CN114228861A - 一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足及仿生机械 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种趾‑蹼协同变面积抗沉陷仿生足及仿生机械,包括法兰盘、竖直滑块、连杆、水平导杆、水平滑块、足蹼、支座、弹簧和竖直导杆;当该仿生足触地时,在自身重力作用下,法兰盘推动竖直滑块沿竖直导杆压缩弹簧向下运动,连杆在竖直滑块带动下转动,同时推动水平滑块沿水平导杆向外运动,足蹼在相邻水平滑块的带动下扩大了触地面积,实现了仿生足的抗沉陷功能;本发明实现了触地时面积扩大、离地时恢复原样的运动功能,解决滩涂等松软湿滑地面足式移动机构的沉陷问题,本发明将为松软湿滑地面抗沉陷足式移动机构设计提供新的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于工程仿生技术领域,具体涉及一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足及仿生机械。
背景技术
滩涂属于典型的松软湿滑地面,由于地面承载和抗剪能力差,轮式移动机构在滩涂地面运动时容易产生打滑、沉陷和牵引不足等问题。相比于轮式,履带式移动机构在滩涂地面的通过性高,但是履带底盘的质量大、转向半径大、灵活性差。因此,滩涂地面农、林、牧、渔、苇、盐等行业实现机械化作业的关键是解决移动机构的通过性问题。
相比于轮式和履带式移动机构,由于与地面的接触点是离散、不连续的,足式移动机构在松软地面的通过性高,且具有结构简单、操作灵活方便等特点,因而被广泛地应用于特种机器人、腿足式移动平台、步行轮等产品中。足式移动机构虽然在松软地面的通过性高,但是由于触地压强大,依然面临沉陷问题,导致能耗增高。因此,解决足式移动机构的沉陷问题已显得很有必要。
发明内容
针对上述技术问题,本发明提供一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,本发明以绿头鸭足为仿生原型,模仿绿头鸭足在滩涂地面触地时弯曲的足趾伸直的运动姿态及同时带动足蹼展开的触地效果,设计了一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,实现了触地时面积扩大、离地时恢复原样的运动功能,解决滩涂等松软湿滑地面足式移动机构的沉陷问题,本发明将为松软湿滑地面抗沉陷足式移动机构设计提供新的解决方案。
本发明还提供一种包括该趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足的仿生机械。
绿头鸭(Anasplatyrhynchos),常年生活在滩涂地带,已具备了抗沉陷的运动特性。绿头鸭足作为与地面直接接触的执行器,主要由三趾构成,从内向外分别是第Ⅱ趾、第Ⅲ趾和第Ⅳ趾,足趾之间有足蹼。趾-蹼协同运动在抗沉陷过程中发挥了重要作用,为抗沉陷仿生足设计提供了理想的仿生原型。
本发明的技术方案是:一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,包括竖直滑块、连杆、水平导杆、水平滑块、足蹼、支座、弹簧和竖直导杆;
所述支座的圆周上均匀分布了多个水平导杆,每个水平导杆上均安装一个水平滑块,水平滑块能够沿水平导杆线性移动;所述竖直导杆的一端依次穿过竖直滑块和弹簧与支座连接;所述竖直滑块能够压缩弹簧并沿竖直导杆线性移动;竖直滑块的圆周与每个水平滑块间分别通过连杆连接,连杆的一端与水平滑块铰接,另一端与竖直滑块铰接;支座的底面圆周均匀分布了多个扇形足蹼,每个扇形的足蹼分别位于两个相邻的水平滑块之间,每个扇形的足蹼的圆心角与支座的底面连接,扇形的足蹼的另外两个端点分别与相邻两个水平滑块的底面连接。
上述方案中,还包括法兰盘;所述法兰盘的一端与竖直滑块连接。
进一步地,所述法兰盘与竖直滑块螺纹连接。
上述方案中,所述支座的圆周上均匀分布了五个水平导杆和五个扇形足蹼。
上述方案中,每个水平导杆的末端均设有凸台,所述凸台用于限制水平滑块的滑动行程。
上述方案中,每个水平导杆与支座均采用螺纹连接。
上述方案中,所述竖直导杆与支座采用螺纹连接。
上述方案中,所述足蹼采用高弹性橡胶材料制成。
上述方案中,每个扇形的足蹼的圆心角采用免钉胶黏贴在支座的底面,扇形的足蹼的另外两个端点采用免钉胶分别黏贴在相邻两个水平滑块的底面。
一种仿生机械,该仿生机械包括所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足是以绿头鸭足为仿生原型,模仿了绿头鸭足趾-蹼协同抗沉陷的运动姿态,通过竖直滑块、连杆、水平滑块和弹簧等零件的协同配合,实现了足蹼触地时面积增大、离地时恢复原样的运动效果,解决了仿生机械,如特种机器人足、轮-足式移动平台、步行轮等移动机构在松软湿滑地面的沉陷问题,对促进滩涂地面农、林、牧、渔等行业经济发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明一实施方式的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足立体结构示意图。
图2是本发明一实施方式的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足主视图。
图3是图2中A-A的纵剖视图。
图4是本发明一实施方式的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足俯视图。
图5是本发明一实施方式的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足仰视图。
其中,1-法兰盘,2-竖直滑块,3-连杆,4-水平导杆,5-水平滑块,6-足蹼,7-支座,8-弹簧,9-竖直导杆。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
图1所示为本发明所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足的一种较佳实施方式,所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,包括竖直滑块2、连杆3、水平导杆4、水平滑块5、足蹼6、支座7、弹簧8和竖直导杆9。
所述支座7的圆周上均匀分布了多个水平导杆4,每个水平导杆4上均安装一个水平滑块5,水平滑块5能够沿水平导杆4线性移动;所述竖直导杆9的一端依次穿过竖直滑块2和弹簧8与支座7连接;所述竖直滑块2能够压缩弹簧8并沿竖直导杆9线性移动;竖直滑块2的圆周与每个水平滑块5间分别通过连杆3连接,连杆3的一端与水平滑块5铰接,另一端与竖直滑块2铰接;支座7的底面圆周均匀分布了多个扇形的足蹼6,每个扇形的足蹼6分别位于两个相邻的水平滑块5之间,每个扇形的足蹼6的圆心角与支座7的底面连接,扇形的足蹼6的另外两个端点分别与相邻两个水平滑块5的底面连接。
根据本实施例,优选的,还包括法兰盘1;所述法兰盘1的一端与竖直滑块2连接。
根据本实施例,优选的,所述法兰盘1与竖直滑块2螺纹连接。
根据本实施例,优选的,所述支座7的圆周上均匀分布了五个水平导杆4和五个扇形的足蹼6。
根据本实施例,优选的,每个水平导杆4的末端均设有凸台,所述凸台用于限制水平滑块5的滑动行程。
根据本实施例,优选的,每个水平导杆4与支座7均采用螺纹连接。
根据本实施例,优选的,所述竖直导杆9与支座7采用螺纹连接。
根据本实施例,优选的,所述足蹼6采用高弹性橡胶材料制成。
根据本实施例,优选的,每个扇形的足蹼6的圆心角采用免钉胶黏贴在支座7的底面,扇形的足蹼6的另外两个端点采用免钉胶分别黏贴在相邻两个水平滑块5的底面。
本发明趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足是以绿头鸭足为仿生原型,模仿了绿头鸭足趾-蹼协同抗沉陷的运动姿态,通过竖直滑块2、连杆3、水平滑块5和弹簧8等零件的协同配合,实现了足蹼触地时面积增大、离地时恢复原样的运动效果,解决了仿生机械,如特种机器人足、轮-足式移动平台、步行轮等移动机构在松软湿滑地面的沉陷问题,对促进滩涂地面农、林、牧、渔等行业经济发展具有重要意义。
本发明专利的工程仿生原理:
以绿头鸭足生物结构为仿生原型,为了模仿绿头鸭足跗跖骨的功能,通过竖直导杆9和支座7组装,起到了支撑、竖直运动导向的作用;为了模仿绿头鸭足趾骨的功能,通过水平导杆4和支座7组装,起到了支撑、水平运动导向的作用;为了模仿绿头鸭足生物蹼的功能,足蹼6选用高弹性橡胶材料,起到了可变面积并复原的作用。
当绿头鸭足触地时,弯曲的足趾逐渐伸直,同时带动生物蹼展开,这增大了触地面积,降低了沉陷;当绿头鸭足离地时,伸直的足趾恢复弯曲的姿态,展开的生物蹼也随之收缩、闭合。以绿头鸭足趾-蹼协同运动姿态为仿生原型,为了模拟绿头鸭足触地时弯曲足趾伸直、同时带动生物蹼展开的运动效果,采用竖直导杆9、竖直滑块2、连杆3、水平滑块5、水平导杆4、足蹼6、弹簧8等零件组装,并构建运动副,实现了仿生足触地时面积增大、离地时恢复原样的运动功能。
本发明所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足可以安装在仿生机械上配合使用,如特种机器人足、轮-足式移动平台、步行轮等移动机构,根据本实施例,优选的,所述仿生机械为仿生机器人,工作过程如下:
所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足与仿生机器人小腿通过法兰盘1连接,法兰盘1与上端的机器人小腿通过螺栓螺母连接,法兰盘1与竖直滑块2通过螺纹连接。当仿生足触地时,在自身重力的作用下,法兰盘1和竖直滑块2沿竖直导杆9向下运动,压缩弹簧8的同时带动连杆3旋转,旋转的连杆3将推动水平滑块5沿水平导杆4向外运动,在水平滑块5的带动下,足蹼6被拉伸,触地面积扩大;当仿生足离地时,压缩的弹簧8恢复原样,推动法兰盘1和竖直滑块2沿竖直导杆9向上运动,连杆3在竖直滑块2提升的作用下带动水平滑块5沿水平导杆4向内运动,被拉伸的足蹼6也随之恢复原样。
本发明所述趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,以绿头鸭足为仿生原型,基于工程仿生原理,采用工程仿生技术,模仿了绿头鸭足趾-蹼协同抗沉陷时弯曲足趾伸直的运动姿态以及足趾伸直过程中对足蹼牵拉延展的动作效果,通过增大触地面积,实现了机器人足的抗沉陷功能。当该仿生足触地时,在自身重力作用下,法兰盘1推动竖直滑块2沿竖直导杆9压缩弹簧8向下运动,连杆3在竖直滑块2带动下转动,同时推动水平滑块5沿水平导杆4向外运动,足蹼6在相邻水平滑块5的带动下扩大了触地面积,实现了仿生足的抗沉陷功能。该仿生足将为机器人通过泥泞、滩涂、沼泽等松软湿滑地面提供技术解决方案。
实施例2
一种仿生机械,包括实施例1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,因此具有实施例1的有益效果,此处不再赘述。
应当理解,虽然本说明书是按照各个实施例描述的,但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,包括竖直滑块(2)、连杆(3)、水平导杆(4)、水平滑块(5)、足蹼(6)、支座(7)、弹簧(8)和竖直导杆(9);
所述支座(7)的圆周上均匀分布了多个水平导杆(4),每个水平导杆(4)上均安装一个水平滑块(5),水平滑块(5)能够沿水平导杆(4)线性移动;所述竖直导杆(9)的一端依次穿过竖直滑块(2)和弹簧(8)与支座(7)连接;所述竖直滑块(2)能够压缩弹簧(8)并沿竖直导杆(9)线性移动;竖直滑块(2)的圆周与每个水平滑块(5)间分别通过连杆(3)连接,连杆(3)的一端与水平滑块(5)铰接,另一端与竖直滑块(2)铰接;支座(7)的底面圆周均匀分布了多个扇形的足蹼(6),每个扇形的足蹼(6)分别位于两个相邻的水平滑块(5)之间,每个扇形的足蹼(6)的圆心角与支座(7)的底面连接,扇形的足蹼(6)的另外两个端点分别与相邻两个水平滑块(5)的底面连接。
2.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,还包括法兰盘(1);所述法兰盘(1)的一端与竖直滑块(2)连接。
3.根据权利要求2所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,所述法兰盘(1)与竖直滑块(2)螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,所述支座(7)的圆周上均匀分布了五个水平导杆(4)和五个扇形的足蹼(6)。
5.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,每个水平导杆(4)的末端均设有凸台,所述凸台用于限制水平滑块(5)的滑动行程。
6.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,每个水平导杆(4)与支座(7)均采用螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,所述竖直导杆(9)与支座(7)采用螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,所述足蹼(6)采用高弹性橡胶材料制成。
9.根据权利要求1所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足,其特征在于,每个扇形的足蹼(6)的圆心角采用免钉胶黏贴在支座(7)的底面,扇形的足蹼(6)的另外两个端点采用免钉胶分别黏贴在相邻两个水平滑块(5)的底面。
10.一种仿生机械,其特征在于,包括权利要求1-9任意一项所述的趾-蹼协同变面积抗沉陷仿生足。
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CN114228861B (zh) | 2023-11-10 |
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