一種仿人機(jī)器人的仿生足的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿人機(jī)器人，具體涉及一種仿人機(jī)器人的仿生足。
【背景技術(shù)】
[0002]仿人機(jī)器人是與人類最接近的一種機(jī)器人，與傳統(tǒng)的輪式機(jī)器人或履帶機(jī)器人相比，仿人機(jī)器人更能適應(yīng)人類日常生活環(huán)境，同時(shí)更便于使用人類發(fā)明設(shè)計(jì)的各種工具，因此，仿人機(jī)器人具有廣闊的發(fā)展前景。
[0003]仿人機(jī)器人行走過程中會(huì)遇到的最大困難就是穩(wěn)定性和平衡性，地面對(duì)機(jī)器人的沖擊可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)器人身上零部件和傳感器的損傷，與此同時(shí)沖擊力可能對(duì)機(jī)器人造成瞬時(shí)的不穩(wěn)定，導(dǎo)致其穩(wěn)定性破壞從而摔倒。這一點(diǎn)通過ZMP理論可以得到解決。行走過程中還會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力和對(duì)地面的碰撞，這就需要足部結(jié)構(gòu)能減小沖擊起到緩沖保護(hù)。與此同時(shí)，仿人機(jī)器人行走過程中還會(huì)遇到滑到的問題，地面打滑將極大抑制機(jī)器人不太穩(wěn)定性和靈活性，因此，必須要在機(jī)器人足部設(shè)置足夠的防滑措施，才能使機(jī)器人能夠抓牢地面。
[0004]仿生足應(yīng)用于仿人機(jī)器人上，作為仿人機(jī)器人直接接觸地面的結(jié)構(gòu)，是仿人機(jī)器人承載重量和支撐、行走的重要組成部分。仿人機(jī)器人在地面行走過程中，必須要時(shí)刻感知地面情況并根據(jù)反饋實(shí)時(shí)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(jī)器人的行走時(shí)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(jī)器人行走和運(yùn)動(dòng)的必要條件。
[0005]專利200810224557.8設(shè)計(jì)了一種仿人機(jī)器人足部吸收裝置。該專利通過將減震柱安裝在腳底板，實(shí)現(xiàn)了對(duì)仿人機(jī)器人足部沖擊吸收機(jī)構(gòu)柔性的連續(xù)可調(diào)。
[0006]專利200710131102.7設(shè)計(jì)了一種人形機(jī)器人腳通過六維力傳感器和信號(hào)處理系統(tǒng)測(cè)量腳與路面接觸時(shí)反作用力，觸覺陣列檢測(cè)接觸信息計(jì)算機(jī)器人行走的路面情況，提高人形機(jī)器人行走時(shí)的步態(tài)穩(wěn)定性和自然性。
[0007]但是，現(xiàn)有的仿人機(jī)器人的足部很少有利用到仿生學(xué)原理，很少采用人體足弓的仿生設(shè)計(jì)，因而在雙足機(jī)器人行走時(shí)，通過腳底板的橡膠皮緩沖，仍會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于提供一種仿生足，其可以使機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)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(shù)方案是，設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。
[0010]根據(jù)上述的仿生足，所述仿生足還具有活動(dòng)腳掌。
[0011]根據(jù)上述的任一仿生足，所述活動(dòng)腳掌為前腳掌，其通過轉(zhuǎn)軸與所述腳底基座樞轉(zhuǎn)連接。
[0012]根據(jù)上述的任一仿生足，其中所述轉(zhuǎn)軸中用彈簧施加預(yù)緊力從而形成被動(dòng)關(guān)節(jié)。
[0013]根據(jù)上述的任一仿生足，所述腳底基座沿著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)離開地面時(shí)，所述被動(dòng)關(guān)節(jié)使彈簧壓縮儲(chǔ)存能量，增大扭矩；在所述腳底基座回到地面時(shí)，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(gòu)成。
[0015]根據(jù)上述的任一仿生足，所述仿生足弓包括四個(gè)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(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成。
[0017]根據(jù)上述的任一仿生足，每個(gè)板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)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(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成。
[0019]根據(jù)上述的任一仿生足，每個(gè)板狀彈簧塊由5片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)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(cuò)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(jī)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(jī)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(shè)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(gè)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(gòu)成的整個(gè)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(zhuǎn)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(xué)原理設(shè)計(jì)的仿生足，從仿生機(jī)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(jié)構(gòu)，能夠儲(chǔ)存更大能量并能更大程度上減小沖擊力，從而加強(qiáng)直立時(shí)機(jī)器人足底支撐的穩(wěn)定性。并且，該仿生足可以在機(jī)器人行走、爬樓梯時(shí)起到緩沖作用，更大程度減少地面對(duì)機(jī)器人的沖擊力，使得機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)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(shè)計(jì)，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(jié)構(gòu)示意圖
[0031]圖2是圖1中的側(cè)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(biāo)記:1.仿人機(jī)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(shí)施方式】
[0034]仿人機(jī)器人的仿生足包括:腳底基座、仿生足弓4、活動(dòng)腳掌、防滑腳墊、仿人機(jī)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(gè)仿生足的基礎(chǔ)，與現(xiàn)有的仿人機(jī)器人腳板尺寸相同，由一塊鋁合金板構(gòu)成。如圖1所示結(jié)構(gòu)由上到下依次是仿人機(jī)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(jī)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(shè)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(gè)角的位置處，并通過粘接固定。
[0037]所述活動(dòng)腳掌通過轉(zhuǎn)軸與所述后腳掌5樞轉(zhuǎn)連接，使兩者有一個(gè)自由度。
[0038]其中所述轉(zhuǎn)軸中用彈簧施加預(yù)緊力從而形成被動(dòng)關(guān)節(jié)，行走時(shí)活動(dòng)腳掌緊貼地面，所述后腳掌5沿著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)離開地面時(shí)，所述被動(dòng)關(guān)節(jié)使彈簧壓縮儲(chǔ)存能量，增大扭矩；在所述后腳掌5回到地面時(shí)，所述彈簧舒張，減小扭矩，增大足部的靈活性，改善行走時(shí)的足部運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
[0039]拱形的仿生足弓4包括四個(gè)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(diǎn)，構(gòu)成彎月狀；優(yōu)選由多個(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成，更優(yōu)選由四個(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)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(jī)器人足部緩沖部分緩解行走時(shí)地面對(duì)仿人機(jī)器人腳踝I及以上關(guān)節(jié)的沖擊。
[0040]每個(gè)板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)成，優(yōu)選由5片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)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(cuò)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(jī)器人行走過程中打滑。
[0043]根據(jù)仿生學(xué)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(gòu)成的整個(gè)足底的長度的比例為 h:L = 1:10。
[0045]所述轉(zhuǎn)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(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種仿人機(jī)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(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)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(zhuǎn)軸與所述腳底基座樞轉(zhuǎn)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的仿生足，其特征在于:其中所述轉(zhuǎn)軸中用彈簧施加預(yù)緊力從而形成被動(dòng)關(guān)節(jié)；所述腳底基座沿著轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)離開地面時(shí)，所述被動(dòng)關(guān)節(jié)使彈簧壓縮儲(chǔ)存能量，增大扭矩；在所述腳底基座回到地面時(shí)，所述彈簧舒張，減小扭矩。
4.根據(jù)權(quán)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(gè)仿足弓板狀彈簧堆疊模塊。
5.根據(jù)權(quán)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(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的仿生足，其特征在于:每個(gè)板狀彈簧塊由多片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)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(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成；每個(gè)板狀彈簧塊由5片板狀彈簧片疊在一起構(gòu)成；所述板狀彈簧片的尺寸為30mm*20mm*lmm ;所述錯(cuò)開的間距為5mm。
8.根據(jù)權(quán)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(jī)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(shè)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(gè)角的位置處，并通過粘接固定。
9.根據(jù)權(quán)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(quán)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(gòu)成的整個(gè)足底的長度的比例為1:10 ;所述轉(zhuǎn)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(jī)器人的仿生足，其包括腳底基座、仿生足弓、防滑腳墊、活動(dòng)腳掌；所述仿生足弓為拱形結(jié)構(gòu)，模仿人體足弓，包括四個(gè)由多個(gè)板狀彈簧塊依次錯(cuò)開疊置形成的仿足弓板狀彈簧堆疊模塊，可以在機(jī)器人行走、爬樓梯時(shí)起到緩沖作用，很大程度減少地面的沖擊力。所述活動(dòng)腳掌通過轉(zhuǎn)軸與所述腳底基座樞轉(zhuǎn)連接，使兩者有一個(gè)自由度，且所述轉(zhuǎn)軸中用彈簧施加預(yù)緊力從而形成被動(dòng)關(guān)節(jié)，在行走時(shí)使活動(dòng)腳掌緊貼地面，增大足部的靈活性，改善行走時(shí)的足部運(yùn)動(dòng)姿態(tài)。
【IPC分類】B62D57-032
【公開號(hào)】CN104802876
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510239337
【發(fā)明人】陳學(xué)超, 黃強(qiáng), 劉華欣, 周宇航, 張偉民, 余張國, 左久林
【申請(qǐng)人】北京理工大學(xué)
【公開日】2015年7月29日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日