CN112009592B - 一种可用于软土机器人迈步行走的机器足 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，属于机器足领域。它包括脚趾盘，装设于脚趾盘上的脚趾组，装设于机械腿上驱动脚趾盘旋转运动的旋转动力机构，以及装设于机械腿上驱动脚趾组倾斜的倾斜动力机构；机械腿上同轴线转动装设有套筒A，套筒A上同轴线转动装设有套筒B；脚趾盘固定装设于套筒A的下端；脚趾组由脚趾A、脚趾B和脚趾C组成；旋转动力机构包括电机A、转轴A、主动锥齿轮A和从动锥齿轮A；倾斜动力机构包括电机B、转轴B、主动锥齿轮B和从动锥齿轮B。本发明是一种结构简单合理、能够通过旋转来提高软土抗压能力、并自动调节对地面压强、可用于软土地面行走的迈步机器足。

Description

一种可用于软土机器人迈步行走的机器足
技术领域
本发明主要涉及机器足领域，特指一种可用于软土机器人迈步行走的机器足。
背景技术
目前，随着工业化的发展，工业机器人技术逐渐成熟，然而作为野外特种机器人在行走过程中仍然存在很大困难，例如在沼泽、淤泥等软土环境中容易沉陷。传统的轮式机器人和履带式机器人都不能适应在软土环境中行走，且灵活性不高。因此，设计一种能够在软土环境中迈步行走的机械足具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单合理、能够通过旋转来提高软土抗压能力、并自动调节对地面压强、可用于软土地面行走的迈步机器足。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，包括脚趾盘，装设于所述脚趾盘上的脚趾组，装设于机械腿上驱动所述脚趾盘旋转运动的旋转动力机构，以及装设于所述机械腿上驱动所述脚趾组倾斜的倾斜动力机构。
所述机械腿上同轴线转动装设有套筒A，所述套筒A上同轴线转动装设有套筒B；所述脚趾盘固定装设于所述套筒A的下端。
所述脚趾组由脚趾A、脚趾B和脚趾C组成；所述脚趾A与所述脚趾B和脚趾C轴对称装设于所述脚趾盘的圆周上，且结构相同，均包括沿所述脚趾盘径向转动装设的脚趾轴，固定装设于所述脚趾轴外端的固定脚趾板，沿径向滑动装设于所述固定脚趾板上的滑动脚趾板，两端分别与所述固定脚趾板和所述滑动脚趾板相连的金属螺旋弹簧A，两端分别与所述固定脚趾板和所述套筒B相连的钢丝绳，平行于所述钢丝绳装设的金属螺旋弹簧B；所述金属螺旋弹簧B的两端分别与所述固定脚趾板和所述套筒B相连；所述金属螺旋弹簧B与所述钢丝绳分别位于所述脚趾轴的两侧。
所述旋转动力机构包括固定装设于所述机械腿上的电机A，沿水平方向转动装设于所述机械腿上的转轴A，固定装设于所述转轴A上的主动锥齿轮A，固定装设于所述套筒A上、与所述主动锥齿轮A啮合传动的从动锥齿轮A；所述转轴A的一端与所述电机A的输出轴相连。
所述倾斜动力机构包括固定装设于所述套筒A上的电机B，沿水平方向转动装设于所述套筒A上的转轴B，固定装设于所述转轴B上的主动锥齿轮B，固定装设于所述套筒B上、与所述主动锥齿轮B啮合传动的从动锥齿轮B；所述转轴B的一端与所述电机B的输出轴相连。
进一步地，所述固定脚趾板的中心沿径向开设有滑槽，所述滑动脚趾板滑动装设于所述滑槽中。
进一步地，所述金属螺旋弹簧A为抗拉螺旋弹簧。
进一步地，所述固定脚趾板的底面装设有球形滚珠。
进一步地，所述旋转动力机构为增速机构，所述倾斜动力机构为减速机构。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：本发明的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，通过倾斜动力机构带动三个脚趾发生倾斜，进而在脚趾盘旋转运动作用下与软土发生摩擦剪切来提高软土的抗压能力；与此同时，旋转动力机构通过改变旋转速度来调节脚趾组与地面的接触面积，进而调节对地面的压强，提高在软土地面行走的稳定性。由此可知，本发明是一种结构简单合理、能够通过摩擦剪切来提高软土抗压能力、利用旋转速度来降低机械足对地面的压强，进而提高软土地面行走稳定性、可用于迈步机器人的机器足。
附图说明
图1是本发明的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足的结构原理示意图。
图2是本发明的旋转动力机构、倾斜动力机构与机械腿的连接关系示意图。
图中，1—机械腿；21—脚趾A；22—脚趾B；23—脚趾C；31—脚趾轴；32—固定脚趾板；33—滑动脚趾板；34—金属螺旋弹簧A；35—金属螺旋弹簧B；36—钢丝绳；4—套筒A；5—套筒B；6—脚趾盘；71—电机A；72—转轴A；73—主动锥齿轮A；74—从动锥齿轮A；81—电机B；82—转轴B；83—主动锥齿轮B；84—从动锥齿轮B。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1和图2所示，本发明的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，包括脚趾盘6，装设于脚趾盘6上的脚趾组，装设于机械腿1上驱动脚趾盘6旋转运动的旋转动力机构，以及装设于机械腿1上驱动脚趾组倾斜的倾斜动力机构。
参见图1和图2所示，机械腿1上同轴线转动装设有套筒A4，套筒A4上同轴线转动装设有套筒B5；脚趾盘6固定装设于套筒A4的下端。
参见图1和图2所示，脚趾组由脚趾A21、脚趾B22和脚趾C23组成；脚趾A21与脚趾B22和脚趾C23轴对称装设于脚趾盘6的圆周上，且结构相同，均包括沿脚趾盘6径向转动装设的脚趾轴31，固定装设于脚趾轴31外端的固定脚趾板32，沿径向滑动装设于固定脚趾板32上的滑动脚趾板33，两端分别与固定脚趾板32和滑动脚趾板33相连的金属螺旋弹簧A34，两端分别与固定脚趾板32和套筒B5相连的钢丝绳36，平行于钢丝绳36装设的金属螺旋弹簧B35；金属螺旋弹簧B35的两端分别与固定脚趾板32和套筒B5相连；金属螺旋弹簧B35与钢丝绳36分别位于脚趾轴31的两侧。
参见图1和图2所示，旋转动力机构包括固定装设于机械腿1上的电机A71，沿水平方向转动装设于机械腿1上的转轴A72，固定装设于转轴A72上的主动锥齿轮A73，固定装设于套筒A4上、与主动锥齿轮A73啮合传动的从动锥齿轮A74；转轴A72的一端与电机A71的输出轴相连。
参见图1和图2所示，倾斜动力机构包括固定装设于套筒A4上的电机B81，沿水平方向转动装设于套筒A4上的转轴B82，固定装设于转轴B82上的主动锥齿轮B83，固定装设于套筒B5上、与主动锥齿轮B83啮合传动的从动锥齿轮B84；转轴B82的一端与电机B81的输出轴相连。
作为优选地，固定脚趾板32的中心沿径向开设有滑槽，滑动脚趾板33滑动装设于滑槽中。
作为优选地，金属螺旋弹簧A34为抗拉螺旋弹簧。
作为优选地，固定脚趾板32的底面装设有球形滚珠。由于脚趾组和脚趾盘6旋转启动的过程中，最大静摩擦力远大于滑动摩擦力和滚动摩擦力，设置球形滚珠可以缩短脚趾组和脚趾盘6旋转运动的启动时间，提高启动速度。
作为优选地，旋转动力机构为增速机构，倾斜动力机构为减速机构。
倾斜动力机构工作原理如下：电机B81转动，带动转轴B82和主动锥齿轮B83转动，进而带动从动锥齿轮B84和套筒B5绕套筒A4的轴线转动；套筒B5的轴向转动将拉动钢丝绳36，进而拉动固定脚趾板32绕脚趾轴31转动，从而使得固定脚趾板32和滑动脚趾板33由水平方向转动至倾斜方向。
旋转动力机构工作原理如下：电机A71转动，带动转轴A72和主动锥齿轮A73转动，进而带动从动锥齿轮A74和套筒A4绕机械腿1的轴线转动；套筒A4的轴向转动带动脚趾盘6旋转运动，并带动装设于脚趾盘6上的脚趾A21、脚趾B22和脚趾C23绕脚趾盘6的轴线旋转运动。
固定脚趾板32和滑动脚趾板33倾斜角度从零增加到45度的过程中，在脚趾盘6转速恒定的情况下，其对地面的剪切增压效果随倾斜角度的增加而增加，提高了软土地面的承压能力。在固定脚趾板32和滑动脚趾板33倾斜角度固定的情况下，脚趾盘6的转速越高，滑动脚趾板33的离心力越大，从而使得金属螺旋弹簧A34的伸长量越大，脚趾组对地面的接触面积越大，从而使得本发明的机械足对地面的压力越小。
本发明的机械足在硬土地面上行走时，倾斜动力机构可以不工作，脚趾盘6不会陷入到地面中；当本发明的机械足在软土地面行走时，倾斜动力结构先开始工作，使得固定脚趾板32和滑动脚趾板33由水平方向转动至倾斜方向；然后旋转动力机构开始工作，带动脚趾组和脚趾盘6旋转运动，从而一方面提高软土地面的抗压能力，另一方面同增加对地面的接触面积来降低压强，避免了机械足在迈步前进时陷入到软土中。
由于软土具有较强的流动性，类似于液体，因此通过提高本发明的脚趾盘的旋转速度一方面可以显著增加脚趾组与软土的接触面积，另一方面也可以增强脚趾盘与脚趾组与软土之间的剪切摩擦效果，进而提高软土的抗压能力，从而避免机械足在迈步前进时陷入软土中，增加了行走的稳定性。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应该属于本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，包括脚趾盘(6)，装设于所述脚趾盘(6)上的脚趾组，装设于机械腿(1)上驱动所述脚趾盘(6)旋转运动的旋转动力机构，以及装设于所述机械腿(1)上驱动所述脚趾组倾斜的倾斜动力机构；其特征在于：
所述机械腿(1)上同轴线转动装设有套筒A(4)，所述套筒A(4)上同轴线转动装设有套筒B(5)；所述脚趾盘(6)固定装设于所述套筒A(4)的下端；
所述脚趾组由脚趾A(21)、脚趾B(22)和脚趾C(23)组成；所述脚趾A(21)与所述脚趾B(22)和脚趾C(23)轴对称装设于所述脚趾盘(6)的圆周上，且结构相同，均包括沿所述脚趾盘(6)径向转动装设的脚趾轴(31)，固定装设于所述脚趾轴(31)外端的固定脚趾板(32)，沿径向滑动装设于所述固定脚趾板(32)上的滑动脚趾板(33)，两端分别与所述固定脚趾板(32)和所述滑动脚趾板(33)相连的金属螺旋弹簧A(34)，两端分别与所述固定脚趾板(32)和所述套筒B(5)相连的钢丝绳(36)，平行于所述钢丝绳(36)装设的金属螺旋弹簧B(35)；所述金属螺旋弹簧B(35)的两端分别与所述固定脚趾板(32)和所述套筒B(5)相连；所述金属螺旋弹簧B(35)与所述钢丝绳(36)分别位于所述脚趾轴(31)的两侧；
所述旋转动力机构包括固定装设于所述机械腿(1)上的电机A(71)，沿水平方向转动装设于所述机械腿(1)上的转轴A(72)，固定装设于所述转轴A(72)上的主动锥齿轮A(73)，固定装设于所述套筒A(4)上、与所述主动锥齿轮A(73)啮合传动的从动锥齿轮A(74)；所述转轴A(72)的一端与所述电机A(71)的输出轴相连；
所述倾斜动力机构包括固定装设于所述套筒A(4)上的电机B(81)，沿水平方向转动装设于所述套筒A(4)上的转轴B(82)，固定装设于所述转轴B(82)上的主动锥齿轮B(83)，固定装设于所述套筒B(5)上、与所述主动锥齿轮B(83)啮合传动的从动锥齿轮B(84)；所述转轴B(82)的一端与所述电机B(81)的输出轴相连。
2.根据权利要求1所述的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，其特征在于：所述固定脚趾板(32)的中心沿径向开设有滑槽，所述滑动脚趾板(33)滑动装设于所述滑槽中。
3.根据权利要求1所述的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，其特征在于：所述金属螺旋弹簧A(34)为抗拉螺旋弹簧。
4.根据权利要求1所述的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，其特征在于：所述固定脚趾板(32)的底面装设有球形滚珠。
5.根据权利要求1所述的一种可用于软土机器人迈步行走的机器足，其特征在于：所述旋转动力机构为增速机构，所述倾斜动力机构为减速机构。
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