CN113682395A - 一种受力位置可调的自增力防滑仿生足 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，包括滑移轮、复位装置、前支撑脚和后支撑脚，利用滑移轮检测足端滑移情况，同时改变切向摩擦力的方向为支撑脚的正压力，实现自增力防滑效果。同时前后支撑脚采用多节耦合结构，随正压力的增大而增大足地接触面积，改变受力位置，通过机械装置实现足地附着力的动态自适应。本发明不引入新的主动件，结构简单，控制方便，适合于足式机器人的大坡度上下坡，增强了足式机器人的通过能力，提高机器人整机性能。

Description

一种受力位置可调的自增力防滑仿生足

技术领域

本发明涉及一种四足机器人的高附着力仿生足端，尤其涉及一种重心位置可调的自增力防滑仿生足。

背景技术

足式机器人相比普通的轮式机器人和履带式机器人，具有更强的复杂地形适应能力，为扩大足式机器人的可达区域，提高足式机器人的爬坡能力一直是一个研究热点。提高足式机器人足端与地面间的附着系数是提高足式机器人的机动性、通过性的关键。目前足式机器人的足端主要为固定形状，控制简单但难以提供较大附着力，难以适应具有一定坡度的崎岖地形。

发明内容

为解决现有足式机器人无法提供较大附着力，难以适应具有一定坡度的崎岖地形问题，本发明提供了一种适合爬坡地形的足端结构，实现滑移情况下的自增力与前后重心调节的仿生足端。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

包括滑移检测轮结构、复位弹簧、前后两个对称的支撑脚，即前支撑脚和后支撑脚，以及支座；

所述滑移检测轮结构包括被动轮，轮轴，连接板和固定销，连接板和被动轮通过固定销固定，轮轴依次贯穿被动轮、连接板和支座，将被动轮、连接板与支座相连，复位弹簧的两端分别连接在支座和固定销上，用于在被动轮发生滑移时通过弹簧预紧力限制滑移程度，以及用于在仿生足端离开地面时实现被动轮的复位。连接板上对称开有前后两个定位孔分别用于连接前支撑脚和后支撑脚；触地阶段被动轮受地面切向摩擦力可以作旋转运动。

所述前支撑脚包括支撑脚连杆以及多个支撑节，支撑脚连杆一端与连接板上的定位孔相连，另一端与支撑节相连，多个支撑节依次两两相连，相邻两个支撑节之间通过螺栓连接。

进一步的，所述支撑节数量为5个。

进一步的，支撑节上的左右两个螺栓凹槽中分别设有一个扭簧，用于预紧保持径向位置。

进一步的，前支撑脚和后支撑脚结构一样。

进一步的，依次两两相连的支撑节，其支撑节宽度逐渐变窄。

本发明所述的自增力作用是指触地时如果发生滑移，被动轮向滑移方向旋转，变被动轮上的切向摩擦力为对支撑脚连杆的压力，增加受压支撑脚上的压力，增强摩擦效果。

本发明所述的受力位置可调是指支撑脚的多节设计，支撑脚接触地面时由最外侧支撑节背先接触地面，被动轮滑移导致支撑脚连杆向下移动，各支撑节背依次接触地面，摩擦力增大直到滑移运动停止为止。这一过程中支撑脚与地面接触面积可变，主受力点始终为与地面接触的最上部支撑节，实现了足地摩擦的自适应调节。同时，前后支撑脚对称设计，实现了在上坡时后支撑脚受力，下坡时前支撑脚受力的调节效果。

有益效果

本发明涉及的重心位置可调的自增力防滑仿生足，通过滑移轮结构检测足端滑移情况，将切向方向的摩擦力转化为支撑脚的正压力，实现自增力防滑效果。同时前后支撑脚采用多节耦合结构，足地接触面积与效果与正压力正相关，同时改变了足地接触点，实现了受力位置自适应。在不引入新的主动件的条件下，增强了足式机器人的通过能力，提高机器人整机性能。

附图说明

图1本发明所述一种受力位置可调的自增力防滑仿生足示意图；

图2(a)支座仰视图；

图2(b)支座左视图；

图2(c)支座主视图；

图3支撑脚安装图；

图4支撑脚爆炸图；

1、滑移检测轮结构，1.1、被动轮，1.2、轮轴，1.3、连接板，1.4、固定销，2、复位弹簧，3、前支撑脚，3.1、支撑脚连杆，3.2、第一支撑节，3.2.1、螺栓，3.2.2、扭簧，3.3、第二支撑节，3.4、第三支撑节，3.5、第四支撑节，3.6、第五支撑节，4、后支撑脚，5、支座。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加便于理解，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

本发明所述的一种受力位置可调的自增力防滑仿生足适用于足式机器人，用于足式机器人上下坡过程中的防滑，本发明仅作为防滑辅助装置，需要与足式机器人配合使用。具体包括滑移检测轮结构1、复位弹簧2、前后两个对称的支撑脚，即前支撑脚3和后支撑脚4，以及安装各部件的支座5。

所述滑移检测轮结构1包括被动轮1.1，轮轴1.2，连接板1.3和固定销1.4，被动轮与连接板均通过轮轴固定在支座5上，被动轮可以绕轮轴转动。连接板和被动轮通过固定销固定。连接板上对称开有前后两个定位孔用于连接支撑脚。触地阶段被动轮受地面切向摩擦力可以作一定角度的旋转运动。

所述复位弹簧2的两端分别连接在支座5和固定销1.4上，用于在被动轮发生滑移时通过弹簧预紧力限制滑移程度，在仿生足端离开地面时实现被动轮的复位。

所述支撑脚3包括支撑脚连杆3.1以及5个支撑节3.2、3.3、3.4、3.5、3.6。支撑节依次变窄，相邻两个支撑节之间通过螺栓3.2.1连接，由左右凹槽中两个扭簧3.2.2预紧保持径向位置。前后两个支撑脚3与4结构完全一样。支撑连杆通过螺栓连接在连接板上。支撑节数量不限于5个，还可以根据实际情况选择其他数量。

足式机器人上坡过程中，足部触地时，前支撑脚3和后支撑脚4与被动轮1.1同时接触地面，如果摩擦力不足发生下滑时，被动轮1.1向滑移方向旋转，变被动轮1.1上的切向摩擦力为对支撑脚连杆3.1的压力，增加受压支撑脚上的压力；支撑脚接触地面时由最外侧支撑节背先接触地面，被动轮1.1滑移导致支撑脚连杆向下移动，各支撑节背依次接触地面，摩擦力增大直到滑移运动停止为止；

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，其特征在于：包括滑移检测轮结构(1)、复位弹簧(2)、前后两个对称的支撑脚，即前支撑脚(3)和后支撑脚(4)，以及支座(5)；

所述滑移检测轮结构(1)包括被动轮(1.1)，轮轴(1.2)，连接板(1.3)和固定销(1.4)，连接板(1.3)和被动轮(1.1)通过固定销(1.4)固定，轮轴(1.2)依次贯穿被动轮(1.1)、连接板(1.3)和支座(5)，将被动轮(1.1)、连接板(1.3)与支座(5)相连，复位弹簧(2)的两端分别连接在支座(5)和固定销(1.4)上，用于在被动轮(1.1)发生滑移时通过弹簧预紧力限制滑移程度，以及用于在仿生足离开地面时实现被动轮的复位；连接板(1.3)上对称开有前后两个定位孔分别用于连接前支撑脚(3)和后支撑脚(4)；

所述前支撑脚(3)包括支撑脚连杆(3.1)以及多个支撑节，支撑脚连杆(3.1)一端与连接板(1.3)上的定位孔相连，另一端与支撑节相连，多个支撑节依次两两相连，相邻两个支撑节之间通过螺栓(3.2.1)连接。

2.如权利要求1所述的一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，其特征在于：所述支撑节数量为5个。

3.如权利要求1所述的一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，其特征在于：支撑节上的左右两个螺栓凹槽中分别设有一个扭簧(3.2.2)，用于预紧保持径向位置。

4.如权利要求1所述的一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，其特征在于：前支撑脚(3)和后支撑脚(4)结构一样。

5.如权利要求1所述的一种受力位置可调的自增力防滑仿生足，其特征在于：依次两两相连的支撑节，其支撑节宽度逐渐变窄。

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