一種仿人機器人的仿生足的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿人機器人，具體涉及一種仿人機器人的仿生足。
【背景技術】
[0002]仿人機器人是與人類最接近的一種機器人，與傳統(tǒng)的輪式機器人或履帶機器人相比，仿人機器人更能適應人類日常生活環(huán)境，同時更便于使用人類發(fā)明設計的各種工具，因此，仿人機器人具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]仿人機器人行走過程中會遇到的最大困難就是穩(wěn)定性和平衡性，地面對機器人的沖擊可能會導致機器人身上零部件和傳感器的損傷，與此同時沖擊力可能對機器人造成瞬時的不穩(wěn)定，導致其穩(wěn)定性破壞從而摔倒。這一點通過ZMP理論可以得到解決。行走過程中還會產生較大的沖擊力和對地面的碰撞，這就需要足部結構能減小沖擊起到緩沖保護。與此同時，仿人機器人行走過程中還會遇到滑到的問題，地面打滑將極大抑制機器人不太穩(wěn)定性和靈活性，因此，必須要在機器人足部設置足夠的防滑措施，才能使機器人能夠抓牢地面。
[0004]仿生足應用于仿人機器人上，作為仿人機器人直接接觸地面的結構，是仿人機器人承載重量和支撐、行走的重要組成部分。仿人機器人在地面行走過程中，必須要時刻感知地面情況并根據(jù)反饋實時改變自身形態(tài)從而獲得穩(wěn)定行走。足部的姿態(tài)和位置可以反映機器人的行走時的狀態(tài)和地面的支撐情況，因此獲得足部位置和姿態(tài)和足底接觸位置是仿人機器人行走和運動的必要條件。
[0005]專利200810224557.8設計了一種仿人機器人足部吸收裝置。該專利通過將減震柱安裝在腳底板，實現(xiàn)了對仿人機器人足部沖擊吸收機構柔性的連續(xù)可調。
[0006]專利200710131102.7設計了一種人形機器人腳通過六維力傳感器和信號處理系統(tǒng)測量腳與路面接觸時反作用力，觸覺陣列檢測接觸信息計算機器人行走的路面情況，提高人形機器人行走時的步態(tài)穩(wěn)定性和自然性。
[0007]但是，現(xiàn)有的仿人機器人的足部很少有利用到仿生學原理，很少采用人體足弓的仿生設計，因而在雙足機器人行走時，通過腳底板的橡膠皮緩沖，仍會產生較大的沖擊力。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種仿生足，其可以使機器人的運動過程中更加平滑穩(wěn)定，受到更少的沖擊。
[0009]本發(fā)明的技術方案是，設計了一種仿生足，其包括腳底基座、仿生足弓、防滑腳墊；其特征在于:所述仿生足弓為拱形結構。
[0010]根據(jù)上述的仿生足，所述仿生足還具有活動腳掌。
[0011]根據(jù)上述的任一仿生足，所述活動腳掌為前腳掌，其通過轉軸與所述腳底基座樞轉連接。
[0012]根據(jù)上述的任一仿生足，其中所述轉軸中用彈簧施加預緊力從而形成被動關節(jié)。
[0013]根據(jù)上述的任一仿生足，所述腳底基座沿著轉軸轉動離開地面時，所述被動關節(jié)使彈簧壓縮儲存能量，增大扭矩；在所述腳底基座回到地面時，所述彈簧舒張，減小扭矩。
[0014]根據(jù)上述的任一仿生足，所述腳底基座為后腳掌，其由一塊鋁合金板構成。
[0015]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿生足弓包括四個仿足弓板狀彈簧堆疊模塊。
[0016]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊由多個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成。
[0017]根據(jù)上述的任一仿生足，每個板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構成。
[0018]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊由四個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成。
[0019]根據(jù)上述的任一仿生足，每個板狀彈簧塊由5片板狀彈簧片疊在一起構成。
[0020]根據(jù)上述的任一仿生足，所述板狀彈簧片的尺寸為30mm*20mm*lmm。
[0021]根據(jù)上述的任一仿生足，所述錯開的間距為5mm。
[0022]根據(jù)上述的任一仿生足，所述防滑腳墊為防滑膠皮。
[0023]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿生足還具有仿人機器人腳踝、六維力傳感器、六維力傳感器固定板。
[0024]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿人機器人腳踝、六維力傳感器、六維力傳感器固定板由螺釘固連。
[0025]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿生足弓設置于六維力傳感器固定板和后腳掌之間，分別位于六維力傳感器固定板3的四個角的位置處，并通過粘接固定。
[0026]根據(jù)上述的任一仿生足，所述前腳掌與后腳掌的長度比為1:2。
[0027]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿生足弓的高度與由所述前腳掌與后腳掌構成的整個足底的長度的比例為1:10。
[0028]根據(jù)上述的任一仿生足，所述轉軸的高度與六維力傳感器固定板的高度一致。
[0029]因此，本發(fā)明采用仿生學原理設計的仿生足，從仿生機理出發(fā)，模仿人體足弓，通過板狀彈簧塊堆疊而具有的拱形仿足弓結構，能夠儲存更大能量并能更大程度上減小沖擊力，從而加強直立時機器人足底支撐的穩(wěn)定性。并且，該仿生足可以在機器人行走、爬樓梯時起到緩沖作用，更大程度減少地面對機器人的沖擊力，使得機器人在運動過程中更加平滑穩(wěn)定，受到更少的沖擊。此外，通過前、后腳掌的分開設計，增大了仿生足的自由度，使其具有更大的靈活性。
【附圖說明】
[0030]圖1是本發(fā)明的結構示意圖
[0031]圖2是圖1中的側視圖
[0032]圖3是由板狀彈簧片形成板狀彈簧塊再到形成仿足弓板狀彈簧堆疊模塊的示意圖
[0033]附圖標記:1.仿人機器人腳踝；2.六維力傳感器；3.六維力傳感器固定板；4.拱形的仿生足弓；5.后腳掌；6.前腳掌；7.后腳掌防滑膠皮；8.前腳掌防滑膠皮。
【具體實施方式】
[0034]仿人機器人的仿生足包括:腳底基座、仿生足弓4、活動腳掌、防滑腳墊、仿人機器人腳踝1、六維力傳感器2、六維力傳感器固定板3。
[0035]所述腳底基座為后腳掌5，是整個仿生足的基礎，與現(xiàn)有的仿人機器人腳板尺寸相同，由一塊鋁合金板構成。如圖1所示結構由上到下依次是仿人機器人腳踝1、六維力傳感器2、六維力傳感器固定板3、拱形的仿生足弓4、仿生足的后腳掌5、前腳掌6、后腳掌防滑膠皮8、前腳掌防滑膠皮7。
[0036]所述仿人機器人腳踝1、六維力傳感器2、六維力傳感器固定板3由螺釘固連。所述仿生足弓4設置于六維力傳感器固定板3和后腳掌5之間，分別位于六維力傳感器固定板3的四個角的位置處，并通過粘接固定。
[0037]所述活動腳掌通過轉軸與所述后腳掌5樞轉連接，使兩者有一個自由度。
[0038]其中所述轉軸中用彈簧施加預緊力從而形成被動關節(jié)，行走時活動腳掌緊貼地面，所述后腳掌5沿著轉軸轉動離開地面時，所述被動關節(jié)使彈簧壓縮儲存能量，增大扭矩；在所述后腳掌5回到地面時，所述彈簧舒張，減小扭矩，增大足部的靈活性，改善行走時的足部運動姿態(tài)。
[0039]拱形的仿生足弓4包括四個仿足弓板狀彈簧堆疊模塊。所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊由板狀彈簧塊堆疊而成，模擬人足弓的特點，構成彎月狀；優(yōu)選由多個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成，更優(yōu)選由四個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成。板狀彈簧塊具有良好的形變和彈力，可以作為仿人機器人足部緩沖部分緩解行走時地面對仿人機器人腳踝I及以上關節(jié)的沖擊。
[0040]每個板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構成，優(yōu)選由5片板狀彈簧片疊在一起構成。
[0041]所述板狀彈簧片的尺寸為30mm*20mm*lmm。所述板狀彈簧塊依次錯開5mm疊置形成所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊。
[0042]所述防滑膠皮8、7分別與前、后腳掌采用粘接固定，為仿生足提供摩擦力，防止機器人行走過程中打滑。
[0043]根據(jù)仿生學人體足弓比例，所述前腳掌6與后腳掌5的長度比為LI:L2 = 1:2。
[0044]所述仿生足弓4的高度與由所述前腳掌6與后腳掌5構成的整個足底的長度的比例為 h:L = 1:10。
[0045]所述轉軸的高度與六維力傳感器固定板3的高度一致。
[0046]以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實施方式】的一種，本領域的技術人員在本發(fā)明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.一種仿人機器人的仿生足，其包括腳底基座、仿生足弓、防滑腳墊；其特征在于:所述仿生足弓為拱形結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的仿生足，其特征在于:所述仿生足還具有前腳掌，其通過轉軸與所述腳底基座樞轉連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的仿生足，其特征在于:其中所述轉軸中用彈簧施加預緊力從而形成被動關節(jié)；所述腳底基座沿著轉軸轉動離開地面時，所述被動關節(jié)使彈簧壓縮儲存能量，增大扭矩；在所述腳底基座回到地面時，所述彈簧舒張，減小扭矩。
4.根據(jù)權利要求1所述的仿生足，其特征在于:所述仿生足弓包括四個仿足弓板狀彈簧堆疊模塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的仿生足，其特征在于:所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊由多個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成。
6.根據(jù)權利要求5所述的仿生足，其特征在于:每個板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構成。
7.根據(jù)權利要求5或6所述的仿生足，其特征在于:所述仿足弓板狀彈簧堆疊模塊由四個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成；每個板狀彈簧塊由5片板狀彈簧片疊在一起構成；所述板狀彈簧片的尺寸為30mm*20mm*lmm ;所述錯開的間距為5mm。
8.根據(jù)權利要求2或3所述的仿生足，其特征在于:所述仿生足還具有仿人機器人腳踝、六維力傳感器、六維力傳感器固定板；所述仿生足弓設置于六維力傳感器固定板和腳底基座之間，分別位于六維力傳感器固定板的四個角的位置處，并通過粘接固定。
9.根據(jù)權利要求2或3所述的仿生足，其特征在于:所述前腳掌與腳底基座的長度比為 1:2。
10.根據(jù)權利要求8所述的仿生足，其特征在于:所述仿生足弓的高度與由所述前腳掌與腳底基座構成的整個足底的長度的比例為1:10 ;所述轉軸的高度與六維力傳感器固定板的高度一致。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種仿人機器人的仿生足，其包括腳底基座、仿生足弓、防滑腳墊、活動腳掌；所述仿生足弓為拱形結構，模仿人體足弓，包括四個由多個板狀彈簧塊依次錯開疊置形成的仿足弓板狀彈簧堆疊模塊，可以在機器人行走、爬樓梯時起到緩沖作用，很大程度減少地面的沖擊力。所述活動腳掌通過轉軸與所述腳底基座樞轉連接，使兩者有一個自由度，且所述轉軸中用彈簧施加預緊力從而形成被動關節(jié)，在行走時使活動腳掌緊貼地面，增大足部的靈活性，改善行走時的足部運動姿態(tài)。
【IPC分類】B62D57-032
【公開號】CN104802876
【申請?zhí)枴緾N201510239337
【發(fā)明人】陳學超, 黃強, 劉華欣, 周宇航, 張偉民, 余張國, 左久林
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年5月12日