CN110194227A - 可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，包括固定杆、第二杆、第三杆和第四杆，固定杆一端与第二杆铰接，另一端与第四杆铰接，第二杆远离固定杆的一端与第三杆上端铰接，第四杆远离固定杆的一端铰接在第三杆上，固定杆上方设置电机，弹性连接件的一端连接在第三杆和第四杆的铰接处，另一端连接在电机的传动轴上，第三杆的下端设置钩爪结构和足垫结构，钩爪结构上方通过弹性体与第三杆连接，足垫结构底部设置第一仿生黏附层。本发明解决了现有机器人弹跳机构或脚掌结构不能很好地在光滑表面跳跃的缺陷，在光滑和粗糙的表面均实现较好的弹跳能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生复合弹跳足结构，特别是涉及一种可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构。
背景技术
近年来，随着机器人技术的不断发展,在面对恶劣的环境和复杂的地形时,机器人常常通过弹跳来增强其地形适应和自主运动的能力。但是传统的弹跳机器人只能在粗糙的地面上完成跳跃动作，在光滑地面上功能往往会受到限制。
跳蚤具有卓越的弹跳性能，研究表明跳蚤的腿上具有很多类似钩爪的结构，能够增强跳蚤的跳跃能力。因此，利用仿生钩爪结构和足垫结构相结合，模拟昆虫的腿部结构设计，能够让机器人在各种表面上均完成跳跃动作，且增强机器人的跳跃能力。
目前，关于可适用多地形增强机器人跳跃能力的仿生复合足结构，国内还没有相关的技术。中国发明申请公开说明书CN101767615A公开了一种“蛙式机器人腿部弹跳机构”，其腿部结构由大腿、小腿、连杆和关节组成,在腿部结构中含有两个四杆机构的组合，脚掌形状呈弧形,在足底装有足垫。该结构能够提高机器人的跳跃能力，但在光滑表面无法正常工作。中国发明申请公开说明书CN103434581A公开了一种“机器人脚掌结构”，该脚掌机构由接触摩擦部分、主动抓地部分和与足联结部分组成。该结构通过接触摩擦和主动抓地,增加机器人足部抓地力,从而对路况复杂的山地坡路具有更好的适应能力，但该结构在工作时需要将爪齿块刺入地面内，无法适应多种表面的要求。
发明内容
发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，解决了现有机器人弹跳机构或脚掌结构不能很好地在光滑表面跳跃的缺陷，在光滑和粗糙的表面均实现较好的弹跳能力。
技术方案：本发明所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，包括固定杆、第二杆、第三杆和第四杆，固定杆一端与第二杆铰接，另一端与第四杆铰接，第二杆远离固定杆的一端与第三杆上端铰接，第四杆远离固定杆的一端铰接在第三杆上，固定杆上方设置电机，弹性连接件的一端连接在第三杆和第四杆的铰接处，另一端连接在电机的传动轴上，第三杆的下端设置钩爪结构和足垫结构，钩爪结构上方通过弹性体与第三杆连接，足垫结构底部设置第一仿生黏附层。
进一步的，所述固定杆的外侧表面设置用于连接机器人本体的第二仿生黏附层。
进一步的，所述的第二仿生黏附层由聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料组成。
进一步的，第一仿生黏附层由至少一个由碳纳米管材料组成的块状结构按照与足垫结构底面设定的角度倾斜排列组成。
进一步的，设定的角度为45度。
进一步的，所述碳纳米管材料为聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料。
进一步的，所述弹性体由硅胶组成。
进一步的，所述弹性连接件为弹簧。
有益效果：本发明改变了传统跳跃机器人的足部结构设计，可以在光滑和粗糙度等各种表面显著增强机器人的跳跃能力，提高了机器人对环境的适应性和工作范围。本结构作为通用零件，通过仿生黏附材料与机器人本体连接，可以拓展传统的陆地机器人运动能力，使其具备弹跳能力。在不使用时候可以将本结构折叠，减小了存放空间。
附图说明
图1是本发明实施方式的结构图；
图2是本实施方式工作过程示意图；
图3是本实施方式与机器人本体连接示意图；
图4是本实施方式收缩状态示意图。
具体实施方式
本发明实施方式的结构如图1所示，包括固定杆1、第二杆2、第三杆31和第四杆4，固定杆1一端与第二杆2铰接，另一端与第四杆4铰接，第二杆2远离固定杆1的一端与第三杆31上端铰接，第四杆4远离固定杆1的一端铰接在第三杆31上，固定杆1上方设置电机6，弹性连接件5的一端连接在第三杆31和第四杆4的铰接处，另一端连接在电机6的传动轴上。弹性连接件5可以为弹簧或者其他弹性装置。第三杆31的下端设置钩爪结构32和足垫结构34，钩爪结构32上方通过一块较薄的弹性体33与第三杆31连接，与第三杆31之间呈锐角，弹性体33优选为硅胶，钩爪结构具有一定的活动空间，当其与表面接触时，会产生一定的弹性形变。足垫结构34底部设置第一仿生黏附层35。第一仿生黏附层35的材料由高分子聚合物或碳纳米管材料构成，优选的是聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料。第一仿生黏附层35的具体组成为，上述碳纳米管材料构成块状结构，这些块状结构以设定的角度倾斜排列在足垫结构34的底面上，与底面角度优选为45度。在机器人跳跃准备过程中，第一仿生黏附层35受压完全与地面接触，给机器人本体提供支撑和抓地力，完成跳跃后，在范德华原理下能以一定角度轻松与接触面脱附。
本结构作为零件可以通过不同方式连接到机器人上，比如通过螺钉固定设置到机器人上，优选的方式是设置第二仿生黏附层7，第二仿生黏附层7在固定杆1的外侧表面，由聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料组成，通过第二仿生黏附层7将此结构连接到机器人本体上。
本实施方式的前进过程如图2所示，图中箭头方向为前进方向，具体运动包括以下过程：
过程1，初始状态时，随着电机6的转动，弹性连接件5被压缩，第二杆2与前进方向呈90度以内，钩爪结构32与目标表面接触；
过程2，弹性连接件5释放能量，钩爪结构32与足垫结构34同时与目标表面接触，足垫结构34底部的第一仿生黏附层35在范德华原理下与目标表面接触；
过程3，弹性连接件5继续释放能量，钩爪结构32与目标表面脱离，足垫结构34还与目标表面接触；
过程4，弹性连接件5变为原长，足垫结构34在范德华原理作用下与目标表面脱离，机器人也完成跳跃过程。
重复过程1、过程2、过程3、过程4可使机器人持续移动。
本结构与机器人本体连接如图3所示，与机器人本体8通过第二仿生黏附层7连接，该结构在不使用时收缩置于机器人本体两侧。
本结构的收缩状态如图4所示，当不使用时，第二杆2和第三杆31抬高，减小结构的存放空间。
Claims (8)
1.一种可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：包括固定杆(1)、第二杆(2)、第三杆(31)和第四杆(4)，固定杆(1)一端与第二杆(2)铰接，另一端与第四杆(4)铰接，第二杆(2)远离固定杆(1)的一端与第三杆(31)上端铰接，第四杆(4)远离固定杆(1)的一端铰接在第三杆(31)上，固定杆(1)上方设置电机(6)，弹性连接件(5)的一端连接在第三杆(31)和第四杆(4)的铰接处，另一端连接在电机(6)的传动轴上，第三杆(31)的下端设置钩爪结构(32)和足垫结构(34)，钩爪结构(32)上方通过弹性体(33)与第三杆(31)连接，足垫结构(34)底部设置第一仿生黏附层(35)。
2.根据权利要求1所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：所述固定杆(1)的外侧表面设置用于连接机器人本体的第二仿生黏附层(7)。
3.根据权利要求2所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：所述的第二仿生黏附层(7)由聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料组成。
4.根据权利要求1所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：第一仿生黏附层(35)由至少一个由碳纳米管材料组成的块状结构按照与足垫结构(34)底面设定的角度倾斜排列组成。
5.根据权利要求4所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：设定的角度为45度。
6.根据权利要求4所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：所述碳纳米管材料为聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种材料。
7.根据权利要求1所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：所述弹性体(33)由硅胶组成。
8.根据权利要求1所述的可适用不同粗糙度表面的仿生复合弹跳足结构，其特征在于：所述弹性连接件(5)为弹簧。
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