本發(fā)明屬于機械設計領域，涉及一種重載輕質(zhì)彈性機械足。

背景技術：

傳統(tǒng)的足式機器人與地面的接觸方式是通過不同的機械足來實現(xiàn)的。常見的機械足一般為球面足或簡單平面、曲面足，并且加以輔助彈簧等減震裝置。此類機械足的結(jié)構(gòu)與功能都相對較為簡單，大部分只適合在剛性平整地面上行走，而在復雜路面上的行走效果較差，不能很好地適應地形。目前國內(nèi)外專門針對重載情況下設計的機械足較少，大部分的機械足都為傳統(tǒng)機械足。目前能夠?qū)崿F(xiàn)重載、復雜地面行走的、具有彈性性質(zhì)的機械足一般具有較大的重量，對機器人的行走運動造成了很多問題并且大大降低了足式機器人的動態(tài)性能。所以針對重載情況下，輕質(zhì)的具有彈性自由度的機械足的設計具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決上述問題，主要對重載，輕質(zhì)的要求，同時又能夠滿足適應復雜地形，減震，防滑等次要要求的條件下，提出了一種重載輕質(zhì)彈性機械足裝置，適合重載足式機器人的動態(tài)和負載地形下的行走。

本發(fā)明的一種重載輕質(zhì)彈性機械足，包括連接部件，關節(jié)部件，足底部件；

連接部件外部將機械足與機器人的腿部連接，內(nèi)部和關節(jié)部件連接主要實現(xiàn)重載輕質(zhì)彈性機械足和足式機器人腿部的連接功能，并且實現(xiàn)快速更換系統(tǒng)的效果；

關節(jié)部件固定在連接部件下方，包括四個相同的彈性海綿，四個相同的彈簧，一個異戊橡膠材質(zhì)的緩沖件，和一個碳纖維的連接件。四個相同的彈性海綿和彈簧安裝在同一位置一起壓縮，一端和連接部件固定，一端和異戊橡膠緩沖件固定。四個彈簧的運動等效成為一個虎克鉸(兩個相交的旋轉(zhuǎn)自由度)。異戊橡膠緩沖件一端和彈簧相連，另一端和足底部件連接。

足底部件主要是實現(xiàn)機械足和地面之間的接觸，包括一個聚氨酯橡膠防滑底墊。

所述的連接部件主要材料為鋁合金，鋁合金是金屬材料中相對容易加工并且密度低，并且保證了重載輕質(zhì)彈性機械足和小腿部分的剛性連接。

所述的彈性海綿用于固定彈簧的位置，并且彈性海綿的密度低，而此部分的強度由彈簧保證，所以此部分的彈性海綿降低了機械足的重量。四個彈簧中心對稱安裝，組成的彈性關節(jié)的等效運動類似于虎克鉸(兩個相交的旋轉(zhuǎn)運動)，能夠在復雜環(huán)境下適應斜面或者不同地形，并且整個彈性海綿和彈簧還起到了一定彈性緩沖的效果。

所述的異戊橡膠材料彈性大，耐沖擊，替代了原有常用的金屬材料，一定程度上降低了機械足的重量，并且在足式機器人動態(tài)運動時，起到了抗沖擊的作用，使得足底的沖擊力沒有直接作用到足式機器人的腿部，減輕了足式機器人關鍵沖擊破壞，在基礎的圓柱形結(jié)構(gòu)上對上表面進行了蜂窩形的切除處理，這樣不僅減輕了重量，同時提供了彈性海綿的安裝位置，簡化了機構(gòu)。對異戊橡膠緩沖件受力較弱的部分進行了適當?shù)那袎K處理，減輕了適當?shù)闹亓俊Ｋ龅奶祭w維材料質(zhì)量輕，強度高，替代了原有常用的金屬材料，保證了關節(jié)部件的整體強度和降低了機械足的重量，并且提供了可以更換底墊的接口。

所述的防滑底墊使用的材料是聚氨酯橡膠，相對于其他的材料，它的強度高，并且耐磨性好，更加適合作為足式機器人和地面接觸的材料。并且防滑底墊的底部為了防滑和增大足底的附著力，對防滑底墊的底面加工出凸起的顆粒比和適當增加了防滑底墊的厚度。

所述的重載輕質(zhì)彈性機械足的在各個部分的材料都是相對傳統(tǒng)金屬輕質(zhì)的材料，在關鍵的受力連接件使用的都是高強度的材料，在保證了機械足的整體強度下，對整個機械足都進行了輕化處理。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明所述的裝置能夠安裝在重載的足式機器人足部，使得機器人在大坡度、不平整地面上能夠平穩(wěn)行走，質(zhì)量輕，在動態(tài)行中提供了一定的減震緩沖作用，提升了機器人在大坡度、不平整地面上的動態(tài)行走性能；

(2)本發(fā)明所述的裝置能夠在足式機器人行走中起到一定的防滑作用；

(3)本發(fā)明所述的裝置可以方便對更換在不同足式機器人中使用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一種重載輕質(zhì)彈性機械足的正視圖；

圖2是本發(fā)明的一種重載輕質(zhì)彈性機械足的正視半剖圖；

圖3是本發(fā)明的一種重載輕質(zhì)彈性機械足的俯視圖；

圖4是本發(fā)明的連接部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的關節(jié)部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的足底部件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是本發(fā)明著地變形示意圖；

圖中：

1-連接部件2-關節(jié)部件3-足底部件

201-彈性海綿202-彈簧203-異戊橡膠的緩沖件

204-碳纖維的連接件

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明是一種重載輕質(zhì)彈性機械足裝置，如圖1、圖2、圖3所示，包括連接部件1、關節(jié)部件2、足底部件3；

連接部件1如圖4所示，連接部件1是一個整體加工件，加工材料是鋁合金，加工件的上面有一個圓柱形插槽，插槽主要和簡單圓柱的機器人腿部相連，插槽兩側(cè)有兩個螺栓定位孔，用于固定連接作用。加工件的下半部分是一個大圓盤，圓盤和上半部分的圓柱形插槽之間增加加強筋來增加強度。大圓盤上對稱布置四個螺栓孔，螺栓孔是為了固定彈性海綿201的位置。

關節(jié)部件2如圖5所示，包括彈性海綿201、彈簧202、異戊橡膠的緩沖件203、碳纖維的連接件204。

彈性海綿201為圓柱形，在兩端有固定使用的孔，一端和連接部件1的大圓盤通過螺栓插入后增大附著面積，使用強力膠使兩個器件連接，一端和碳纖維的連接件204通過螺栓插入后增大附著面積，使用強力膠使兩個器件連接，彈性海綿201套在彈簧202內(nèi)部，并且穿過異戊橡膠的緩沖件203。

彈簧202的中經(jīng)應該選擇和彈性海綿201的直徑相似，在實際的安裝修改中，可以先確定的彈簧202的中經(jīng)，配合安裝后修改彈簧海綿201的直徑，使得彈簧海綿201插入彈簧海綿201后存在適當?shù)膹较蛄?，實現(xiàn)類似過盈配合的效果，強度等需求根據(jù)不同的情況進行選擇，彈簧202套在彈性海綿201外部，并且穿過異戊橡膠的緩沖件203。

異戊橡膠的緩沖件203整體形狀為圓柱形，直徑和連接部件1的大圓盤直徑相同。異戊橡膠的緩沖件203在上半部分有排列規(guī)律的蜂窩形孔，蜂窩的孔數(shù)量可以根據(jù)實際大小和強度進行數(shù)量上的修改，分布使用中心軸對稱的方式分布，其中必須有四個對稱分布，內(nèi)徑大于彈簧202的外徑的通孔，用于彈性海綿201和彈簧202的穿過。在異戊橡膠的緩沖件203的下半部分增加對稱分布的切塊用于減少整體的重量。

碳纖維的連接件204整體為圓柱形，厚度主要根據(jù)強度進行設計，直徑和異戊橡膠的緩沖件203的直徑相同。碳纖維的連接件204有固定彈性海綿201的螺栓孔和固定異戊橡膠的緩沖件203的螺栓孔。

足底部件3如圖6所示，包括聚氨酯橡膠防滑底墊301。

足底部件3的材料為聚氨酯橡膠防滑底墊，整體為圓柱形，上表面和碳纖維的連接件204用膠水連接，只受壓力不受拉力，下表面加工突起顆粒，用于防止足和地面的滑動和增大足底附著力。

本發(fā)明在不平整地面上受力時的示意圖如圖7。四個彈簧202的運動使得連接部件1和足底部件3之間等效于一個虎克鉸的運動，機械足在不平整地面上運動時，由于受到地面和腿之間的相互作用壓力，使得四個彈簧產(chǎn)生不對稱變形，四組彈簧202和彈性海綿201的綜合變形是軸向彎曲和軸向壓縮的復合變形，軸向壓縮的大小和實際的受力有關，軸向彎曲的程度和地面與機器人腿之間的姿態(tài)有關，這樣可以盡量使得足底表面和地面相互貼近，大大增加了足底附著表面。其次異戊橡膠的緩沖件203在彈簧202受到大沖擊的情況下，連接部件1和異戊橡膠的緩沖件203相接處，通過異戊橡膠材料抗沖擊的特性，能夠大大減緩沖擊，起到了抗震和保護足式機器人關節(jié)的作用。

本發(fā)明具有重載、輕質(zhì)、彈性足的特點，所述的重載輕質(zhì)彈性機械足裝置具有以下功能：

1、重載輕質(zhì)彈性機械足適用于大型重載足式機器人的足部。

2、重載輕質(zhì)彈性機械足有對稱四個彈簧，等效運動為一個被動虎克鉸功能，能夠適應復雜的地形。

3、重載輕質(zhì)彈性機械足在大沖擊彈簧大變形下，有抗沖擊的異戊橡膠材料，具有一定的抗沖擊效果。

4、重載輕質(zhì)彈性機械足和地面接觸部分有凸起的顆粒，具有一定防滑功能。