本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種具有良好減震性能和自適應(yīng)性的行走機(jī)器人足端機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著機(jī)器人技術(shù)的日益成熟，具有高自適應(yīng)性、承受重載及代替人類在環(huán)境惡劣的工作成為機(jī)器人發(fā)展的重要趨勢(shì)之一?；趯?duì)行走機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境的考慮，對(duì)足端機(jī)構(gòu)提出了苛刻的要求。行走機(jī)器人的足端結(jié)構(gòu)不僅要求具有高的地形適應(yīng)性，而且還應(yīng)當(dāng)具有一定緩沖減振的能力，以提高機(jī)器人的穩(wěn)定性。一些發(fā)達(dá)國(guó)家在重載機(jī)器人研究方面已經(jīng)取得了一定的成果，而國(guó)內(nèi)在該方面的研究處于初級(jí)階段。現(xiàn)有的發(fā)明專利，存在自由度少，自適應(yīng)性差，或者不具備自復(fù)位性，減振功能較差，不利于足端機(jī)構(gòu)的連續(xù)工作。專利公開(kāi)號(hào)為cn104973157，發(fā)明人為王福吉等的發(fā)明專利“一種行走機(jī)器人足底快換機(jī)構(gòu)”中公開(kāi)了一種機(jī)器人足底快換機(jī)構(gòu)，采用足底快換機(jī)構(gòu)可以根據(jù)不同的路況更換不同的足底,但一些特殊工況下不適合臨時(shí)換足底。專利公開(kāi)號(hào)為cn201310029070.5，發(fā)明人高海波等的發(fā)明專利“重載多足機(jī)器人支撐腿足端機(jī)構(gòu)”中公開(kāi)了一種重載機(jī)器人的足部機(jī)構(gòu)，可負(fù)重載，具有雙重緩沖功能，能夠解決崎嶇地形下行走機(jī)器人行走中地面對(duì)支撐足的瞬間沖擊，但是在足端自由度少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明了一種行走機(jī)器人高適應(yīng)性足端機(jī)構(gòu)。在足端結(jié)構(gòu)中，六個(gè)阻尼器呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)足端機(jī)構(gòu)的多自由度、減振和自復(fù)位，與小腿連接板采用十字萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)連接，與足端底部用球副結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接；足底部分采用可復(fù)位防滑爪結(jié)構(gòu)，抓取地面增加摩擦；半球形高彈性足底粘結(jié)在足端底部下板上，增大附著力和摩擦，防止機(jī)器人行進(jìn)中發(fā)生打滑現(xiàn)象。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了足端結(jié)構(gòu)承載、減振、自復(fù)位、大附著力和高適應(yīng)性的要求，可適用于多種路況。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案是一種行走機(jī)器人高適應(yīng)性足端機(jī)構(gòu)，其特征是，足端結(jié)構(gòu)中，六個(gè)阻尼器呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)，與小腿連接板采用十字萬(wàn)向節(jié)結(jié)構(gòu)連接，與足端底部用球副結(jié)構(gòu)進(jìn)行連接；足底部分采用可復(fù)位防滑爪結(jié)構(gòu)，抓取地面增加摩擦；半球形高彈性足底粘結(jié)在足端底部下板上，防止機(jī)器人行進(jìn)中發(fā)生打滑現(xiàn)象，增加足端機(jī)構(gòu)的附著力；

所述足端機(jī)構(gòu)由小腿連接板1、阻尼器部件3、足端底部上板7、足端底部保護(hù)罩8、特制連接螺母11、防滑爪部件和半球形高彈性足底10構(gòu)成；小腿連接板1上部分與行走機(jī)器人的小腿用螺栓連接方式連接，下部分與六個(gè)阻尼器部件3采用十字萬(wàn)向節(jié)2連接；裝有彈簧和活塞的阻尼器部件3的球頭桿安裝在球窩座6中；阻尼器部件3的球頭與球窩座6上的球窩兩者構(gòu)成球副結(jié)構(gòu)，球副之間為間隙配合；球副擋圈4和球窩座6具有四個(gè)均布通孔，四個(gè)球副擋圈連接螺釘5通過(guò)球副擋圈4通孔和球窩座6通孔將球副擋圈4和球窩座6固定在足端底部上板7上；足端底部上板7與足端機(jī)構(gòu)上部分通過(guò)球副結(jié)構(gòu)連接，足端底部上板7下部分設(shè)計(jì)有一段連接螺紋穿過(guò)足端底部保護(hù)罩8上的孔并且與特制連接螺母11螺紋連接；足端底部彈簧12固定在足端底部下板9和特制連接螺母11之間，存在預(yù)緊力；推桿13圓形結(jié)構(gòu)部分與特制連接螺母11可接觸，推桿13平面結(jié)構(gòu)部分與防滑爪接觸；足端底部下板9上均布有三個(gè)矩形槽孔9a，三個(gè)防滑爪15的鋸齒狀平面一端分別安裝在三個(gè)矩形槽孔9a中；

共有三個(gè)均布的防滑爪部件，每一個(gè)防滑爪部件由推桿滑軌19、推桿13、滑爪15、防滑爪支座17、可固定扭簧防滑爪支座16、轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18和扭簧14構(gòu)成；推桿滑軌19上有四個(gè)通孔，用四個(gè)推桿滑桿連接螺釘20固定在足端底部下板9上，推桿滑軌19與推桿13形成移動(dòng)副；推桿13與防滑爪15線接觸；防滑爪支座17和可固定扭簧防滑爪支座16均有四個(gè)通孔，各自用四個(gè)防滑爪支座連接螺釘21固定在足端底部下板9上；防滑爪支座17、可固定扭簧防滑爪支座16、轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18和扭簧14共同作用，防滑爪15一端用轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18與防滑爪支座連接，另一端是鋸齒狀平面分別安裝在三個(gè)矩形槽孔9a中；防滑爪15能在推桿13的作用下實(shí)現(xiàn)繞轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18的轉(zhuǎn)動(dòng)，可從槽孔伸出抓取工作地面。扭簧14一端固定在可固定扭簧防滑爪支座16上，一端固定在防滑爪15上；扭簧14可以使防滑爪自復(fù)位；足端底部保護(hù)罩8與足端底部下板9螺紋連接；半球形高彈性足底10粘結(jié)在足端底部下板9上，防止機(jī)器人行進(jìn)中發(fā)生打滑現(xiàn)象。

本發(fā)明的有益效果是，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)足端機(jī)構(gòu)的擺角、減振和自復(fù)位功能。采用半球形高彈性足底和防滑爪的裝置能夠在機(jī)器人運(yùn)行中足端與地面接觸面積增加、摩擦力增加，有效增加足端的附著力。足端機(jī)構(gòu)可適應(yīng)冰雪、泥濘和沙土等不同路況，增加機(jī)器人可環(huán)境適用性。

附圖說(shuō)明

圖1是行走機(jī)器人高適應(yīng)性足端機(jī)構(gòu)軸測(cè)圖，圖2是足端底部局部剖視圖，圖3足端底部軸測(cè)圖，圖4是足端底部機(jī)構(gòu)俯視圖，圖5是足端底部機(jī)構(gòu)的b-b剖視圖，圖6是小腿連接板1仰視圖。圖中：1-小腿連接板，2-十字萬(wàn)向節(jié)，3-阻尼器部件，4-球副擋圈，5-球副擋圈連接螺釘，6-球窩座，7-足端底部上板，8-足端底部保護(hù)罩，9-足端底部下板，9a-足端底部下板上的矩形槽孔，10-半球形高彈性足底，11-特制連接螺母，12-足端底部彈簧，13-推桿，14-扭簧，15-防滑爪，16-可固定扭簧防滑爪支座，17-防滑爪支座，18-轉(zhuǎn)動(dòng)心軸，19-推桿滑軌，20-推桿滑桿連接螺釘，21-防滑爪支座連接螺釘。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和技術(shù)方案詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施。

附圖1、2、3、4、5、6是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，機(jī)器人的足端機(jī)構(gòu)由一個(gè)小腿連接板1、六個(gè)十字萬(wàn)向節(jié)2、六個(gè)阻尼器部件3、六個(gè)球副擋圈4、二十四個(gè)球副擋圈連接螺釘5、六個(gè)球窩座6，一個(gè)足端底部上板7、一個(gè)足端底部保護(hù)罩8、一個(gè)足端底部下板9、一個(gè)半球形高彈性足底10、一個(gè)特制連接螺母11、一個(gè)足端底部彈簧12、三個(gè)推桿13、三個(gè)扭簧14、三個(gè)防滑爪15、三個(gè)可固定扭簧防滑爪支座16，三個(gè)防滑爪支座17，三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18，三個(gè)推桿滑軌19、十二個(gè)推桿滑桿連接螺釘20以及十二個(gè)防滑爪支座連接螺釘組成。

小腿連接板1通過(guò)均布六個(gè)通孔與行走機(jī)器人小腿螺栓連接，六個(gè)阻尼器部件3構(gòu)成并聯(lián)結(jié)構(gòu)，阻尼器部件3上裝有彈簧和活塞機(jī)構(gòu)，如圖1所示。阻尼器部件3與小腿連接板1采用十字萬(wàn)向節(jié)2連接，小腿連接板1上的十字萬(wàn)向節(jié)位置分布情況如圖6所示，阻尼器部件3可以相對(duì)小腿連接板1產(chǎn)生擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)。球副擋圈2周向均布四個(gè)通孔，并通過(guò)與球副擋圈連接螺釘5、球窩座6聯(lián)合使用，使阻尼器部件3的球頭固定在足底足端底部上板7上，構(gòu)成球副結(jié)構(gòu)，球副之間為間隙配合，可使阻尼器部件3可繞足底足端底部上板7擺動(dòng)，球窩座分布情況如圖1所示。在行走機(jī)器人爬坡時(shí)，六個(gè)阻尼器部件3根據(jù)地形特點(diǎn)發(fā)生變化，每個(gè)阻尼器部件3根據(jù)自身受到的力的不同，彈簧和活塞共同作用阻尼器部件3的長(zhǎng)度和與小腿連接板1的角度發(fā)生變化，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)行走機(jī)器人爬坡的功能。足端機(jī)構(gòu)與小腿產(chǎn)生的擺角在足端抬起時(shí)彈簧會(huì)使阻尼器部件3恢復(fù)到除狀態(tài)，即足端機(jī)構(gòu)自復(fù)位。阻尼器部件3的彈簧和活塞結(jié)構(gòu)在足端結(jié)構(gòu)接觸到地面時(shí)實(shí)現(xiàn)減振緩解沖擊的功能。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)足端機(jī)構(gòu)，調(diào)整阻尼器部件3的結(jié)構(gòu)參數(shù)以適應(yīng)不同的最大載荷和不同坡度的地面。

足端底部上板7的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2，上部分有螺紋孔可以安裝球窩座6和球副擋圈4，足端底部上板7中心安裝的螺紋桿穿過(guò)足端底部保護(hù)罩8上的孔，與特制連接螺母11螺紋連接，足端底部彈簧12安裝在足端底部下板9和特制連接螺母11之間，存在預(yù)緊力，可以實(shí)現(xiàn)在不受力的情況下端底部上板7與足端底部保護(hù)罩8存在一定的間隙，見(jiàn)圖2和圖5。圖2、圖3、圖4和圖5共同展示了足底防滑爪部件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理。推桿滑軌19上有四個(gè)通孔，用四個(gè)推桿滑桿連接螺釘20固定在足端底部下板9上。推桿13圓形結(jié)構(gòu)部分與特制連接螺母11的外圓錐面接觸，推桿13平面結(jié)構(gòu)部分與防滑爪接觸。防滑爪支座17和可固定扭簧防滑爪支座16均有兩個(gè)通孔，各自用兩個(gè)防滑爪支座連接螺釘21固定在足端底部下板9上，防滑爪支座17、可固定扭簧防滑爪支座16、轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18和扭簧14共同作用，將防滑爪15放置在足端底部下板9上，扭簧14一端固定在可固定扭簧防滑爪支座16上，一端固定在防滑爪15上。機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中，足端機(jī)構(gòu)踩到地面時(shí)，小腿上傳來(lái)的力通過(guò)阻尼器部件3傳到足端底部上板7上，則足端底部上板7帶動(dòng)特制連接螺母11壓縮足端底部彈簧12，并且特制連接螺母11又推動(dòng)三個(gè)推桿13，推桿13在推桿滑軌19上平移，推動(dòng)防滑爪15實(shí)現(xiàn)繞轉(zhuǎn)動(dòng)心軸18的轉(zhuǎn)動(dòng)，防滑爪15從足端底部下板9上均布三個(gè)矩形槽孔9a中伸出，防滑爪15抓取地面可增加摩擦。機(jī)器人抬起足端機(jī)構(gòu)時(shí)，則足端不受力足端底部彈簧12不受壓縮使足端底部上板7和推桿13復(fù)位，防滑爪15在扭簧14的作用下自復(fù)位。足端底部保護(hù)罩8與足端底部下板9螺紋連接，足端底部保護(hù)罩8保護(hù)防護(hù)抓部件在機(jī)器人運(yùn)行過(guò)程中不受到沙石、雨水的侵害，而且采用螺紋連接在防滑爪部件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)可以容易打開(kāi)足端底部保護(hù)罩8進(jìn)行修理。橡膠材質(zhì)半球形高彈性足底10與金屬足端底部下板9在硫化過(guò)程中實(shí)現(xiàn)粘合，防止機(jī)器人行進(jìn)中發(fā)生打滑現(xiàn)象。足端接觸到崎嶇的地面時(shí)，半球形高彈性足底10具有彈性，會(huì)根據(jù)地面形狀進(jìn)行變形，增加足底與地面的接觸面積，有效增加足端機(jī)構(gòu)的附著力。半球形高彈性足底10和防滑爪15共同作用下，本發(fā)明能夠在崎嶇的地面、冰雪路面以及泥濘路面上行走，實(shí)現(xiàn)足端機(jī)構(gòu)的多環(huán)境應(yīng)用。