CN107128391A - 一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌 - Google Patents

一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，包括脚蹼机构、联结机构、脚掌机构，所述脚蹼机构和脚掌机构通过联结机构连接，其中，脚蹼机构包括脚趾板、左脚趾、左套筒滑块、左齿条、左脚蹼、中间脚趾、脚蹼主动带轮、脚蹼同步带、右脚蹼、右齿条、右套筒滑块、右脚趾、脚蹼电机。本发明使得柔性脚蹼充分覆盖地面，增大了与地面的接触面积，脚掌下端尖角呈包围形状，便于入土并有固土作用，提高支撑可靠性，对于倾斜地面，联接机构通过气动柱调节脚蹼机构的倾斜角度，脚掌机构通过电机驱动脚底板的张开角度，共同适应地面的复杂情况，提高了机器人脚的地形适应能力。

Description

一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌
技术领域
本发明涉及一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，属于机器人技术领域。
背景技术
目前，机器人的移动方式主要有轮式、履带式和腿式，而野外作业特种机器人行走中仍存在较多问题。在面对沼泽、沙漠等复杂环境时，机器人对于地形的适应问题尤为突出，传统轮式机器人难以解决该问题，履带式机器人虽然可以大幅度降低对地形的要求，但也存在灵活性差、维护成本高等缺点；腿式机器人由于每条腿能实现不同的动作，可以依靠腿的协调动作，离散地与不同地面接触，因此腿式机器人的地形适应能力更强。改进腿式机器人的脚掌和脚趾结构的设计方案，改善其脚部的防沉陷性能，是提高复杂软土环境下机器人行走稳定性的重要途径。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，提高机器人对软土地面情况的适应能力，增强其地面支撑的可靠性，使其在面对复杂地形时拥有更优良的行走能力。
本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案：
一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，包括脚蹼机构、联结机构、脚掌机构，所述脚蹼机构和脚掌机构通过联结机构连接，其中，脚蹼机构包括脚趾板、左脚趾、左套筒滑块、左齿条、左脚蹼、中间脚趾、脚蹼主动带轮、脚蹼同步带、右脚蹼、右齿条、右套筒滑块、右脚趾、脚蹼电机，所述左脚蹼左端与左脚趾固连，右端与中间脚趾固连，右脚蹼左端与中间脚趾固连，右端与右脚趾固连；左脚趾根部与左套筒滑块固连，左套筒滑块与左齿条固连，左套筒滑块安装在脚趾板的左方形滑槽中，右脚趾根部与右套筒滑块固连，右套筒滑块与右齿条固连，右套筒滑块安装在脚趾板的右方形滑槽中；中间脚趾与脚趾板铰接，同时与左齿条、右齿条在脚趾板中啮合；脚蹼主动带轮与脚趾板铰接，脚蹼主动带轮与中间脚趾上的从动带轮部分通过脚蹼同步带构成带传动；脚蹼电机安装在脚趾板上，脚蹼电机(113)输出轴与脚蹼主动带轮固连；
所述联结机构包括联结板、联结连杆、气动柱；联结板前端与所述脚趾板后端铰接，所述联结板内部有气动滑道，所述气动柱安装于气动滑道内，联结连杆一端与气动柱铰接，另一端与脚趾板铰接；
所述脚掌机构包括脚掌体、右脚底板、后盖、右从动带轮、右同步带、右主动带轮、右电机、右连杆、右滑道轴、左滑道轴、左连杆、左电机、左主动带轮、左同步带、左从动带轮、左脚底板；右滑道轴一端与右脚底板固连，另一端安装于脚掌体的右滑道中，右脚底板与右连杆一端铰接，右连杆的另一端与右从动带轮固连，右从动带轮与脚掌体铰接，右电机固连在脚掌体上，右电机输出轴与右主动带轮固连，右主动带轮与右从动带轮通过右同步带构成带传动，左滑道轴一端与左脚底板固连，另一端安装于脚掌体的左滑道中，左脚底板与左连杆一端铰接，左连杆的另一端与左从动带轮固连，左从动带轮与脚掌体铰接，左电机固连在脚掌体上，左电机输出轴与左主动带轮固连，左主动带轮与左从动带轮通过左同步带构成带传动；后盖固连在脚掌体后部。
优选地，中间脚趾根部包括第一轴承配合轴段、齿轮啮合轴段、第二轴承配合轴段和从动带轮轴段，所述第一轴承配合轴段与脚趾板铰接，所述第二轴承配合轴段与脚趾板铰接，所述齿轮啮合轴段分别与左齿条和右齿条相啮合，所述从动带轮轴段通过脚蹼同步带与脚蹼主动带轮连接构成传动。
优选地，左脚蹼、右脚蹼为可弯曲卷绕的柔性材料。
优选地，左脚蹼、右脚蹼收起时卷绕在中间脚趾(106)上。
优选地，左齿条、右齿条安装时分别位于脚趾板左滑道的上表面和右滑道的下表面。
优选地，左脚底板、右脚底板均具有下面、侧面两种不同的工作面，且工作面均为弧面。
优选地，所述联结板、左脚底板、右脚底板和后盖的最底端均为尖角。
优选地，脚掌机构前后的安装配合相同，可将左脚底板、右脚底板各分割成前后两块，独立控制。
有益效果：本发明公开了一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，未与工作地面接触时，脚蹼电机反向启动，左右脚趾和脚蹼卷绕在中间脚趾上，脚掌内电机转动脚底板使其侧工作面朝下支撑，保护脚蹼机构和脚掌下端的各个尖角部分；当脚掌与工作地面接触时，脚蹼电机正向启动，驱动左右脚趾和脚蹼展开，使得柔性脚蹼充分覆盖地面，增大了与地面的接触面积，脚掌下端尖角呈包围形状，便于入土并有固土作用，提高支撑可靠性，对于有倾斜的地面，联接机构通过气动柱调节脚蹼机构的倾斜角度，脚掌机构通过电机驱动脚底板的张开角度，共同适应地面的复杂情况，提高了机器人脚的地形适应能力。
附图说明
图1是本发明的机器人脚掌的立体结构示意图；
图2是本发明的机器人脚掌的脚趾机构正视图；
图3是本发明的机器人脚掌的脚趾机构剖视图；
图4是本发明的机器人脚掌的侧视图；
图5是本发明的机器人脚掌的脚掌机构正视图；
图6是本发明的机器人脚掌的脚掌机构爆炸示意图；
图7是本发明的机器人脚掌的中间脚趾结构示意图；
其中，1-脚蹼机构，101-脚趾板，102-左脚趾，103-左套筒滑块，104-左齿条，105-左脚蹼，106-中间脚趾，107-脚蹼主动带轮，108-脚蹼同步带，109-右脚蹼，110-右齿条，111-右套筒滑块，112-右脚趾，113-脚蹼电机，2-联结机构，201-联结板，202-联结连杆，203-气动柱，3-脚掌机构，301-脚掌体，302-右脚底板，303-后盖，304-右从动带轮，305-右同步带，306-右主动带轮，307-右电机，308-右连杆，309-右滑道轴，310-左滑道轴，311-左连杆，312-左电机，313-左主动带轮，314-左同步带，315-左从动带轮，316-左脚底板，1061-第一轴承配合轴段、1062-齿轮啮合轴段、1063-第二轴承配合轴段、1064-从动带轮轴段。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1～7所示，一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，包括脚蹼机构1、联结机构2、脚掌机构3，所述脚蹼机构和脚掌机构通过联结机构连接，其中，脚蹼机构包括脚趾板101、左脚趾102、左套筒滑块103、左齿条104、左脚蹼105、中间脚趾106、脚蹼主动带轮107、脚蹼同步带108、右脚蹼109、右齿条110、右套筒滑块111、右脚趾112、脚蹼电机113，所述左脚蹼105左端与左脚趾102固连，右端与中间脚趾106固连，右脚蹼109左端与中间脚趾106固连，右端与右脚趾112固连；左脚趾102根部与左套筒滑块103固连，左套筒滑块103与左齿条104固连，左套筒滑块103安装在脚趾板101的左方形滑槽中，右脚趾112根部与右套筒滑块111固连，右套筒滑块111与右齿条110固连，右套筒滑块111安装在脚趾板101的右方形滑槽中；中间脚趾106与脚趾板101铰接，同时与左齿条104、右齿条110在脚趾板101中啮合；脚蹼主动带轮107与脚趾板101铰接，脚蹼主动带轮107与中间脚趾106上的从动带轮部分通过脚蹼同步带108构成带传动；脚蹼电机113安装在脚趾板101上，脚蹼电机113输出轴与脚蹼主动带轮107固连；
所述联结机构2包括联结板201、联结连杆202、气动柱 203；联结板201前端与所述脚趾板101后端铰接，所述联结板201内部有气动滑道，所述气动柱203安装于气动滑道内，联结连杆202一端与气动柱203铰接，另一端与脚趾板101铰接；
所述脚掌机构3包括脚掌体301、右脚底板302、后盖303、右从动带轮304、右同步带305、右主动带轮306、右电机307、右连杆308、右滑道轴309、左滑道轴310、左连杆311、左电机312、左主动带轮313、左同步带314、左从动带轮315、左脚底板316；右滑道轴309一端与右脚底板302固连，另一端安装于脚掌体301的右滑道中，右脚底板302与右连杆308一端铰接，右连杆308的另一端与右从动带轮304固连，右从动带轮304与脚掌体301铰接，右电机307固连在脚掌体301上，右电机307输出轴与右主动带轮306固连，右主动带轮306与右从动带轮304通过右同步带305构成带传动，左滑道轴310一端与左脚底板316固连，另一端安装于脚掌体301的左滑道中，左脚底板316与左连杆311一端铰接，左连杆311的另一端与左从动带轮315固连，左从动带轮315与脚掌体301铰接，左电机312固连在脚掌体301上，左电机312输出轴与左主动带轮313固连，左主动带轮313与左从动带轮315通过左同步带314构成带传动；后盖303固连在脚掌体301后部。
优选地，中间脚趾106根部包括第一轴承配合轴段1061、齿轮啮合轴段1062、第二轴承配合轴段1063和从动带轮轴段1064，所述第一轴承配合轴段1061与脚趾板铰接，所述第二轴承配合轴段1063与脚趾板铰接，所述齿轮啮合轴段1062分别与左齿条104和右齿条110相啮合，所述从动带轮轴段1064通过脚蹼同步带108与脚蹼主动带轮107连接构成传动。
优选地，左脚蹼105、右脚蹼109为可弯曲卷绕的柔性材料。
优选地，左脚蹼105、右脚蹼109收起时卷绕在中间脚趾106上。
优选地，左齿条104、右齿条110安装时分别位于脚趾板101左滑道的上表面和右滑道的下表面。
优选地，左脚底板316、右脚底板302均具有下面、侧面两种不同的工作面，且工作面均为弧面。
优选地，所述联结板201、左脚底板316、右脚底板302和后盖303的最底端均为尖角。
优选地，脚掌机构3前后的安装配合相同，可将左脚底板316、右脚底板302各分割成前后两块，独立控制。
本发明的工作原理如下：
未工作时，与非工作地面接触，如图1~3所示，脚蹼电机113反向启动，通过带传动，中间脚趾106反向转动，左脚蹼105、右脚蹼109同时卷绕在中间脚趾106上，在脚蹼的拉扯和齿条的啮合传动下，左脚趾102、右脚趾112收起，左脚底板316、右脚底板302分别通过左电机312和右电机307的带动，将侧工作面翻转至正对地面来起支撑作用，将整个脚掌抬高，使脚蹼机构1以及联结板、脚掌的下部尖端保护起来；工作时，与工作地面接触，如图1~3所示，脚蹼电机113正向启动，中间脚趾106正向转动，齿条带动套筒滑块使得左脚趾102、右脚趾112向两边展开，同时拉扯左脚蹼105、右脚蹼109由蜷曲变展开，更好的与软土进行接触；如图1、4所示，联结机构2面对不同倾斜程度的工作地面，调整气动柱203的伸缩程度，通过联结连杆202改变脚蹼机构1的不同俯仰程度，更好的适应地面地形；如图5~6所示，脚掌机构3中的左电机312、右电机307对于相应的地面情况，通过带传动和连杆机构调整左脚底板316、右脚底板302的翻转角度，提高脚底板的适应能力，脚掌最下端的各个尖角部分使脚掌易于入土，同时呈包围形状，且脚掌体301内有空腔，可起到固土作用。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围 。

Claims (8)

1.一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于，包括脚蹼机构（1）、联结机构（2）、脚掌机构（3），所述脚蹼机构和脚掌机构通过联结机构连接，其中，脚蹼机构包括脚趾板(101)、左脚趾(102)、左套筒滑块(103)、左齿条(104)、左脚蹼(105)、中间脚趾(106)、脚蹼主动带轮(107)、脚蹼同步带(108)、右脚蹼(109)、右齿条(110)、右套筒滑块(111)、右脚趾(112)、脚蹼电机(113)，所述左脚蹼(105)左端与左脚趾(102)固连，右端与中间脚趾(106)固连，右脚蹼(109)左端与中间脚趾(106)固连，右端与右脚趾(112)固连；左脚趾(102)根部与左套筒滑块(103)固连，左套筒滑块(103)与左齿条(104)固连，左套筒滑块(103)安装在脚趾板(101)的左方形滑槽中，右脚趾(112)根部与右套筒滑块(111)固连，右套筒滑块(111)与右齿条(110)固连，右套筒滑块(111)安装在脚趾板(101)的右方形滑槽中；中间脚趾(106)与脚趾板(101)铰接，同时与左齿条(104)、右齿条(110)在脚趾板(101)中啮合；脚蹼主动带轮(107)与脚趾板(101)铰接，脚蹼主动带轮(107)与中间脚趾(106)上的从动带轮部分通过脚蹼同步带(108)构成带传动；脚蹼电机(113)安装在脚趾板(101)上，脚蹼电机(113)输出轴与脚蹼主动带轮(107)固连；
所述联结机构(2)包括联结板(201)、联结连杆(202)、气动柱 (203)；联结板(201)前端与所述脚趾板(101)后端铰接，所述联结板(201)内部有气动滑道，所述气动柱(203)安装于气动滑道内，联结连杆(202)一端与气动柱(203)铰接，另一端与脚趾板(101)铰接；
所述脚掌机构(3)包括脚掌体(301)、右脚底板(302)、后盖(303)、右从动带轮(304)、右同步带(305)、右主动带轮(306)、右电机(307)、右连杆(308)、右滑道轴(309)、左滑道轴(310)、左连杆(311)、左电机(312)、左主动带轮(313)、左同步带(314)、左从动带轮(315)、左脚底板(316)；右滑道轴(309)一端与右脚底板(302)固连，另一端安装于脚掌体(301)的右滑道中，右脚底板(302)与右连杆(308)一端铰接，右连杆(308)的另一端与右从动带轮(304)固连，右从动带轮(304)与脚掌体(301)铰接，右电机(307)固连在脚掌体(301)上，右电机(307)输出轴与右主动带轮(306)固连，右主动带轮(306)与右从动带轮(304)通过右同步带(305)构成带传动，左滑道轴(310)一端与左脚底板(316)固连，另一端安装于脚掌体(301)的左滑道中，左脚底板(316)与左连杆(311)一端铰接，左连杆(311)的另一端与左从动带轮(315)固连，左从动带轮(315)与脚掌体(301)铰接，左电机(312)固连在脚掌体(301)上，左电机(312)输出轴与左主动带轮(313)固连，左主动带轮(313)与左从动带轮(315)通过左同步带(314)构成带传动；后盖(303)固连在脚掌体(301)后部。
2.根据权利要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于，中间脚趾(106)根部包括第一轴承配合轴段（1061）、齿轮啮合轴段（1062）、第二轴承配合轴段（1063）和从动带轮轴段（1064），所述第一轴承配合轴段（1061）与脚趾板（101）铰接，所述第二轴承配合轴段（1603）与脚趾板（101）铰接，所述齿轮啮合轴段（1062）分别与左齿条(104)和右齿条(110)相啮合，所述从动带轮轴段（1064）通过脚蹼同步带(108)与脚蹼主动带轮(107)连接构成传动。
3.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：左脚蹼(105)、右脚蹼(109)为可弯曲卷绕的柔性材料。
4.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：左脚蹼(105)、右脚蹼(109)收起时卷绕在中间脚趾(106)上。
5.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：左齿条(104)、右齿条(110)安装时分别位于脚趾板(101)左滑道的上表面和右滑道的下表面。
6.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：左脚底板(316)、右脚底板(302)均具有下面、侧面两种不同的工作面，且工作面均为弧面。
7.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：所述联结板(201)、左脚底板(316)、右脚底板(302)和后盖(303)的最底端均为尖角。
8.根据权力要求1所述的一种具有可卷绕脚蹼的机器人脚掌，其特征在于：脚掌机构(3)前后的安装配合相同，将左脚底板(316)、右脚底板(302)各分割成前后两块，独立控制。
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