节,以所述三趾节的伸缩运动获得仿猫爪的伸缩特性;
所述三趾节分别是根趾节(5)、中趾节(4)和前趾节(3);所述根趾节(5)的尾端通过第一铰接杆(12)铰接在脚掌(1)的前端,根趾节(5)的前端通过第二铰接杆(16)与中趾节(4)的尾端铰接,中趾节(4)的前端通过第三铰接杆(19)与前趾节(2)的尾端铰接,使得所述根趾节(5)与中趾节(4)铰接成“∧”形结构,中趾节(4)与前趾节(3)铰接成“∨”形结构;在所述前趾节(3)的前端固定连接呈钩的脚爪(2);
所述伸缩式运动是指:利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得所述“∧”形结构与“∨”形结构同步缩小夹角,实现脚趾在长度上的收缩,且脚爪上抬;或是,利用驱动机构同步驱动脚趾中的三趾节,使得所述“∧”形结构与“∨”形结构同步增大夹角,实现脚趾在长度上的伸展,且脚爪下钩。
2.根据权利要求1所述的仿猫爪伸缩特性的机械足,其特征是:
所述驱动机构是固定安装在脚掌(1)的内腔中的电机(10),电机(10)的转动输出通过伞齿轮转向传递至第一铰接杆(12),在所述第一铰接杆(12)与第二铰接杆(16)之间设置第一皮带传动机构,在所述第二铰接杆(16)与第三铰接杆(19)之间设置第二皮带传动机构;所述第一铰接杆(12)与脚掌(1)为可转动的铰接,与根趾节(5)为固定连接;所述第二铰接杆(16)与根趾节(5)为可转动的铰接,与中趾节(4)为固定连接;所述第三铰接杆(19)与中趾节(4)为可转动的铰接,与前趾节(3)为固定连接。
3.根据权利要求2所述的仿猫爪伸缩特性的机械足,其特征是:所述第一皮带传动机构和第二皮带传动机构是由主动带轮、从动带轮和皮带构成,所述皮带设置为交叉带;所述主动带轮的直径大于从动带轮的直径。
4.根据权利要求2所述的仿猫爪伸缩特性的机械足,其特征是:在所述第二铰接杆(16)的两端设置有中节钮簧,在所述第三铰接杆(19)的两端设置有前节钮簧;利用所述中节钮簧和前节钮簧为脚趾的收缩运动提供反向缓冲力,并且在机械足攀爬运动时,为脚趾的伸展提供助力,使脚爪(2)稳固地贴合于攀爬面。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4892554A (en) * 1987-12-21 1990-01-09 Robinson David L Prosthetic foot
CN102267507A (zh) * 2011-05-26 2011-12-07 西北工业大学 攀爬行走双模式仿生猫爪机构

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4892554A (en) * 1987-12-21 1990-01-09 Robinson David L Prosthetic foot
CN102267507A (zh) * 2011-05-26 2011-12-07 西北工业大学 攀爬行走双模式仿生猫爪机构

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
俞志伟 ; 李宏凯 ; 张晓峰 ; 张昊 ; 戴振东 ; .仿壁虎脚趾结构设计及粘附运动性能测试.机械工程学报.2011,(第21期),11-17. *

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