專利名稱：包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域的機(jī)構(gòu)，具體地說，是一種包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有涉及兩足步行機(jī)器人(或是仿人機(jī)器人)中有關(guān)機(jī)器人腿部機(jī)構(gòu)，大都采用12自由度，即兩條腿各有6個(gè)自由度，如日本川田(Kawada)研發(fā)的HRP-2，本田(Honda)研發(fā)的ASIMO，韓國科學(xué)技術(shù)院(KAIST)研發(fā)的KHR-2。而對包含腳趾自由度的14自由度設(shè)計(jì)方案，國外也只是做了初步的探討，并沒有深入研究，而且對包含腳趾自由度的腳部機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)各異，沒有一個(gè)具體的設(shè)計(jì)方案經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利公開號(hào)為CN1474738A，發(fā)明名稱為腿式移動(dòng)步行機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，該技術(shù)公開了一種包含12個(gè)自由度的兩足步行機(jī)器人的腿部結(jié)構(gòu)，它通過協(xié)調(diào)各個(gè)自由度在行走過程中的角度變化來達(dá)到穩(wěn)定行走的目的，該技術(shù)忽略兩個(gè)腳趾的自由度，這樣的結(jié)構(gòu)雖然不影響機(jī)器人的正常行走功能，但它限制了機(jī)器人的步行速度，行走步態(tài)的連貫性等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部機(jī)構(gòu)。本發(fā)明通過增加腳趾自由度使兩足步行機(jī)器人的行走姿態(tài)更接近于人，能夠?qū)崿F(xiàn)下跪功能，同時(shí)在機(jī)構(gòu)尺寸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率確定的情況下具有更強(qiáng)的上臺(tái)階功能，更快的行走速度。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括從動(dòng)錐齒輪、電機(jī)支座、腳跟橡膠底面、齒輪減速器、編碼器、直流減速電機(jī)、腳跟構(gòu)件、腳趾構(gòu)件、腳趾橡膠底面、從動(dòng)錐齒輪軸、深溝球軸承、固定環(huán)、主動(dòng)錐齒輪、錐齒輪銷鍵、固定螺栓、固定端蓋、軸套。這些部件之間的連接關(guān)系為腳跟構(gòu)件與腳跟橡膠底面連接，腳趾構(gòu)件與腳趾橡膠底面連接，編碼器、直流減速電機(jī)、齒輪減速器組合后與電機(jī)支座連接，電機(jī)支座與腳跟構(gòu)件連接，齒輪減速器輸出軸與主動(dòng)錐齒輪連接，從動(dòng)錐齒輪通過固定環(huán)固定在從動(dòng)錐齒輪軸上，從動(dòng)錐齒輪軸通過螺栓和固定端蓋固定在腳趾構(gòu)件上，從動(dòng)錐齒輪軸通過深溝球軸承設(shè)在腳跟構(gòu)件，深溝球軸承通過軸套確定在從動(dòng)錐齒輪的位置。
所述的深溝球軸承與腳跟構(gòu)件為過盈配合。
所述的深溝球軸承與從動(dòng)齒輪軸為過渡配合。
所述的直流減速電機(jī)與齒輪減速器同軸線串聯(lián)。
所述的齒輪減速器與主動(dòng)錐齒輪同軸線串聯(lián)。
所述的主動(dòng)錐齒輪與從動(dòng)錐齒輪軸線垂直正交。
直流減速電機(jī)通過齒輪減速器將動(dòng)力傳給主動(dòng)錐齒輪，帶動(dòng)主動(dòng)錐齒輪旋轉(zhuǎn)給定的角度，主動(dòng)錐齒輪通過齒輪傳動(dòng)將該角度傳給從動(dòng)錐齒輪，由于從動(dòng)錐齒輪與腳趾構(gòu)件連接固定在一起的，也就等于腳趾構(gòu)件轉(zhuǎn)過了給定的角度，從而也就達(dá)到了用直流減速電機(jī)控制腳趾構(gòu)件轉(zhuǎn)角的目的。在整個(gè)腳部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主動(dòng)錐齒輪、齒輪減速器與直流減速電機(jī)同軸線串聯(lián)布置，主動(dòng)錐齒輪軸線與從動(dòng)錐齒輪軸線垂直正交，直流減速電機(jī)安置與腳跟中，結(jié)構(gòu)比較緊湊。
本發(fā)明通過錐齒輪傳動(dòng)的方式，使直流減速電機(jī)軸線與腳趾機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直正交，有利于直流減速電機(jī)的安置，腳趾構(gòu)件與腳跟構(gòu)件接觸地面的長度尺寸比接近1∶1，兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線接近于腳趾構(gòu)件的中心位置，這樣保證了腳跟構(gòu)件離地時(shí)機(jī)器人還有足夠的支撐面積，腳趾構(gòu)件的轉(zhuǎn)動(dòng)角度范圍可達(dá)0～20°，在腳趾構(gòu)件和腳跟構(gòu)件的兩邊都分別連接有橡膠底面，當(dāng)腳掌接觸地面時(shí)，具有吸震作用，同時(shí)由于橡膠底面只是連接在腳趾構(gòu)件和腳跟構(gòu)件的兩邊，避免了整個(gè)腳掌接觸地面，從而對不平地面的適應(yīng)能力也就更強(qiáng)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)俯視圖具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明包括從動(dòng)錐齒輪9、電機(jī)支座15、腳跟橡膠底面1、齒輪減速器2、編碼器3、直流減速電機(jī)4、腳跟構(gòu)件5、腳趾構(gòu)件6、腳趾橡膠底面7、從動(dòng)錐齒輪軸16、深溝球軸承17、固定環(huán)8、主動(dòng)錐齒輪14、錐齒輪銷鍵10、固定螺栓11、固定端蓋12、軸套13。
以上部件之間的連接關(guān)系為腳跟構(gòu)件5與腳跟橡膠底面1之間通過螺釘連接，腳趾構(gòu)件6與腳趾橡膠底面7之間通過螺釘連接，編碼器3、直流減速電機(jī)4、齒輪減速器2組合后與電機(jī)支座15螺釘連接，電機(jī)支座15與腳跟構(gòu)件5螺釘連接，齒輪減速器2輸出軸與主動(dòng)錐齒輪14螺釘連接，從動(dòng)錐齒輪9通過固定環(huán)8和錐齒輪銷鍵10固定在從動(dòng)錐齒輪軸16上，從動(dòng)錐齒輪軸16通過固定螺栓11和固定端蓋12固定在腳趾構(gòu)件6上，從動(dòng)錐齒輪軸16通過深溝球軸承17設(shè)在腳跟構(gòu)件5，深溝球軸承17通過軸套13確定在從動(dòng)錐齒輪軸16的位置。
所述的深溝球軸承17與腳跟構(gòu)件5為過盈配合。
所述的深溝球軸承17與從動(dòng)錐齒輪軸16為過渡配合。
所述的直流減速電機(jī)4與齒輪減速器2同軸線串聯(lián)。
所述的齒輪減速器2與主動(dòng)錐齒輪14同軸線串聯(lián)。
所述的主動(dòng)錐齒輪14與從動(dòng)錐齒輪9軸線垂直正交。
所述的腳趾構(gòu)件6與腳跟構(gòu)件5接觸地面的長度尺寸比接近1∶1。
所述的腳趾構(gòu)件6與腳跟構(gòu)件5的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處于腳趾構(gòu)件6的中心位置。
權(quán)利要求
1.一種包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，包括從動(dòng)錐齒輪(9)、電機(jī)支座(15)、腳跟橡膠底面(1)、齒輪減速器(2)、編碼器(3)、直流減速電機(jī)(4)、腳跟構(gòu)件(5)、腳趾構(gòu)件(6)、腳趾橡膠底面(7)、從動(dòng)錐齒輪軸(16)、深溝球軸承(17)、固定環(huán)(8)、主動(dòng)錐齒輪(14)、錐齒輪銷鍵(10)、固定螺栓(11)、固定端蓋(12)、軸套(13)，其特征在于腳跟構(gòu)件(5)與腳跟橡膠底面(1)連接，腳趾構(gòu)件(6)與腳趾橡膠底面(7)連接，編碼器(3)、直流減速電機(jī)(4)、齒輪減速器(2)組合后與電機(jī)支座(15)連接，電機(jī)支座(15)與腳跟構(gòu)件(5)連接，齒輪減速器(2)輸出軸與主動(dòng)錐齒輪(14)連接，從動(dòng)錐齒輪(9)通過固定環(huán)(8)和錐齒輪銷鍵(10)固定在從動(dòng)錐齒輪軸(16)上，從動(dòng)錐齒輪軸(16)通過固定螺栓(11)和固定端蓋(12)固定在腳趾構(gòu)件(6)上，從動(dòng)錐齒輪軸(16)通過深溝球軸承(17)設(shè)在腳跟構(gòu)件(5)，深溝球軸承(17)通過軸套(13)確定在從動(dòng)錐齒輪軸(16)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的深溝球軸承(17)與腳跟構(gòu)件(5)為過盈配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的深溝球軸承(17)與從動(dòng)錐齒輪軸(16)為過渡配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的直流減速電機(jī)(4)與齒輪減速器(2)同軸線串聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的齒輪減速器(2)與主動(dòng)錐齒輪(14)同軸線串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的主動(dòng)錐齒輪(14)與從動(dòng)錐齒輪(9)軸線垂直正交。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的腳趾構(gòu)件(6)與腳跟構(gòu)件(5)接觸地面的長度尺寸比接近1∶1。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，其特征是，所述的腳趾構(gòu)件(6)與腳跟構(gòu)件(5)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線處于腳趾構(gòu)件(6)的中心位置。
全文摘要
一種包含腳趾自由度的兩足步行機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明中，腳跟構(gòu)件與腳跟橡膠底面連接，腳趾構(gòu)件與腳趾橡膠底面連接，編碼器、直流減速電機(jī)、齒輪減速器組合后與電機(jī)支座連接，電機(jī)支座與腳跟構(gòu)件連接，齒輪減速器輸出軸與主動(dòng)錐齒輪連接，從動(dòng)錐齒輪通過固定環(huán)固定在從動(dòng)錐齒輪軸上，從動(dòng)錐齒輪軸通過螺栓和固定端蓋固定在腳趾構(gòu)件上，從動(dòng)錐齒輪軸通過深溝球軸承設(shè)在腳跟構(gòu)件，深溝球軸承通過軸套確定在從動(dòng)錐齒輪的位置。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)直流減速電機(jī)與腳趾構(gòu)件軸線垂直正交，直流減速電機(jī)設(shè)在腳跟構(gòu)件中，結(jié)構(gòu)緊湊，同時(shí)通過橡膠底面起到減震作用的同時(shí)，避免了整個(gè)腳掌接觸地面，使機(jī)器人對不平地面具有更強(qiáng)的適應(yīng)性。
文檔編號(hào)B25J11/00GK1895856SQ20061002797
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月22日
發(fā)明者高雪官, 方光榮, 王超 申請人:上海交通大學(xué)