CN107128393B - 一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，包括脚掌基座、脚趾组、齿轮和齿条以及脚蹼，所述脚掌基座为环形结构，所述脚趾组周向设置在脚掌基座四周，所述脚趾组包括可动脚趾和固定脚趾，可动脚趾和固定脚趾间通过脚蹼连接。本发明可实现与地面的充分接触，增加行走的稳定性；可通过电机、齿轮、齿条等协同作用控制脚趾组的角度，实现脚掌的俯仰，使脚掌可以适应复杂的地形；机器人脚趾组之间协同作用可实现抓地效果，并在脚趾组之间设置脚蹼，机器人的脚蹼可于可动脚趾和固定脚趾之间伸缩，进一步增大接触面积，可减缓土壤的流动，有效地防止机器人脚部沉陷，提高了机器人于软土环境中的行走能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，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、腿式。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，腿式机器人的适应能力更强，如果对腿式机器人的脚部结构进行进一步的设计，使与地面更高效地接触，那么可以更好的防止沉陷。如何对腿式机器人的脚掌、脚趾和脚蹼结构进行针对性的设计和改良，改善机器人的脚部沉陷状况，是复杂软土环境下机器人良好运动的重要因素。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，脚趾结构的俯仰动作可实现抓地效果，脚蹼结构进一步增大了接触面积，能够防止机器人脚部过多沉陷，使机器人更加高效地在软土等环境下行走。
一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，包括脚掌基座、脚趾组、齿轮和齿条以及脚蹼，所述脚掌基座为环形结构，所述脚趾组周向设置在脚掌基座四周，所述脚趾组包括可动脚趾和固定脚趾，可动脚趾和固定脚趾间通过脚蹼连接,其中，
所述脚掌基座包括固定块、脚掌本体、滑块、脚掌端盖、脚掌驱动滑块，所述脚掌本体和脚掌端盖通过螺纹连接，固定块与脚掌端盖通过固定销固定，滑块通过滑动销定位，在脚掌端盖上分别开设孔和槽，且孔和槽间隔设置，所述固定块通过固定销与孔配合固定在脚掌端盖上，所述滑块通过滑动销与槽配合定位在脚掌端盖上，且所述滑动销与脚掌驱动滑块上开设的孔配合定位，所述固定块和滑块与脚掌本体间均安装有滚珠，所述脚掌本体与脚掌驱动滑块采用螺纹或丝杠连接，所述滑块驱动电机输出端通过轴向可移动联轴器与脚掌驱动滑块相连，且所述滑块驱动电机与脚掌本体固连；
所述可动脚趾包括第一脚趾箱、第一脚趾箱盖、第一锥形轴、第一支架、第一锥形轴驱动电机，所述第一脚趾箱与滑块之间为铰链连接，第一脚趾箱与第一脚趾箱盖固连，所述第一锥形轴一端与第一脚趾箱铰接，另一端与第一支架铰接，所述第一支架与第一脚趾箱固连，第一锥形轴与第一锥形轴驱动电机输出端连接，所述第一锥形轴驱动电机与第一脚趾箱固连，第一锥形轴上缠绕脚蹼，并通过第一脚趾箱上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的固定脚趾中的第二锥形轴上；
所述固定脚趾包括第二脚趾箱、第二脚趾箱盖、第二锥形轴、第二支架、第二锥形轴驱动电机，所述第二脚趾箱与固定块之间为铰链连接，所述第二脚趾箱与第二脚趾箱盖固连，所述第二锥形轴一端与第二脚趾箱铰接，另一端与第二支架铰接，所述第二支架与第二脚趾箱固连，第二锥形轴与第二锥形轴驱动电机输出端连接，所述第二锥形轴驱动电机与第二脚趾箱固连，第二锥形轴上缠绕脚蹼，并通过第二脚趾箱上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的可动脚趾中的第一锥形轴上；
所述齿轮与可动脚趾中第一脚趾箱固连，所述齿条与脚掌驱动滑块固连，所述齿轮与齿条啮合连接。
优选地，所述脚趾组的个数为3～6个。
优选地，所述脚趾组中可动脚趾的个数为1～2个，固定脚趾3的个数为1个。
有益效果：本发明采用一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构可实现与地面的充分接触，增加行走的稳定性；可通过电机、齿轮、齿条等协同作用控制脚趾组的角度，实现脚掌的俯仰，使脚掌可以适应复杂的地形；机器人脚趾组之间协同作用可实现抓地效果，并在脚趾组之间设置脚蹼，机器人的脚蹼可于可动脚趾和固定脚趾之间伸缩，进一步增大接触面积，可减缓土壤的流动，有效地防止机器人脚部沉陷，提高了机器人于软土环境中的行走能力。
附图说明
图1是本发明的初始状态下的立体结构示意图；
图2是本发明的与地面接触状态下的立体结构示意图；
图3是本发明的脚掌基座装配剖面示意图；
图4是本发明的脚趾端盖的孔、槽分布示意图；
图5是本发明的可动脚趾装配剖面示意图；
图6是本发明的固定脚趾装配剖面示意图；
图7是本发明的脚趾组与脚掌基座连接局部放大示意图；
图中：1-脚掌基座，2-可动脚趾，3-固定脚趾，4-齿轮，5-齿条，6-脚蹼；101-固定块，102-脚掌本体，103-固定销，104-滚珠，105-滑块驱动电机，106-滑动销，107-滑块，108-脚掌端盖，109-脚掌驱动滑块，110-轴向可移动联轴器；201-第一脚趾箱，202-第一脚趾箱盖，203-第一锥形轴、204-第一支架，205-第一锥形轴驱动电机；301-第二脚趾箱，302-第二脚趾箱盖，303-第二锥形轴，304-第二支架，305-第二锥形轴驱动电机。
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，一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，包括脚掌基座1、脚趾组、齿轮4和齿条5以及脚蹼6，所述脚掌基座为环形结构，所述脚趾组周向设置在脚掌基座四周，所述脚趾组包括可动脚趾2和固定脚趾3，可动脚趾2和固定脚趾3间通过脚蹼6连接,其中，
所述脚掌基座1包括固定块101、脚掌本体102、滑块107、脚掌端盖（108）、脚掌驱动滑块109，所述脚掌本体102和脚掌端盖108通过螺纹连接，用于脚掌本体102和脚掌端盖108之间的固定块101和滑块107的轴向定位，固定块101与脚掌端盖108通过固定销103固定，滑块107通过滑动销106定位，在脚掌端盖108上分别开设孔和槽，且孔和槽间隔设置，所述固定块101通过固定销103与孔配合固定在脚掌端盖108上，所述滑块107通过滑动销106与槽配合定位在脚掌端盖108上，且所述滑动销106与脚掌驱动滑块109上开设的孔配合定位，所述固定块101和滑块107与脚掌本体102间均安装有滚珠104，所述脚掌本体102与脚掌驱动滑块109采用螺纹或丝杠连接，所述滑块驱动电机105输出端通过轴向可移动联轴器110与脚掌驱动滑块109相连，且所述滑块驱动电机105与脚掌本体102固连；
所述可动脚趾2包括第一脚趾箱201、第一脚趾箱盖202、第一锥形轴203、第一支架204、第一锥形轴驱动电机205，所述第一脚趾箱201与滑块107之间为铰链连接，第一脚趾箱201与第一脚趾箱盖202固连，所述第一锥形轴203一端与第一脚趾箱201铰接，另一端与第一支架204铰接，所述第一支架204与第一脚趾箱201固连，第一锥形轴203与第一锥形轴驱动电机205输出端连接，所述第一锥形轴驱动电机205与第一脚趾箱201固连，第一锥形轴203上缠绕脚蹼6，并通过第一脚趾箱201上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的固定脚趾3中的第二锥形轴303上；
所述固定脚趾3包括第二脚趾箱301、第二脚趾箱盖302、第二锥形轴（303）、第二支架304、第二锥形轴驱动电机305，所述第二脚趾箱301与固定块101之间为铰链连接，所述第二脚趾箱301与第二脚趾箱盖302固连，所述第二锥形轴303一端与第二脚趾箱301铰接，另一端与第二支架304铰接，所述第二支架304与第二脚趾箱301固连，第二锥形轴303与第二锥形轴驱动电机305输出端连接，所述第二锥形轴驱动电机305与第二脚趾箱301固连，第二锥形轴303上缠绕脚蹼6，并通过第二脚趾箱301上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的可动脚趾2中的第一锥形轴203上；
所述齿轮4与可动脚趾2中第一脚趾箱201固连，所述齿条5与脚掌驱动滑块109固连，所述齿轮4与齿条5啮合连接。
优选地，所述脚趾组的个数为3～6个。
优选地，所述脚趾组中可动脚趾2的个数为1～2个，固定脚趾3）的个数为1个。
本发明的工作原理如下：
初始状态为脚掌收缩、脚蹼收缩状态，如图1所示，脚趾组A组的可动脚趾2与固定脚趾3并在一起，脚趾组B组的可动脚趾2与固定脚趾3同样并在一起。在滑块驱动电机105的作用下，可实现脚趾组的俯仰动作以及脚蹼6的伸缩动作。在机器人脚掌与地面完全接触时，可实现脚趾组A组中的可动脚趾2可与B组中的固定脚趾3并在一起，如图2所示。
滑块驱动电机105作为驱动件，通过轴向可移动联轴器110带动脚掌驱动滑块109运动，由于脚掌驱动滑块109与脚掌本体102之间为螺纹传动或丝杠传动，故脚掌驱动滑块109既可旋转，也可沿轴向上下移动。在脚掌驱动滑块109运动时，其旋转运动可在滑动销106的作用下带动滑块107沿圆周方向进行转动从而带动可动脚趾2旋转，在可动脚趾2内部的第一脚趾驱动电机205和固定脚趾3内部的第二脚趾驱动电机305共同作用下脚蹼6可实现伸展；其轴向移动可带动齿条5上下移动，从而带动齿轮4转动，使可动脚趾2实现俯仰运动，因可动脚趾2和固定脚趾3间连接有脚蹼6，故亦可带动固定脚趾3实现俯仰运动。这样既可实现俯仰固土动作，也可同时实现脚蹼6的伸缩，实现稳定行走。
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 (3)
1.一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，其特征在于：包括脚掌基座（1）、脚趾组、齿轮（4）和齿条（5）以及脚蹼（6），所述脚掌基座为环形结构，所述脚趾组周向设置在脚掌基座四周，所述脚趾组包括可动脚趾（2）和固定脚趾（3），可动脚趾（2）和固定脚趾（3）间通过脚蹼（6）连接，其中，
所述脚掌基座（1）包括固定块（101）、脚掌本体（102）、滑块（107）、脚掌端盖（108）、脚掌驱动滑块（109），所述脚掌本体（102）和脚掌端盖（108）通过螺纹连接，固定块（101）与脚掌端盖（108）通过固定销（103）固定，滑块（107）通过滑动销（106）定位，所述脚掌端盖（108）上分别开设孔和槽，且孔和槽间隔设置，所述固定块（101）通过固定销（103）与孔配合固定在脚掌端盖（108）上，所述滑块（107）通过滑动销（106）与槽配合定位在脚掌端盖（108）上，且所述滑动销（106）与脚掌驱动滑块（109）上开设的孔配合定位，所述固定块（101）和滑块（107）与脚掌本体（102）间均安装有滚珠（104），所述脚掌本体（102）与脚掌驱动滑块（109）采用螺纹或丝杠连接，滑块驱动电机（105）输出端通过轴向可移动联轴器（110）与脚掌驱动滑块（109）相连，且所述滑块驱动电机（105）与脚掌本体（102）固连；
所述可动脚趾（2）包括第一脚趾箱（201）、第一脚趾箱盖（202）、第一锥形轴（203）、第一支架（204）、第一锥形轴驱动电机（205），所述第一脚趾箱（201）与滑块（107）之间为铰链连接，第一脚趾箱（201）与第一脚趾箱盖（202）固连，所述第一锥形轴（203）一端与第一脚趾箱（201）铰接，另一端与第一支架（204）铰接，所述第一支架（204）与第一脚趾箱（201）固连，第一锥形轴（203）与第一锥形轴驱动电机（205）输出端连接，所述第一锥形轴驱动电机（205）与第一脚趾箱（201）固连，第一锥形轴（203）上缠绕脚蹼（6），并通过第一脚趾箱（201）上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的固定脚趾（3）中的第二锥形轴（303）上；
所述固定脚趾（3）包括第二脚趾箱（301）、第二脚趾箱盖（302）、第二锥形轴（303）、第二支架（304）、第二锥形轴驱动电机（305），所述第二脚趾箱（301）与固定块（101）之间为铰链连接，所述第二脚趾箱（301）与第二脚趾箱盖（302）固连，所述第二锥形轴（303）一端与第二脚趾箱（301）铰接，另一端与第二支架（304）铰接，所述第二支架（304）与第二脚趾箱（301）固连，第二锥形轴（303）与第二锥形轴驱动电机（305）输出端连接，所述第二锥形轴驱动电机（305）与第二脚趾箱（301）固连，第二锥形轴（303）上缠绕脚蹼（6），并通过第二脚趾箱（301）上设定的缝隙穿出来缠绕在与之为同一脚趾组的可动脚趾（2）中的第一锥形轴（203）上；
所述齿轮（4）与可动脚趾（2）中第一脚趾箱（201）固连，所述齿条（5）与脚掌驱动滑块（109）固连，所述齿轮（4）与齿条（5）啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，其特征在于：所述脚趾组的个数为3～6个。
3.根据权利要求1所述的一种脚蹼可伸缩的机器人脚掌结构，其特征在于：所述脚趾组中可动脚趾（2）的个数为1～2个，固定脚趾（3）的个数为1个。
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