本發(fā)明涉及一種腳趾可伸縮的機器人腳掌結(jié)構(gòu)，屬于機器人技術領域。

背景技術：

目前，機器人的移動方式主要有輪式、履帶式、腿式。在面對沼澤、沙漠等復雜環(huán)境時，機器人對于地形的適應問題尤為突出，腿式機器人的適應能力更強，如果對腿式機器人的腳部結(jié)構(gòu)進一步的設計，使其與地面更加高效地接觸，可以更好地防止沉陷。如何對腿式機器人的腳掌、腳趾和腳蹼結(jié)構(gòu)進行針對性的設計和改良，改善機器人的腳部沉陷狀況，是復雜軟土環(huán)境下機器人良好運動的重要因素。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術的缺陷，本發(fā)明提供一種腳趾可伸縮的機器人腳掌結(jié)構(gòu)，能夠通過抓地作用有效地限制腳下土壤流動，腳蹼結(jié)構(gòu)可進一步增大接觸面積，防止機器人腳部過多沉陷，使機器人更加高效地在軟土等環(huán)境下行走。

一種腳趾可伸縮的機器人腳掌結(jié)構(gòu)，包括腳掌基座、若干腳趾組、若干電機以及腳蹼，其中，所述腳掌基座與腳趾組間為鉸鏈連接，所述電機固連在腳掌基座上，且電機輸出端與所述腳趾組連接，相鄰兩腳趾組之間通過腳蹼相連；

所述腳掌基座包括腳掌上蓋、腳掌底座，且所述腳掌上蓋與腳掌底座固連；

所述腳趾組包括第一腳趾、第二腳趾、第三腳趾，第一腳趾上部連接第一腳趾箱蓋，第二腳趾上部連接第二腳趾箱蓋，所述第一腳趾和第二腳趾的內(nèi)壁上均設有滑槽，所述第二腳趾和第三腳趾的頭端均通過鍵與滑動軸連接，所述滑動軸分別與所述第一腳趾和第二腳趾內(nèi)壁上的滑槽配合滑動連接；

所述第一腳趾和第二腳趾內(nèi)均安裝有腳趾驅(qū)動機構(gòu)，所述第一腳趾內(nèi)的腳趾驅(qū)動機構(gòu)包括中間彈簧、滑塊基座、滑塊、第一滑塊彈簧、第二滑塊彈簧、上側(cè)彈簧、下側(cè)彈簧、同步帶、連接件、帶輪，所述中間彈簧一端與第一腳趾頭端相連，另一端與滑塊基座相連，所述滑塊基座與第一腳趾內(nèi)壁的滑槽滑動連接，所述第一滑塊彈簧一端與滑塊基座上沿固連，另一端與滑塊上沿固連，所述第二滑塊彈簧一端與滑塊基座下沿相連，另一端與滑塊下沿相連，所述滑塊與連接件配合連接，所述第二腳趾和第三腳趾的頭端均與連接件固連，所述上側(cè)彈簧和下側(cè)彈簧的一端均與第一腳趾頭端固連，另一端均與同步帶相連，所述同步帶與通過鍵固連在第二腳趾或第三腳趾頭端上的帶輪嚙合，所述第二腳趾內(nèi)的腳趾驅(qū)動結(jié)構(gòu)與第一腳趾內(nèi)的腳趾驅(qū)動結(jié)構(gòu)相同。

優(yōu)選地，所述中間彈簧、第一滑塊彈簧和上側(cè)彈簧均為sma彈簧。

優(yōu)選地，所述第二滑塊彈簧和下側(cè)彈簧采用sma彈簧或者普通彈簧。

優(yōu)選地，腳趾組的個數(shù)為3～5個，所述電機的個數(shù)與腳趾組的個數(shù)相同。

優(yōu)選地，每個腳趾組中第二腳趾的個數(shù)為0～2個。

優(yōu)選地，所述腳蹼為褶皺形。

有益效果：本發(fā)明采用一種腳趾可伸縮的機器人腳掌結(jié)構(gòu)，可實現(xiàn)與地面充分接觸，增加行走的穩(wěn)定性；可通過電機控制腳趾組的角度，通過多組sma彈簧和普通彈簧的差動原理和同步帶的共同作用使其可于三種狀態(tài)中進行變換，可適應平坦路面、坑洼的地面以及軟土環(huán)境等多種復雜路面；機器人多個腳趾之間協(xié)同作用可實現(xiàn)抓地效果，并在腳趾組之間設置腳蹼，進一步增大接觸面積，可減緩土壤的流動，有效地防止機器人腳部沉陷，提高了機器人于復雜環(huán)境中的行走能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的腳趾裝配剖面示意圖；

圖3是本發(fā)明的腳趾初始狀態(tài)剖面示意圖；

圖4是本發(fā)明的腳趾間鉸接局部示意圖；

圖5是本發(fā)明的滑塊與連接件配合的局部示意圖；

圖6是本發(fā)明的滑塊與連接件脫離的局部示意圖；

圖7是本發(fā)明的腳掌裝配狀態(tài)一示意圖；

圖8是本發(fā)明的腳掌裝配狀態(tài)二示意圖；

圖9是本發(fā)明的腳掌裝配狀態(tài)三示意圖；

圖中：1-腳掌基座，2-腳趾組，3-電機，4-腳蹼；101-腳掌上蓋，102-腳掌底座；201-第一腳趾，202-第一腳趾箱蓋，203-中間彈簧，204-滑塊基座，205-滑塊，206-第一滑塊彈簧，207-第二滑塊彈簧，208-上側(cè)彈簧，209-下側(cè)彈簧，210-同步帶，211-連接件，212-滑動軸，213-鍵，214-帶輪，215-第二腳趾，216-第二腳趾箱蓋，217-第三腳趾。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，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方案進行清楚、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├?，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請保護的范圍。

如圖1～9所示，一種腳趾可伸縮的機器人腳掌結(jié)構(gòu)，包括腳掌基座1、若干腳趾組2、若干電機3以及腳蹼4，其中，所述腳掌基座1與腳趾組2間為鉸鏈連接，所述電機3固連在腳掌基座1上，且電機3輸出端與所述腳趾組2連接，相鄰兩腳趾組2之間通過腳蹼4相連；

所述腳掌基座1包括腳掌上蓋101、腳掌底座102，且所述腳掌上蓋101與腳掌底座102固連；

所述腳趾組2包括第一腳趾201、第二腳趾215、第三腳趾217，第一腳趾201上部連接第一腳趾箱蓋202，第二腳趾215上部連接第二腳趾箱蓋216，所述第一腳趾201和第二腳趾215的內(nèi)壁上均設有滑槽，所述第二腳趾215和第三腳趾217的頭端均通過鍵213與滑動軸212連接，所述滑動軸212分別與所述第一腳趾201和第二腳趾215內(nèi)壁上的滑槽配合滑動連接；

所述第一腳趾201和第二腳趾215內(nèi)均安裝有腳趾驅(qū)動機構(gòu)，所述第一腳趾201內(nèi)的腳趾驅(qū)動機構(gòu)包括中間彈簧203、滑塊基座204、滑塊205、第一滑塊彈簧206、第二滑塊彈簧207、上側(cè)彈簧208、下側(cè)彈簧209、同步帶210、連接件211、帶輪214，所述中間彈簧203一端與第一腳趾201頭端相連，另一端與滑塊基座204相連，所述滑塊基座204與第一腳趾201內(nèi)壁的滑槽滑動連接，所述第一滑塊彈簧206一端與滑塊基座204上沿固連，另一端與滑塊205上沿固連，所述第二滑塊彈簧207一端與滑塊基座204下沿相連，另一端與滑塊205下沿相連，所述滑塊205與連接件211配合連接，所述第二腳趾215和第三腳趾217的頭端均與連接件211固連，所述上側(cè)彈簧208和下側(cè)彈簧209的一端均與第一腳趾201頭端固連，另一端均與同步帶210相連，所述同步帶210與通過鍵213固連在第二腳趾215或第三腳趾217頭端上的帶輪214嚙合，所述第二腳趾215內(nèi)的腳趾驅(qū)動結(jié)構(gòu)與第一腳趾內(nèi)201的腳趾驅(qū)動結(jié)構(gòu)相同。

優(yōu)選地，所述中間彈簧203、第一滑塊彈簧206和上側(cè)彈簧208均為sma彈簧。

優(yōu)選地，所述第二滑塊彈簧207和下側(cè)彈簧209采用sma彈簧或者普通彈簧。

優(yōu)選地，腳趾組2的個數(shù)為3～5個，所述電機3的個數(shù)與腳趾組2的個數(shù)相同。

優(yōu)選地，每個腳趾組2中第二腳趾的個數(shù)為0～2個。

優(yōu)選地，所述腳蹼4為褶皺形。

本發(fā)明的工作原理如下：

根據(jù)地面的復雜情況，可選擇不同的工作狀態(tài)進行工作，狀態(tài)一為腳趾收縮、腳蹼收縮狀態(tài)，狀態(tài)二為腳趾收縮、腳蹼伸展狀態(tài)；狀態(tài)三為腳趾呈抓地型、腳蹼伸展狀態(tài)；

在平坦地面可選擇狀態(tài)一進行工作，在土質(zhì)較為稀松時，可選擇狀態(tài)二工作，當完全處于軟土環(huán)境如沙漠時可選擇狀態(tài)三工作；當其與地面接觸時，通過電機的驅(qū)動可實現(xiàn)腳蹼的伸縮，實現(xiàn)狀態(tài)一與狀態(tài)二之間的變換；滑塊sma彈簧（第一滑塊彈簧）和滑塊普通彈簧（第二滑塊彈簧）作為滑塊與連接件之間配合的差動驅(qū)動機構(gòu)；上側(cè)彈簧（sma）、下側(cè)彈簧（普通）作為腳趾間轉(zhuǎn)動的差動驅(qū)動機構(gòu)；中間彈簧（sma）作為腳趾間滑動的驅(qū)動機構(gòu)；通過sma彈簧和普通彈簧的差動驅(qū)動原理以及同步帶的帶動可實現(xiàn)腳趾的伸長和轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)狀態(tài)二到狀態(tài)三的變換。

狀態(tài)三的實現(xiàn)如下：

第一滑塊彈簧（sma）206和第二滑塊彈簧（普通）207作為滑塊205與連接件211之間配合的差動驅(qū)動機構(gòu)；上側(cè)彈簧（sma）208、下側(cè)彈簧（普通）209作為腳趾間轉(zhuǎn)動的差動驅(qū)動機構(gòu)；中間彈簧（sma）203作為腳趾間滑動的驅(qū)動機構(gòu)。

腳趾初始狀態(tài)如下，中間彈簧（sma）203處于原長狀態(tài)，上側(cè)彈簧（sma）208以及下側(cè)彈簧（普通）209都處于壓縮狀態(tài)。

當與地面接觸時，對第一滑塊彈簧（sma）206通電加熱，第一滑塊彈簧（sma）伸長，在第一滑塊彈簧（sma）206的作用下，滑塊205與連接件211配合；然后對中間彈簧（sma）203通電加熱，中間彈簧（sma）203可變?yōu)樯扉L狀態(tài)；由于連接件211與第三腳趾217固連，在中間彈簧(sma)203的驅(qū)動力作用下，滑塊基座204可沿第二腳趾215內(nèi)壁的滑槽滑動，從而推動第三腳趾217沿第二腳趾215滑動，使上側(cè)彈簧（sma）208和下側(cè)彈簧（普通）209都可恢復原長；當中間彈簧203（sma）到達最長狀態(tài)以及上側(cè)彈簧（sma）208和下側(cè)彈簧（普通）209恢復原長時，即實現(xiàn)腳趾的伸長動作，而第三腳趾217也與第二腳趾215通過滑動軸212達到鉸接狀態(tài)。

為避免轉(zhuǎn)動時發(fā)生干涉，對第一滑塊彈簧（sma）206斷電冷卻，使滑塊205與連接件211脫離，然后對中間彈簧（sma）203斷電冷卻，中間彈簧（sma）203恢復原長，使滑塊基座204返回初始位置；接著對上側(cè)彈簧（sma）208加熱，在上側(cè)彈簧（sma）208的驅(qū)動力作用下，驅(qū)動同步帶210和帶輪214轉(zhuǎn)動，下側(cè)彈簧（普通）209收縮，帶輪214帶動第三腳趾217轉(zhuǎn)動，即可實現(xiàn)第三腳趾217相對第二腳趾215的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)固土動作。

同樣的原理可以實現(xiàn)第二腳趾215相對第一腳趾201的伸長和轉(zhuǎn)動動作。

本發(fā)明中關于對sma彈簧通電加熱的技術手段以及控制通電斷電的技術均為本領域技術人員所掌握的常規(guī)技術手段，故而未加詳述。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域?qū)I(yè)技術人員能夠?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域的專業(yè)技術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。