CN107472394A - 一种机器人触地感知脚掌结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域，公开了一种机器人触地感知脚掌结构，包括脚掌骨架，脚掌骨架的前端底部设有前脚掌本体，脚掌骨架的后端底部设有后脚掌本体，前脚掌本体、后脚掌本体的内端均与支撑板之间转动连接，前连接梁的底部与前脚掌本体的顶面之间设有前压簧，脚掌骨架的前端设有前微动开关，前微动开关上的拨杆与前脚掌本体抵接；后脚掌本体的外端延伸形成后限位翻边，后限位翻边扣合在后连接梁的外侧，后连接梁的底部与后脚掌本体的顶面之间设有后压簧，脚掌骨架的后端设有后微动开关，后微动开关上的拨杆与后脚掌本体抵接。本发明具有灵敏度高、适应路面能力强、成本相对较低的有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种机器人触地感知脚掌结构。
背景技术
腿式机器人具有运动速度快、平衡控制复杂的特点，这要求机器人具备很强的运动实时感知能力，由于腿式机器人的空中相与着地相有不同的控制算法，这就对机器人足底感知着地状态提出了很高的要求。例如CN101370623公开的“腿式机器人”，能在确保躯干高度低的情况下以大步幅行走，但是步伐的长度需要事先预定，并不能够适应较为复杂的路面状况；又如CN1860001的“腿式移动机器人”，采用了力传感器反馈腿部活动状态，但是这类传感器的价格昂贵，且对安装和使用的要求也较高，这就导致机器人成本提高。
发明内容
本发明为了解决现有技术中的机器人脚掌适应路面能力差、灵敏度低、成本高的问题，提供了一种灵敏度高、适应路面能力强、成本相对较低的机器人触地感知脚掌结构。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种机器人触地感知脚掌结构，包括脚掌骨架，所述脚掌骨架包括两块平行的支撑板、用于连接支撑板的前连接梁和后连接梁，所述脚掌骨架的前端底部设有前脚掌本体，脚掌骨架的后端底部设有后脚掌本体，所述前脚掌本体、后脚掌本体的内端均与支撑板之间转动连接，所述前脚掌本体的外端延伸形成前限位翻边，所述的前限位翻边扣合在前连接梁的外侧，所述前连接梁的底部与前脚掌本体的顶面之间设有前压簧，所述脚掌骨架的前端位于前脚掌本体的中部上方设有前微动开关，所述前微动开关上的拨杆与前脚掌本体抵接；所述后脚掌本体的外端延伸形成后限位翻边，所述后限位翻边扣合在后连接梁的外侧，所述后连接梁的底部与后脚掌本体的顶面之间设有后压簧，所述脚掌骨架的后端位于后脚掌本体的中部上方设有后微动开关，所述后微动开关上的拨杆与后脚掌本体抵接。
当机器人脚掌与地面完全分离时，前脚掌本体在前压簧的作用下，前限位翻边与前连接梁抵接，前脚掌向下转动一个小的角度，前微动开关上的拨杆弹起，后脚掌本体的状态与前脚掌本体的状态一致，后微动开关上的拨杆弹起，前微动开关、后微动开关均处于断开状态、无信号输入；当前脚掌本体与地面接触时，前脚掌本体受压而发生转动，进而将前微动开关的拨杆压下，前微动开关处于闭合状态、有信号输入，同理后脚掌本体与地面接触时，后微动开关闭合、输入信号；因此通过前微动开关、后微动开关的状态实时感知机器人的脚掌着地状态，以及能够感知是前脚掌本体还是后脚掌本体着地，灵敏度高，而且整体结构简单、紧凑、成本低。
作为优选，所述前连接梁、后连接梁的底部均设有限位孔，所述的前压簧、后压簧一一对应设在限位孔内。限位孔用于前压簧、后压簧的限位，防止前压簧、后压簧脱落。
作为优选，所述前连接梁、后连接梁的外侧棱边处均设有倒角。倒角能防止前连接梁的棱边处与前限位翻边、后连接梁的棱边处与后限位翻边发生碰撞，从而提高整体稳定性。
作为优选，所述前脚掌本体的底面设有前掌橡胶垫，所述后脚掌本体的底面设有后掌橡胶垫，所述前掌橡胶垫、后掌橡胶垫的底部均设有防滑纹。前掌橡胶垫、后掌橡胶垫能增大机器人脚掌与地面的摩擦力，使得机器人行走更加稳定；还能起到减震作用，提高机器人脚掌的使用寿命。
作为优选，所述的前微动开关有两个，两个前微动开关并联；所述的后微动开关有两个，两个后微动开关并联。设置两组微动开关，稳定性好，即使其中一个微动开关失效，也能准确的感知机器人脚掌的行走动态。
作为优选，所述脚掌骨架的顶部中心设有两个连接座，两个连接座之间设有十字轴万向节，十字轴万向节上同一轴向的两个轴头分别于两个连接座一一对应连接，十字轴万向节上的其余两个轴头上与机器人腿臂连接。脚掌骨架通过十字轴万向节与机器人腿臂连接形成踝关节，机动灵活，对地面的适应性非常强，能适应各种复杂的路况。
作为优选，所述机器人腿臂的上端前后两侧均设有调节座，所述的调节座上设有若干调节孔，调节座上连接有转动座，转动座与调节孔之间转动连接，所述脚掌骨架的前端、后端顶部均设有连接板，连接板的两端均通过拉簧与转动座。机器人脚掌与地面完全分离后，拉簧能够对脚掌起到限位作用，确保脚掌下一次与地面接触的角度一致；同时脚掌与地面接触时，拉簧能吸收地面对脚掌的碰撞作用力，对机器人脚掌起到保护作用，提高使用寿命。
因此，本发明具有灵敏度高、适应路面能力强、成本相对较低的有益效果。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图。
图2为脚掌骨架的结构示意图。
图3为图1的剖视图。
图4为图3中A处局部放大示意图。
图5为脚掌骨架与腿臂的连接示意图。
图中：脚掌骨架1、支撑板100、前连接梁101、后连接梁102、限位孔103、前压簧104、压簧105、倒角106、前脚掌本体2、前限位翻边200、前掌橡胶垫201、后脚掌本体3、后限位翻边300、后掌橡胶垫301、前微动开关4、后微动开关5、连接座6、十字轴万向节7、机器人腿臂8、调节座9、调节孔10、转动座11、连接板12、拉簧13。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。
如图1、图2和图3所示的一种机器人触地感知脚掌结构，包括脚掌骨架1，脚掌骨架包括两块平行的支撑板100、用于连接支撑板的前连接梁101和后连接梁102，脚掌骨架的前端底部设有前脚掌本体2，脚掌骨架的后端底部设有后脚掌本体3，前脚掌本体、后脚掌本体的内端均与支撑板之间转动连接。
如图3和图4所示，前脚掌本体2的外端延伸形成前限位翻边200，前限位翻边扣合在前连接梁的外侧，前连接梁101的底部设有限位孔103，前连接梁上的限位孔内设有前压簧104，前压簧的下端压在前脚掌本体的顶面，脚掌骨架1的前端位于前脚掌本体的中部上方设有前微动开关4，前微动开关有两个，两个前微动开关并联，前微动开关上的拨杆与前脚掌本体抵接；后脚掌本体3的外端延伸形成后限位翻边300，后限位翻边扣合在后连接梁102的外侧，后连接梁的底部设有限位孔，后连接梁上限位孔内设有后压簧105，后压簧的下端压在后脚掌本体的顶面，脚掌骨架的后端位于后脚掌本体的中部上方设有后微动开关5，后微动开关有两个，两个后微动开关并联，后微动开关上的拨杆与后脚掌本体抵接；前连接梁、后连接梁的外侧棱边处均设有倒角106。
前脚掌本体2的底面设有前掌橡胶垫201，后脚掌本体3的底面设有后掌橡胶垫301，前掌橡胶垫、后掌橡胶垫的底部均设有防滑纹。
如图5所示，脚掌骨架1的顶部中心设有两个连接座6，两个连接座之间设有十字轴万向节7，十字轴万向节上同一轴向的两个轴头分别于两个连接座一一对应连接，十字轴万向节上的其余两个轴头上与机器人腿臂8连接；机器人腿臂8的上端前后两侧均设有调节座9，所述的调节座上设有若干调节孔10，调节座上连接有转动座11，转动座与调节孔之间转动连接，脚掌骨架的前端、后端顶部均设有连接板12，连接板的两端均通过拉簧13与转动座。
结合附图，本发明的原理如下：机器人在地面上行走，两只脚掌间歇式与地面接触、分离，脚掌与地面分离时，前脚掌本体在前压簧的作用下，前限位翻边与前连接梁抵接，前脚掌向下转动一个小的角度，前微动开关上的拨杆弹起，后脚掌本体的状态与前脚掌本体的状态一致，后微动开关上的拨杆弹起，前微动开关、后微动开关均处于断开状态、无信号输入；当前脚掌本体与地面接触时，前脚掌本体受压而发生转动，进而将前微动开关的拨杆压下，前微动开关处于闭合状态、有信号输入，同理后脚掌本体与地面接触时，后微动开关闭合、输入信号；因此通过前微动开关、后微动开关的状态实时感知机器人的脚掌着地状态，以及能够感知是前脚掌本体还是后脚掌本体着地，灵敏度高，而且整体结构简单、紧凑、成本低；机器人在行走过程中，拉簧、压簧、前掌橡胶垫、后掌橡胶垫均起到缓冲减震的作用，提高机器人脚掌的使用寿命和稳定性。
Claims (7)
1.一种机器人触地感知脚掌结构，包括脚掌骨架，其特征是，所述脚掌骨架包括两块平行的支撑板、用于连接支撑板的前连接梁和后连接梁，所述脚掌骨架的前端底部设有前脚掌本体，脚掌骨架的后端底部设有后脚掌本体，所述前脚掌本体、后脚掌本体的内端均与支撑板之间转动连接，所述前脚掌本体的外端延伸形成前限位翻边，所述的前限位翻边扣合在前连接梁的外侧，所述前连接梁的底部与前脚掌本体的顶面之间设有前压簧，所述脚掌骨架的前端位于前脚掌本体的中部上方设有前微动开关，所述前微动开关上的拨杆与前脚掌本体抵接；所述后脚掌本体的外端延伸形成后限位翻边，所述后限位翻边扣合在后连接梁的外侧，所述后连接梁的底部与后脚掌本体的顶面之间设有后压簧，所述脚掌骨架的后端位于后脚掌本体的中部上方设有后微动开关，所述后微动开关上的拨杆与后脚掌本体抵接。
2.根据权利要求1所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述前连接梁、后连接梁的底部均设有限位孔，所述的前压簧、后压簧一一对应设在限位孔内。
3.根据权利要求1或2所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述前连接梁、后连接梁的外侧棱边处均设有倒角。
4.根据权利要求1所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述前脚掌本体的底面设有前掌橡胶垫，所述后脚掌本体的底面设有后掌橡胶垫，所述前掌橡胶垫、后掌橡胶垫的底部均设有防滑纹。
5.根据权利要求1所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述的前微动开关有两个，两个前微动开关并联；所述的后微动开关有两个，两个后微动开关并联。
6.根据权利要求1所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述脚掌骨架的顶部中心设有两个连接座，两个连接座之间设有十字轴万向节，十字轴万向节上同一轴向的两个轴头分别于两个连接座一一对应连接，十字轴万向节上的其余两个轴头上与机器人腿臂连接。
7.根据权利要求6所述的一种机器人触地感知脚掌结构，其特征是，所述机器人腿臂的上端前后两侧均设有调节座，所述的调节座上设有若干调节孔，调节座上连接有转动座，转动座与调节孔之间转动连接，所述脚掌骨架的前端、后端顶部均设有连接板，连接板的两端均通过拉簧与转动座。
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