CN107757744B - 一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫，是由机架、硬地面着陆足垫、开关、复位弹簧、旋转盘、拓展叶片和弹簧挂钩组成；本发明利用弹簧和圆柱凸轮等机械机构的特性，能够根据足式机器人行走的地面和机器人足垫‑地间接触力的大小，自动改变足垫与地面的接触面积，当机器人行走在松软地面时增大足垫‑地接触面积，而行走在硬地面时减小接触面积，能够缓解足式机器人在沙性、泥泞等松软地面中行走时的下陷和滑移，并且使足式机器人在硬地面行走时能够具有相当程度的灵活性，所述硬地面着陆足垫能够保护自适应多种地面条件机器人足的开关，本发明结构简单，成本低廉，自适应性强。

Description

一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫

技术领域

本发明涉及一种足式机器人足垫，具体涉及一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫。

背景技术

机器人足垫直接与地面作用，影响机器人行走时的步态稳定性、通过性和灵活性，应能适应复杂地面环境。如：机器人从硬路面到松软沙土路面时，希望足垫触地面积增大，从而减小下陷和滑移。传统机器人足垫的设计方案通常采用刚体结构，刚性机器人足垫通常不具备应对复杂地面变化的姿态调整能力。当机器人在松软沙地中行走时很容易沉陷到沙土之中，从而影响足式机器人行走时的步态稳定性和通过性，甚至影响机器人寿命等。综上，传统刚性结构机器人足垫不能及时对复杂地面做出相应的姿态调整，影响机器人对复杂地面的适应能力，所以自适应多种地面条件的机器人足垫的设计尤为重要。

鉴于目前机器人发展状况，有些足式机器人足垫采用高仿真机械足垫，虽然高仿真机械足垫功能齐全，但这种足垫设计方案不论是成本还是加工工艺都有极高的要求，而且往往配有动力源，增加了机器人的控制模块的难度。另外，机器人足垫往往会接触恶劣环境，如沙土的侵蚀，硬地面的冲击，故对机器人足垫控制器等部分的维护也有很高的要求，如此，便不适用于普通足式机器人。而本发明的机器人足垫结构简单，可移植性好，自适应能力强，便于维护与更换，适用范围广泛。

发明内容

本发明的目的是提供一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫，通过松软地面作用于开关，使拓展叶片旋开，从而增大足垫-地间接触面积，防止机器人在松软地面行走时的下陷和滑移，并在两种复位弹簧的作用下，根据机器人足垫-地间接触力大小自主调节接触面积，以解决上述问题。

本发明包括旋转盘、开关、拓展叶片、机架、开关复位弹簧、弹簧挂钩、拓展叶片复位弹簧和硬地面着陆足垫；

所述的开关为圆柱凸轮状，安装在旋转盘下方，与旋转盘以六角铆接，可带动旋转盘旋转并可相对于旋转盘做线性往复运动；

所述的硬地面着陆足垫与机架底端刚性连接，作为与硬地面接触的足底，当机器人行走在硬地面时，避免由于地面不平而误触发开关，且能够保护开关，硬地面着陆足垫为网结构，当机器人行走在松软沙地时，能够使沙地透过硬地面着陆足垫触碰开关使之作用，当机器人足离地时，可滤去多余沙土，避免沙土储存于开关附近，从而使开关运动平顺；

所述的机架用于固定和连接各机构，并可作为机器人行走在硬地面时的足端，还可辅助拓展叶片的旋开；

所述的拓展叶片复位弹簧为拉力弹簧，每个拓展叶片和机架之间均通过弹簧挂钩勾挂拓展叶片复位弹簧；拓展叶片复位弹簧的作用是：拓展叶片在旋开和闭合的过程中，能使拓展叶片始终紧贴机架，并能在自身拉力作用下辅助拓展叶片的闭合；

所述的拓展叶片，多个拓展叶片旋转地安装在旋转盘上，当旋转盘转动时，在机架和拓展叶片复位弹簧的共同作用下，拓展叶片能紧紧贴靠机架旋开，拓展叶片的作用是：当旋转盘带动拓展叶片运动时，拓展叶片在机架和拓展叶片复位弹簧的作用下旋开，可作为增大足垫-地接触面积的主要机构；

所述的旋转盘安装在机架上，并与多个拓展叶片连接，旋转盘作用是：在开关的带动下可相对于机架做回转运动，能够带动多个拓展叶片展开，而当机器人行走在松软地面时，旋转盘可作为松软地面触地足端的一部分；

所述的弹簧挂钩，多个弹簧挂钩固定在机架和拓展叶片上，弹簧挂钩的作用是：在拓展叶片旋开的过程中，能够使拓展叶片紧贴机架，而在拓展叶片闭合的过程中，也能使拓展叶片紧贴机架，以保证机器人足拓展叶片旋开和闭合运动的平顺。

本发明的工作过程和原理：

当机器人行走在硬地面时，由机架和硬地面着陆足垫作为触地足端；而当机器人行走在松软沙地面时，硬地面接触足端和硬地面着陆足垫沉陷到沙土中，而松软沙土透过网结构的硬地面着陆足垫压迫开关，由于开关设为圆柱凸轮状，可使开关一边做线性运动缩到旋转盘中，同时开关内的开关复位弹簧压缩，一边相对机架做回转运动；由于开关与旋转盘之间用六角铆接，在开关做回转运动的同时带动旋转盘转动；多个拓展叶片可旋转地安装在旋转盘上，当旋转盘做回转运动时，在机架和拓展叶片复位弹簧的作用下，拓展叶片紧贴机架，缓缓旋开，从而增大足垫-地间接触面积；当机器人足离开松软地面时，足垫-地间接触力减小，在开关复位弹簧的作用下，开关相对于机架缓缓伸出并做回转运动，从而带动旋转盘回转，在拓展叶片复位弹簧的拉力作用下，拓展叶片紧贴机架缓缓收起，从而减少机器人足垫-地接触面积，并提高机器人行走的灵活性。

本发明的有益效果为：

1、根据地面类型和机器人足垫-地间接触力自主调节与足垫接触面积，接触力大时，足垫-地间接触面积增大，反之相反。

2、当足式机器人行走在凹凸不平的硬地面时，在硬地面着陆足垫的作用下，可保护开关，避免石子等坚硬物体误触开关。由于硬地面着陆足垫设计为网结构，当机器人行走于沙地并多次触发开关时，可将多余沙土过滤，避免沙土储存于开关附近，从而造成机构运作不平顺。

3、当机器人行走于松软地面时，机器人足垫-地接触力大小控制足垫-地间接触面积，当足离开地面时，足垫-地间接触力减小，足的面积自动减小，能够保证机器人腿部运动灵活性，从而有利于机器人的行走。

附图说明

图1为本发明旋开时的立体示意图。

图2为本发明闭合时的立体示意图。

图3为本发明的立体分解示意图一。

图4为本发明的立体分解示意图二。

图5为本发明的剖视图。

图6为本发明的开关、旋转盘和开关复位弹簧结合的剖视图。

图7为本发明的拓展叶片立体示意图。

具体实施方式

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本发明包括旋转盘1、开关2、拓展叶片3、机架4、开关复位弹簧5、弹簧挂钩6、拓展叶片复位弹簧7和硬地面着陆足垫8；

所述的开关2为圆柱凸轮状，安装在旋转盘1下方，与旋转盘1以六角铆接，可带动旋转盘1旋转并可相对于旋转盘1做线性往复运动；

所述的硬地面着陆足垫8与机架4底端刚性连接，作为与硬地面接触的足底，当机器人行走在硬地面时，避免由于地面不平而误触发开关2，且能够保护开关2，硬地面着陆足垫8为网结构，当机器人行走在松软沙地时，能够使沙地透过硬地面着陆足垫8触碰开关使之作用，当机器人足离地时，可滤去多余沙土，避免沙土储存于开关2附近，从而使开关2运动平顺；

所述的机架4用于固定和连接各机构，并可作为机器人行走在硬地面时的足端，还可辅助拓展叶片3的旋开；

所述的拓展叶片复位弹簧7为拉力弹簧，每个拓展叶片3和机架4之间均通过弹簧挂钩6勾挂拓展叶片复位弹簧7；拓展叶片复位弹簧7的作用是：拓展叶片3在旋开和闭合的过程中，能使拓展叶片3始终紧贴机架4，并能在自身拉力作用下辅助拓展叶片3的闭合。

所述的拓展叶片3，多个拓展叶片3旋转地安装在旋转盘1上，当旋转盘1转动时，在机架4和拓展叶片复位弹簧7的共同作用下，拓展叶片3能紧紧贴靠机架4旋开，拓展叶片3的作用是：当旋转盘1带动拓展叶片3运动时，拓展叶片3在机架4和拓展叶片复位弹簧7的作用下旋开，可作为增大足垫-地接触面积的主要机构；

所述的旋转盘1安装在机架4上，并与五个拓展叶片3连接，旋转盘1作用是：在开关2的带动下可相对于机架4做回转运动，能够带动多个拓展叶片3展开，而当机器人行走在松软地面时，旋转盘1可作为松软地面触地足端的一部分；

所述的弹簧挂钩6，多个弹簧挂钩6固定在机架4和拓展叶片3上，弹簧挂钩6的作用是：在拓展叶片3旋开的过程中，能够使拓展叶片3紧贴机架4，而在拓展叶片3闭合的过程中，也能使拓展叶片3紧贴机架4，以保证机器人足拓展叶片3旋开和闭合运动的平顺。

本实施例的工作过程和原理：

当机器人行走在硬地面时，由机架4和硬地面着陆足垫8作为触地足端；而当机器人行走在松软沙地面时，硬地面接触足端和硬地面着陆足垫8沉陷到沙土中，而松软沙土透过网结构的硬地面着陆足垫8压迫开关2，由于开关2设为圆柱凸轮状，可使开关2一边做线性运动缩到旋转盘1中，同时开关2内的开关复位弹簧5压缩，一边相对机架4做回转运动；由于开关2与旋转盘1之间用六角铆接，在开关2做回转运动的同时带动旋转盘1转动；多个拓展叶片3可旋转地安装在旋转盘1上，当旋转盘1做回转运动时，在机架4和拓展叶片复位弹簧7的作用下，拓展叶片3紧贴机架4，缓缓旋开，从而增大足垫-地间接触面积；当机器人足离开松软地面时，足垫-地间接触力减小，在开关复位弹簧5的作用下，开关2相对于机架4缓缓伸出并做回转运动，从而带动旋转盘1回转，在拓展叶片复位弹簧7的拉力作用下，拓展叶片3紧贴机架4缓缓收起，从而减少机器人足垫-地接触面积，并提高机器人行走的灵活性。

Claims (1)

1.一种自适应多种地面的旋开式四足机器人足垫，其特征在于：包括旋转盘（1）、开关（2）、拓展叶片（3）、机架（4）、开关复位弹簧（5）、弹簧挂钩（6）、拓展叶片复位弹簧（7）和硬地面着陆足垫（8）；

所述的开关（2）为圆柱凸轮状，安装在旋转盘（1）下方，与旋转盘（1）以六角铆接，可带动旋转盘（1）旋转并可相对于旋转盘（1）做线性往复运动；

所述的硬地面着陆足垫（8）与机架（4）底端刚性连接，作为与硬地面接触的足底，当机器人行走在硬地面时，避免由于地面不平而误触发开关（2），且能够保护开关（2），硬地面着陆足垫（8）为网结构，当机器人行走在松软沙地时，能够使沙地透过硬地面着陆足垫（8）触碰开关使之作用，当机器人足离地时，可滤去多余沙土，避免沙土储存于开关（2）附近，从而使开关（2）运动平顺；

所述的机架（4）用于固定和连接各机构，并可作为机器人行走在硬地面时的足端，还可辅助拓展叶片（3）的旋开；

所述的拓展叶片复位弹簧（7）为拉力弹簧，每个拓展叶片（3）和机架（4）之间均通过弹簧挂钩（6）勾挂拓展叶片复位弹簧（7）；拓展叶片复位弹簧（7）的作用是：拓展叶片（3）在旋开和闭合的过程中，能使拓展叶片（3）始终紧贴机架（4），并能在自身拉力作用下辅助拓展叶片（3）的闭合；

所述的拓展叶片（3），多个拓展叶片（3）旋转地安装在旋转盘（1）上，当旋转盘（1）转动时，在机架（4）和拓展叶片复位弹簧（7）的共同作用下，拓展叶片（3）能紧紧贴靠机架（4）旋开，拓展叶片（3）的作用是：当旋转盘（1）带动拓展叶片（3）运动时，拓展叶片（3）在机架（4）和拓展叶片复位弹簧（7）的作用下旋开，可作为增大足垫-地接触面积的主要机构；

所述的旋转盘（1）安装在机架（4）上，并与多个拓展叶片（3）连接，旋转盘（1）作用是：在开关（2）的带动下可相对于机架（4）做回转运动，能够带动多个拓展叶片（3）展开，而当机器人行走在松软地面时，旋转盘（1）作为松软地面触地足端的一部分；

所述的弹簧挂钩（6），多个弹簧挂钩（6）固定在机架（4）和拓展叶片（3）上，弹簧挂钩（6）的作用是：在拓展叶片（3）旋开的过程中，能够使拓展叶片（3）紧贴机架（4），而在拓展叶片（3）闭合的过程中，也能使拓展叶片（3）紧贴机架（4），以保证机器人足拓展叶片（3）旋开和闭合运动的平顺。