CN209683855U - 用于多足仿生机器人的多功能脚 - Google Patents

Abstract

用于多足仿生机器人的多功能脚，包括弹性脚掌、脚爪、轴、动力机构和腿支架，弹性脚掌固定在腿支架的底部，轴和动力机构相连并固定在腿支架的下部，脚爪与轴直接连接或通过套环连接。本实用新型多功能脚的设计使多足仿生机器人的多足具备多种功能：行走时减振蓄能功能、攀爬时的勾挂嵌抓功能、抓取时的抓握功能等，使多足仿生机器人对复杂地形的适应能力大幅提升；结构简单，采用单个动力源进行驱动，不但使其控制方式简单化，更极大地减化了结构设置，减轻了重量，缩小了体积；节能增效，利用弹性脚掌吸收和储存冲击能，不仅可以起到减振作用，还可将其转化为行走的动力，有效降低行进过程中的能量消耗，提高多足仿生机器人的续航能力。

Description

用于多足仿生机器人的多功能脚

技术领域

本实用新型涉及仿生机器人领域，具体涉及一种用于多足仿生机器人的多功能脚。

背景技术

近年来，多足机器人已经大量运用于日常生活和工业生产中，但大多数多足机器人的机械脚功能单一，只能在特定的环境下活动，对于一些复杂多变的环境，如平地行走、冰面行走、奔跑、越障、攀爬、攀岩等复杂多变地形时，难以胜任。

为适应复杂多变的地形，模仿自然界生物的足/爪对机械脚进行仿生学研究成了热点。CN 201700013845.8公开了一种仿猫爪伸缩特性的机械足，包括脚掌和脚趾，脚趾分为根趾节、中趾节和前趾节，利用一个电机通过齿轮和皮带传动来控制一个脚趾的前端的脚爪的收缩，并利用钮簧提供缓冲，其存在多处不足：1.电机的数量较多，一只足需四个电机控制其脚爪的收缩；2.结构复杂，一个足有十二的趾节，其结构复杂，体积较大；3. 脚爪的钩抓力弱且无抓握能力，利用皮带传动易于打滑，难以在小型的机械足内传递较大的力，其钩抓力弱，同时只是仿猫爪的伸缩，不具备抓握能力；4.能量的利用率低，利用多级传动降低了能量的利用率；5.极易损坏，电机及传动机构仍处于足底，行走中极易损坏；6.能耗高，钮簧只能为脚爪提供缓冲，机械足整体的缓冲减振作用不足，同时也无法对其爪落地时的冲击能再次利用。

CN 201610844002.8公开了一种蜘蛛探测仿生机器人，具有两对仿昆虫的（多刺）机械跗节，跗节的中部设有车轮，并通过液压驱动实现机械跗节和车轮之间的切换，其存在的不足之处是：1.多刺的机械跗节对坚硬地形的抓地能力差，多刺的机械跗节提高了对低硬度地形的抓地能力，对坚硬地形（如岩石、冰面）因其接触面积的减小使其抓地能力大幅下降；2.无抓握能力，多刺的机械跗节无抓握能力；3.振动大，机械跗节和车轮的缓冲能力极小，行进中的振动幅度大；4.机械跗节无法对其落地时的冲击能有效的吸收利用，行进时的能耗高。

综上所述，现有机械脚尚存在诸多不足之处，极大的限制了机器人在野外的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种结构简单，能蓄能减振、节能降耗，具有勾挂嵌抓功能及抓握功能的多足仿生机器人的多功能脚。

本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是，用于多足仿生机器人的多功能脚，包括弹性脚掌、脚爪、轴、动力机构和腿支架，所述弹性脚掌固定在腿支架的底部，轴和动力机构相连并固定在腿支架的下部，脚爪直接与轴相连、或通过套环与轴相连。

进一步，所述脚爪数量为1～4个。

进一步，所述弹性脚掌为多足仿生机器人的足腿行走或站立提供底部支撑，所述脚爪在动力机构的驱动下提供多足仿生机器人攀爬的脚爪勾挂嵌抓功能、或为多足仿生机器人的多足提供类似手掌的抓握功能。

进一步，所述动力机构为伺服电机驱动动力机构或液压驱动动力机构，为脚爪的收放提供动力。

进一步，所述弹性脚掌采用板条弹簧蓄能和/或螺旋弹簧蓄能，可在行进过程中，吸收脚掌与地面接触时产生的冲击能，起到减振作用的同时将冲击能储存，在脚掌离开地面的过程中将其转化成驱动力释放，降低行进过程中的能量消耗。

进一步，所述腿支架内有腔体，所述腔体用于放置所述动力机构和脚爪；所述腿支架上还设置有定位安装槽，定位安装槽用于所述弹性脚掌的定位和固定。

进一步，所述脚爪呈鹤嘴状或猫爪状或镰刀状，所述脚爪还可设置在腿支架两侧。

进一步，所述套环与脚爪为一体式或分体式。

进一步，所述动力机构内还设有减速机，所述减速机为蜗轮杆减速机、谐波减速机、RV减速机、摆线针轮减速器或行星减速器中的一种。

进一步，所述腿支架和脚爪材料为轻质高强合金、复合材料、钛合金材料中的一种。

本实用新型具有以下积极效果：

1.功能多、适应性广，多功能脚的设计使多足仿生机器人的多足具备多种功能：行走时减振蓄能功能、攀爬时的勾挂嵌抓功能、抓取时的抓握功能等，使多足仿生机器人对复杂地形的适应能力大大提升；

2.结构简单，采用单个动力源进行驱动，不但使其控制方式简单化，更极大地减化了结构设置，减轻了重量，缩小了体积；

3.节能增效，利用弹性脚掌吸收和储存冲击能，不仅可以起到减振作用，还可将其转化为行走的动力，有效降低行进过程中的能量消耗，提高多足仿生机器人的续航能力。

附图说明

图1 为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2 为图1的剖示图；

图3为本实用新型实施例2的结构示意图；

图4为图3的剖示图；

图5 为本实用新型实施例3的结构示意图；

图6 为图5的剖示图；

图7为本实用新型实施例4的剖示结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型作进一步详细说明。

实施例1

参照图1和图2，本实用新型实施例包括腿支架1，弹性脚掌2、脚爪3、轴4、动力机构5，弹性脚掌2固定在腿支架1的底部，轴4固定在腿支架1上，并与动力机构5相连，脚爪3通过轴承与轴4上相连。

腿支架1呈“”形，中间的型腔用于容纳动力机构5和收放脚爪3；腿支架1上还设置有定位安装槽11，定位安装槽11呈下宽上窄的锥形，以便于对弹性脚掌2限位、定位。

弹性脚掌2为采用板条弹簧蓄能的脚掌，固定在腿支架1的下部，为多足仿生机器人的足腿行走或站立提供底部支撑，弹性脚掌2的上部形状为与定位安装槽11相似的锥形，通过底部带有螺纹的销钉固定在定位安装槽11内，弹性脚掌2可在行进过程中，吸收脚掌与地面接触时产生的冲击能，起到减振作用的同时将冲击能储存，在脚掌离开地面的过程中将其转化成驱动力释放，降低行进过程中的能量消耗。

脚爪3为1个，呈鹤嘴状，脚爪3与动力机构5通过螺钉相连，与轴4通过轴承相连，轴承通过轴套42定位，脚爪3在动力机构5的驱动下为多足仿生机器人攀爬提供勾挂嵌抓功能、或作为攻击性武器、或与弹性脚掌2一起为多足仿生机器人的多足提供类似手掌的抓握功能。

轴4穿过动力机构5和脚爪3，一端插入在腿支架1内，另一端由端盖41支撑，用于支撑脚爪3和动力机构5.

动力机构5为液压驱动动力机构，与轴4相连，为脚爪3的收放提供动力。

实施例2

参照图3和图4，本实施例与实施例1的区别在于：

腿支架1呈“Ш”形，每一个型腔容纳一个爪体31。

弹性脚掌2下部与腿支架1同宽，通过螺钉固定在定位安装槽11内。

脚爪3包括爪体31、套环32和抱箍33，爪体31有2个，呈猫爪状，通过抱箍33固定在套环32上，套环32通过键与轴4相连。

轴4通过滚动轴承与腿支架1相连，两端由端盖41定位和密封，用于支撑脚爪3。

动力机构5为外转子力矩电机驱动机构，外转子力矩电机的定子部分固定在腿支架1上，转子部分与套环32通过螺钉相连接。

实施例3

参照图5和图6，本实施例与实施例1的区别在于：

脚爪3有2个，包括爪体31和套环32，且爪体31和套环32为一体式，整体呈镰刀状，分别位于腿支架的两侧，套环32套在轴4上，套环32的两端分别由轴套42和螺母压紧固定。

轴4通过滚动轴承与腿支架1相连，用于支撑脚爪3。

动力机构5为伺服电机驱动机构，包括电机51、RV减速机52，电机51固定在脚支架1的腔体内，其输出轴与RV减速机52相连接，减速机52输出轴与轴4相连。

实施例4

参照图7，本实施例与实施例1的区别在于：

脚爪3为4个，包括爪体31、套环32和抱箍33，其中2个位于腿支架1的腔体内，另外两个分别位于腿支架1的两侧，腔体内的2个爪体31通过抱箍33固定在套环32-1上，套环32-1通过键与轴4相连，两侧的2个爪体31与套环32-2固定成一体，套环32-2套在轴4上并由螺钉固定在轴4上。

轴4通过滑动轴承43与腿支架1相连，用于支撑脚爪3和传递收放脚爪3的驱动力。

动力机构5由外转子力矩电机驱动机构，外转子力矩电机的定子部分固定在腿支架1上，转子部分与套环32-1通过螺钉相连接；脚爪3伸出时，力矩电机带动套环32-1转动，套环32-1带动腿支架1内的2个爪体31转动，并通过轴4带动腿支架1外的2个爪体31转动，从而实现4个脚爪3同步伸出，反之亦然。

本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本实用新型的保护范围之内。说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，包括弹性脚掌、脚爪、轴、动力机构和腿支架，所述弹性脚掌固定在腿支架的底部，轴和动力机构相连并固定在腿支架的下部，脚爪直接与轴相连、或通过套环与轴相连。

2.根据权利要求1所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述脚爪数量为1～4个。

3.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述动力机构为伺服电机驱动动力机构或液压驱动动力机构。

4.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述弹性脚掌采用板条弹簧蓄能和/或螺旋弹簧蓄能，可在行进过程中，吸收脚掌与地面接触时产生的冲击能，起到减振作用的同时将冲击能储存，在脚掌离开地面的过程中将其转化成驱动力释放，降低行进过程中的能量消耗。

5.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述腿支架内设有腔体，所述腔体用于放置所述动力机构和脚爪；所述腿支架上还设置有定位安装槽，定位安装槽用于所述弹性脚掌的定位和固定。

6.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述脚爪呈鹤嘴状或猫爪状或镰刀状。

7.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述套环与脚爪为一体式或分体式。

8.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述动力机构内还设有减速机，所述减速机为蜗轮杆减速机、谐波减速机、RV减速机、摆线针轮减速器或行星减速器中的一种。

9.根据权利要求1或2所述的用于多足仿生机器人的多功能脚，其特征在于，所述腿支架和脚爪材料为轻质高强合金、复合材料、钛合金材料中的一种。