本發(fā)明涉及一種具有繩索驅(qū)動腳趾的機器人腳掌，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，機器人的移動方式主要有輪式、履帶式和腿式，而野外作業(yè)特種機器人行走中仍存在較多問題。在面對沼澤、沙漠等復(fù)雜環(huán)境時，機器人對于地形的適應(yīng)問題尤為突出，傳統(tǒng)輪式機器人難以解決該問題，履帶式機器人雖然可以大幅度降低對地形的要求，但也存在靈活性差、維護(hù)成本高等缺點；腿式機器人由于每條腿能實現(xiàn)不同的動作，可以依靠腿的協(xié)調(diào)動作，離散地與不同地面接觸，因此腿式機器人的地形適應(yīng)能力更強。改進(jìn)腿式機器人的腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，改善其腳部的防沉陷性能，是提高復(fù)雜軟土環(huán)境下機器人行走穩(wěn)定性的重要途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種具有繩索驅(qū)動腳趾的機器人腳掌，提高機器人對軟土地面情況的適應(yīng)能力，增強其地面支撐的可靠性，使其在面對復(fù)雜地形時擁有更優(yōu)良的行走能力。

一種具有繩索驅(qū)動腳趾的機器人腳掌，包括腳趾機構(gòu)和腳掌機構(gòu)，其中，腳趾機構(gòu)包括若干組腳趾、腳趾連接板、第一繩索、第二繩索和第三繩索，所述腳趾包括前腳趾、前腳趾腳蹼、腳趾關(guān)節(jié)、關(guān)節(jié)齒輪、后腳趾、后腳趾腳蹼、腳蹼擋板、下連桿、上連桿、滑輪和三個復(fù)位彈簧；前腳趾與前腳趾腳蹼固連，前腳趾與關(guān)節(jié)齒輪分別與腳趾關(guān)節(jié)鉸接，且前腳趾與關(guān)節(jié)齒輪形成齒輪嚙合；腳趾關(guān)節(jié)與后腳趾的一端固連，且后腳趾兩側(cè)分別與一對后腳趾腳蹼鉸接，所述后腳趾另一端設(shè)有凸起，且與下連桿的一端鉸接，所述下連桿另一端與上連桿的一端鉸接，所述上連桿的另一端鉸接在腳趾連接板上，所述三個復(fù)位彈簧中的兩個安裝在一對后腳趾腳蹼上部的圓孔中，另一個復(fù)位彈簧一端與上連桿固連，另一端固連在腳趾連接板上；所述后腳趾末端與腳趾連接板鉸接，所述滑輪安裝在后腳趾末端與腳趾連接板的鉸接處，所述第一繩索穿過腳趾連接板與上連桿連接，所述第二繩索和第三繩索一上一下按順序穿過腳趾連接板、滑輪、后腳趾和腳趾關(guān)節(jié)，分別與關(guān)節(jié)齒輪的上端和下端固連；腳蹼擋板固連在對應(yīng)后腳趾腳蹼上方的腳趾連接板處；

所述腳掌機構(gòu)包括腳掌體、電機、支撐板、繞線輪、緩沖腳墊、緩沖彈簧、柔性隔膜、輔助支撐塊、和輔助彈簧，腳掌體與所述腳趾連接板固連，所述支撐板安裝在腳掌體中，且電機與支撐板固連，所述第一繩索、第二繩索和第三繩索從腳趾連接板穿過后末端分別固定在三個繞線輪上，所述繞線輪與電機輸出軸固連，由電機驅(qū)動；所述腳掌體底部設(shè)有腳墊凹槽，所述緩沖腳墊通過緩沖彈簧安裝在腳掌體的腳墊凹槽內(nèi)，所述柔性隔膜安裝在腳掌體底部的蹄形槽上；輔助支撐塊通過輔助彈簧安裝在腳掌體四周的滑道內(nèi)。

優(yōu)選地，前腳趾和前腳趾腳蹼工作面上有錐狀凸起。

優(yōu)選地，腳趾關(guān)節(jié)、后腳趾和腳趾連接板中設(shè)有通孔，繩索從通孔中穿過。

優(yōu)選地，輔助支撐塊為傾斜安裝。

優(yōu)選地，所述腳趾機構(gòu)包括三組腳趾，每組腳趾分為前后兩個趾節(jié)。

優(yōu)選地，腳掌體后側(cè)面為弧面。

有益效果：本發(fā)明采用一種具有繩索驅(qū)動腳趾的機器人腳掌，工作時，利用繩索的拉動，控制前腳趾和前腳趾腳蹼上的凸起先行入土，防止接觸側(cè)滑，控制上下連桿與后腳趾形成自鎖，同時后腳趾腳蹼在彈性作用下展開，形成了腳趾的穩(wěn)定支撐動作，腳掌機構(gòu)入土?xí)r，緩沖腳墊對腳掌落地起緩沖作用，柔性隔膜在腳掌體內(nèi)部空腔的壓力下也起到緩沖作用，隨著腳掌入土程度的增加，柔性隔膜擠壓空氣，腳掌體四周斜伸出輔助支撐塊，起到輔助支撐的作用；結(jié)束工作時，繩索卸荷，后腳趾抬起，后腳趾腳蹼與腳蹼擋板作用而收起，腳掌體后側(cè)面弧面形狀便于出土，腳掌離開軟土地面，緩沖腳墊由緩沖彈簧推回原位，輔助支撐塊在輔助彈簧和腳掌空腔壓力下回復(fù)原位，腳趾機構(gòu)和腳掌機構(gòu)共同作用，提高了機器人對軟土地面行走的適應(yīng)能力和可靠性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機器人腳掌的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的機器人腳掌俯視圖；

圖3是本發(fā)明的腳趾機構(gòu)爆炸示意圖；

圖4是本發(fā)明的腳掌機構(gòu)爆炸示意圖；

圖5是本發(fā)明的腳趾繞線剖面示意圖；

圖6是本發(fā)明的腳掌體底部結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-腳趾機構(gòu)，101-前腳趾，102-前腳趾腳蹼，103-腳趾關(guān)節(jié)，104-關(guān)節(jié)齒輪，1051-第一繩索，1052-第二繩索、1053-第三繩索、106-后腳趾，107-后腳趾腳蹼，108-腳蹼擋板，109-下連桿，110-上連桿，111-滑輪，112-復(fù)位彈簧，113-腳趾連接板，2-腳掌機構(gòu)，201-腳掌體，202-電機，203-支撐板，204-繞線輪，205-緩沖腳墊，206-緩沖彈簧，207-柔性隔膜，208-輔助支撐塊，209-輔助彈簧，2011-腳墊凹槽、2022-蹄形槽。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

如圖1～5所示，一種具有繩索驅(qū)動腳趾的機器人腳掌，包括腳趾機構(gòu)1和腳掌機構(gòu)2，其中，腳趾機構(gòu)1包括若干組腳趾、腳趾連接板113、第一繩索1051、第二繩索1052和第三繩索1053，所述腳趾包括前腳趾101、前腳趾腳蹼102、腳趾關(guān)節(jié)103、關(guān)節(jié)齒輪104、后腳趾106、后腳趾腳蹼107、腳蹼擋板108、下連桿109、上連桿110、滑輪111和三個復(fù)位彈簧112；前腳趾101與前腳趾腳蹼102固連，前腳趾101與關(guān)節(jié)齒輪104分別與腳趾關(guān)節(jié)103鉸接，且前腳趾101與關(guān)節(jié)齒輪104形成齒輪嚙合；腳趾關(guān)節(jié)103與后腳趾的106一端固連，且后腳趾106兩側(cè)分別與一對后腳趾腳蹼107鉸接，所述后腳趾106另一端設(shè)有凸起，且與下連桿109的一端鉸接，所述下連桿109另一端與上連桿的一端鉸接，所述上連桿的另一端鉸接在腳趾連接板113上，所述三個復(fù)位彈簧112中的兩個安裝在一對后腳趾腳蹼107上部的圓孔中，另一個復(fù)位彈簧112一端與上連桿110固連，另一端固連在腳趾連接板113上（每組腳趾有三個復(fù)位彈簧，兩個用于復(fù)位后腳趾腳蹼，一個用于復(fù)位連桿）；后腳趾106末端與腳趾連接板113鉸接，所述滑輪111安裝在后腳趾106末端與腳趾連接板113的鉸接處，所述第一繩索1051穿過腳趾連接板113與上連桿110連接，所述第二繩索1052和第三繩索1053一上一下按順序穿過腳趾連接板113、滑輪111、后腳趾106和腳趾關(guān)節(jié)103，分別與關(guān)節(jié)齒輪104的上端和下端固連（每組腳趾有三根繩索，一條用于拉動連桿，兩條用于控制關(guān)節(jié)齒輪的轉(zhuǎn)動）；腳蹼擋板108固連在對應(yīng)后腳趾腳蹼107上方的腳趾連接板113處；

所述腳掌機構(gòu)2包括腳掌體201、電機202、支撐板203、繞線輪204、緩沖腳墊205、緩沖彈簧206、柔性隔膜207、輔助支撐塊208、和輔助彈簧209，腳掌體201與所述腳趾連接板113固連，所述支撐板安裝在腳掌體201中，且電機與支撐板固連，所述第一繩索1051、第二繩索1052和第三繩索1053從腳趾連接板113穿過后末端分別固定在三個繞線輪204上，所述繞線輪204與電機202輸出軸固連，由電機202驅(qū)動；所述腳掌體201底部設(shè)有腳墊凹槽，所述緩沖腳墊205通過緩沖彈簧206安裝在腳掌體201的腳墊凹槽內(nèi)，所述柔性隔膜207安裝在腳掌體201底部的蹄形槽上；輔助支撐塊208通過輔助彈簧209安裝在腳掌體201四周的滑道內(nèi)。

優(yōu)選地，前腳趾101和前腳趾腳蹼102工作面上有錐狀凸起。

優(yōu)選地，腳趾關(guān)節(jié)103、后腳趾106和腳趾連接板113中設(shè)有通孔，繩索105從通孔中穿過。

優(yōu)選地，輔助支撐塊208為傾斜安裝。

優(yōu)選地，所述腳趾機構(gòu)包括三組腳趾，每組腳趾分為前后兩個趾節(jié)。

優(yōu)選地，腳掌體201后側(cè)面為弧面。

本發(fā)明的工作原理如下：

如圖1所示，工作時，在與地面接觸前，腳趾的第二繩索1052和第三繩索1053由電機202協(xié)同驅(qū)動，拉動關(guān)節(jié)齒輪104轉(zhuǎn)動，調(diào)整前腳趾101和前腳趾腳蹼102俯仰角度，腳趾上的凸起利于腳趾入土，起到防止腳側(cè)滑的作用，腳趾上部分的第一繩索1051在電機202驅(qū)動下拉動上連桿110，使得工作時上連桿110、下連桿109、腳趾連接板113和后腳趾106形成自鎖結(jié)構(gòu)，提高了支撐穩(wěn)定性，同時后腳趾腳蹼107在離開腳蹼擋板108時在復(fù)位彈簧112的彈性作用下展開，增大了與土壤的接觸面積，很好的提升了腳趾的支持能力，腳掌機構(gòu)2觸地時，緩沖腳墊205在緩沖彈簧206的作用下對接觸起到緩沖作用，柔性隔膜207在利用腳掌體201蹄形槽空腔氣壓提供緩沖的同時，隨著腳掌入土程度增加，空腔體積變小，氣壓增大，壓力使得四周輔助支撐塊208沿腳掌體201內(nèi)封閉傾斜滑道伸出，起到輔助支撐的作用；結(jié)束工作時，第一繩索1051卸荷，上連桿110在回復(fù)彈簧112作用下抬起后腳趾106，抬到一定角度后腳趾腳蹼107與腳蹼擋板108作用而收起，腳掌離開軟土地面，緩沖腳墊205被緩沖彈簧206推回原位，輔助支撐塊208被輔助彈簧209拉回腳掌體201內(nèi)，柔性隔膜207在空腔壓力回復(fù)時恢復(fù)，整個機器人腳掌變回初始狀態(tài)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。