一种机器人的足部结构制造技术

本发明专利技术公开一种机器人的足部结构，涉及机器人技术领域。机器人的足部结构包括小腿和足弓板，足弓板的一端通过踝关节与小腿铰接，另外两端分别与脚后跟和前脚掌转动连接；踝关节、脚后跟和前脚掌均内设有至少一个盘形弹簧，盘形弹簧与足弓板连接。本发明专利技术通过在机器人的足部设置脚后跟和前脚掌，并通过盘形弹簧将二者与足弓板弹性连接，使得机器人的足部更加具有灵活性和稳定性，从而解决了现有机器人的足部结构稳定性、灵活性和缓冲能力不足的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人的足部结构
本专利技术涉及机器人
，尤其涉及一种机器人的足部结构。
技术介绍
足式机器人是当今机器人领域最前沿的方向之一，与传统的轮式机器人或履带机器人相比，足式机器人凭借其独特的移动特点，能适应各种情形的地面环境，尤其在崎岖不平的路面、有障碍物的通道等方面具有广泛的应用前景。机器人的足部结构使足式机器人的重要组成部分，对足式机器人的运动有着非同一般的作用。因此，设计好足式机器人的足部结构至关重要。足式机器人行走过程中会遇到的最大困难包括稳定性、灵活性以及缓冲能力。稳定性能够保证足式机器人运动的平稳以及姿态的平衡，灵活性能够使足式机器人适应多种地形，缓冲能力能够减小机器人着地时对机身零部件的损伤，并且利于提高机器人的稳定性和灵活性。这些性能都需要机器人的足式结构提供解决措施。目前足式机器人的足部常采用球形、圆柱形或者板形的结构，这种结构的优点是刚度大、便于触地检测装置的安装。但是，这种结构不符合仿生学，灵活性与稳定性相对较差，而且落地时缺乏类似于跟腱、脚掌等生物结构的缓冲效果，对硬件的防冲击要求较高，能量损耗也较大。因此，亟待一种新型的机器人足部结构来解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机器人的足部结构，以解决现有机器人的足部结构稳定性、灵活性与缓冲能力不足的问题。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种机器人的足部结构，包括：小腿；足弓板，其一端通过踝关节与小腿铰接，另外两端分别与脚后跟和前脚掌转动连接；踝关节、脚后跟和前脚掌均内设有至少一个盘形弹簧，盘形弹簧与足弓板连接。作为优选，踝关节内设有第一转轴，第一转轴的外周设有第一盘形弹簧，第一转轴分别与第一盘形弹簧和足弓板键连接。作为优选，第一转轴与小腿之间通过滚动轴承连接，滚动轴承外部设有轴承盖，轴承盖设于小腿上。作为优选，脚后跟和前脚掌均内设有第二转轴，第二转轴的外周设有第二盘形弹簧，第二转轴分别与第二盘形弹簧和足弓板键连接。作为优选，脚后跟和前脚掌均还设有支撑架，支撑架的外部设有防滑垫；支撑架与第二转轴的两端通过工字板固接，工字板与支撑架螺纹连接。作为优选，支撑架与足弓板通过推力轴承连接，足弓板与第二转轴通过滑动轴承连接。作为优选，第一盘形弹簧和第二盘形弹簧均包括内圈，外圈以及位于内圈和外圈之间的弹性薄片。作为优选，内圈开设有与第一转轴或与第二转轴连接的键槽，外圈开设有与足弓板连接的螺纹孔。作为优选，第一盘形弹簧的弹性薄片的刚度比第二盘形弹簧的弹性薄片的刚度大。作为优选，足弓板与踝关节、脚后跟和前脚掌的连接处均设有微动开关。本专利技术的有益效果：本专利技术通过提供一种机器人的足部结构，利用在机器人的足部设置脚后跟和前脚掌，并通过盘形弹簧将二者与足弓板弹性连接，使得机器人的足部更加具有灵活性、稳定性和缓冲能力；利用盘形弹簧的内圈分别与第一转轴或第二转轴键连接，以及利用外圈与足弓板连接，可使得足弓板与脚后跟或与前脚掌发生旋转并产生弹性力矩，再通过设计第一盘形弹簧的弹性薄片与第二盘形弹簧的弹性薄片的厚度，进一步地，第一盘形弹簧的弹性薄片的刚度比第二盘形弹簧的弹性薄片的刚度大，使二者达到不同的弹性刚度，满足机器人足部不同关节对不同弹性刚度的需求，以实现多种运动形态；支撑架的外部设有防滑垫，可以提高机器人足部与地面之间的摩擦力，提高机器人的稳定性；通过微动开关的开闭状态，可以判断机器人足部着地的状态。附图说明现将仅通过示例的方式，参考所附附图对本专利技术的实施方式进行描述，其中图1是本专利技术实施方式提供的机器人的足部结构其中一个状态的示意图；图2是本专利技术实施方式提供的机器人的足部结构另一个状态的示意图；图3是图1中踝关节处的剖视图；图4是图1中脚后跟的剖视图；图5是机器人的足部结构的盘形弹簧的结构示意图。图中：1、小腿；2、足弓板；3、踝关节；4、脚后跟；5、前脚掌；7、微动开关；31、第一转轴；32、滚动轴承；33、轴承盖；311、键；41、第二转轴；42、支撑架；43、防滑垫；44、工字板；45、推力轴承；46、滑动轴承；61、第一盘形弹簧；62、第二盘形弹簧；63、内圈；64、外圈；65、弹性薄片；631、键槽；641、螺纹孔。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。如图1和图2所示，机器人的足部结构包括小腿1和足弓板2，足弓板2的一端通过踝关节3与小腿1铰接，另外两端分别与脚后跟4和前脚掌5转动连接。足弓板2采用镂空设计的加强筋板组合而成，在保证足弓板2强度的前提下，减小了足部结构的重量。足弓板2与踝关节3、脚后跟4和前脚掌5的连接处均设有微动开关7，特别地，足弓板2与脚后跟4和前脚掌5连接的微动开关7设置在足弓板2上，足弓板2与踝关节3连接的微动开关7设置在踝关节3上。当机器人足部着地时，脚后跟4、前脚掌5会相对于足弓板2转动，足弓板2又相对于踝关节3转动，从而使得在不同着地状态时，足部不同部位处的微动开关7被接触到，并以此判断机器人足部的着地状态。由此可见，将微动开关7设置在足部的不同部位是经过本领域技术人员深思熟虑之后，并经大量模拟实验，付出创造性劳动获得的，也是考虑到机器人足部综合的技术效果而设定的。以步行姿态为例进行说明：1)足部在空中还未着地时，三个微动开关7均断开；2)足部刚刚接触地面，但还未完全站稳，此时脚后跟4着地受力，脚后跟4的微动开关7连通，其他两个微动开关7断开；3)足部在地面站稳后，踝关节3的微动开关7和脚后跟4的微动开关7连通；4)足部准备离开地面并且处于站稳状态时，踝关节3的微动开关7和前脚趾5的微动开关7连通；5)足部即将离开地面时，前脚趾5的微动开关7连通，其他两个开关断开。如图3所示，图3为踝关节3处的剖视图。踝关节3靠设于其内部的第一转轴31，与小腿1通过滚动轴承32转动连接，滚动轴承32的外侧设有卡环，卡环的外周设有轴承盖，从而更好地保护第一转轴31和滚动轴承32，此处，不对轴承的类型进行限定，滚动轴承32为优选实施方式。具体地，如图5所示，盘形弹簧包括内圈63、外圈64以及弹性薄片65，盘形弹簧的内圈63上开设有与第一转轴31连接的键槽631，外圈64上开设有与足弓板2连接的螺纹孔641，弹性薄片65位于内圈63和外圈65之间，可以通过设计弹性薄片65的厚度，使其达到不同的弹性刚度，满足机器人足部不同关节对不同弹性刚度的需求，以实现多种运动形态。。具体地，第一转轴31的轴身上设有一个键槽，足弓板2位于第一转轴31的中间位置处也开设有键槽，同时与位于足弓板2两侧的盘形弹簧的内圈63上开设的键槽631配合，共同通过键311进行键连接。可以理解的是，第一转轴31的轴身上还可以设有多个键槽，其中贴设于小腿1内部的两侧各设有一个键槽，并和盘形弹簧内圈63上的键槽631配合进行键连接。还可以理解的是，第一转轴31的轴身上，在贴设于小腿1内部的两侧各设有一个与键槽631配合的凸起，使得第一转轴31与第一盘形弹簧61可转动连接。如图4所示，图4为脚后跟4处的剖视图，可以理解的是，脚后跟4和前脚掌5的结构设计相同，因此附图省略前脚掌5的剖视图。脚后跟4靠设于其内部的第二转轴41，与足弓板2通过滑动轴承46转动连接。此处也可以选择为滚动轴承，但由于滚动轴承所占的结构体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人的足部结构，其特征在于，包括：小腿(1)；足弓板(2)，其一端通过踝关节(3)与所述小腿(1)铰接，另外两端分别与脚后跟(4)和前脚掌(5)转动连接；所述踝关节(3)、所述脚后跟(4)和所述前脚掌(5)均内设有至少一个盘形弹簧，所述盘形弹簧与所述足弓板(2)连接。

【技术特征摘要】
1.一种机器人的足部结构，其特征在于，包括：小腿(1)；足弓板(2)，其一端通过踝关节(3)与所述小腿(1)铰接，另外两端分别与脚后跟(4)和前脚掌(5)转动连接；所述踝关节(3)、所述脚后跟(4)和所述前脚掌(5)均内设有至少一个盘形弹簧，所述盘形弹簧与所述足弓板(2)连接。2.根据权利要求1所述的机器人的足部结构，其特征在于，所述踝关节(3)内设有第一转轴(31)，所述第一转轴(31)的外周设有第一盘形弹簧(61)，所述第一转轴(31)分别与所述第一盘形弹簧(61)和所述足弓板(2)键连接。3.根据权利要求2所述的机器人的足部结构，其特征在于，所述第一转轴(31)与所述小腿(1)之间通过滚动轴承(32)连接，所述滚动轴承(32)外部设有轴承盖(33)，所述轴承盖(33)设于所述小腿(1)上。4.根据权利要求2所述的机器人的足部结构，其特征在于，所述脚后跟(4)和所述前脚掌(5)均内设有第二转轴(41)，所述第二转轴(41)的外周设有第二盘形弹簧(62)，所述第二转轴(41)分别与所述第二盘形弹簧(62)和所述足弓板(2)键连接。5.根据权利要求4所述的机器人的足部结构，其特征在于，所述脚后跟(4)和所述前脚掌(5)均还设有支撑架(42)，所述支撑...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨跞，彭放，王鹏程，孙开胜，
申请(专利权)人：中科新松有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31