【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及双足机器人制造领域，具体涉及一种变刚度自适应脚趾关节、脚趾关节操作方法及其应用。
技术介绍
1、双足机器人是机器人研究领域的一大热点，经过几十年的发展，世界各国出现了很多能够实现稳定步行的双足机器人。但是与人相比，这些机器人在步态、步行速度、步行稳定性等方面还存在较大差距。
2、传统的双足机器人设计中常常忽视了脚在机器人步行中的作用，一般的机器人腿部是12个自由度，即每条腿有6个自由度，脚是由整个脚板组成，不易实现行走过程中脚跟着地脚尖离地的行走方式，并且即使行走地面只是稍微不平，就可能造成脚掌与地面接触不规律，影响仿人机器人的稳定性。只能实现整个脚掌平行着地，其行走速度非常慢。因为每只脚是一个整体，所以在行走时脚部不能绕脚的前部旋转，尤其是步幅比较大时，这就导致膝关节的运动加速，从而腿的摆动幅度加大，致使运动不稳定。
3、比如专利公开号为cn107128398a，专利名称为双足行走机器人多关节腿部结构，具体公开了“包括脚板运动机构、脚踝关节运动机构、腿部关节运动机构，脚趾关节通过轴与脚板铰接，小腿下关节支架通过轴与内支架铰接，内支架与脚踝关节支撑板铰接，所述脚板运动机构能够控制脚趾关节绕着与脚板相互铰接的轴抬脚趾运动，实现了抬脚趾运动；脚踝关节运动机构能够控制所述脚板向左或向右摆脚运动，也可以控制脚板向前或前后运动，实现了机器人脚板关节能够多个自由度运动；腿部关节运动机构能够控制小腿的关节顺时针或逆时针抬腿运动，同时也可以控制小腿绕着大腿旋转运动，实现了机器人腿部的关节能够多个自由度抬腿双
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题在于：如何提高机器人在步行过程中的步行速度、可跨越高度和步幅，提高机器人行走稳定性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种变刚度自适应脚趾关节，包括脚底板以及位于脚底板前侧的脚趾，还包括有安装在脚底板上的驱动机构以及从动机构，其中从动机构包括有压轮；
4、所述脚趾的一侧通过钛钢板弹簧与脚底板连接，其中压轮位于钛钢板弹簧的上方并压住钛钢板弹簧，所述驱动机构能够通过带动压轮在钛钢板弹簧上方移动，从而调节脚趾的转动半径。
5、本申请通过在脚趾的一侧通过钛钢板弹簧与脚底板连接，压轮位于钛钢板弹簧上方并能够压住钛钢板弹簧，而通过驱动机构能够带动压轮沿着钛钢板弹簧移动，通过压轮与脚趾上的钛钢板弹簧接触位置的不同从而改变脚趾受力时的弯曲半径，实现脚趾在运动过程中的变刚度自适应运动，提高了机器人在步行过程中的步行速度、可跨越高度和步幅，以及机器人行走稳定性。
6、作为本专利技术进一步的方案：令所述脚趾与压轮之间的间距为h；
7、其中h值越大，脚趾的转动半径越大，且钛钢板弹簧的刚度越小；
8、其中h值越小，脚趾的转动半径越小，且钛钢板弹簧的刚度越大。
9、本申请可以将脚趾与压轮之间的间距进行存档记录，便于后续调节压轮位置的时候，及时清楚压轮位置与脚趾折弯半径之间存在的联系。
10、作为本专利技术进一步的方案：所述脚趾与脚底板之间预留出旋转间隙。
11、本申请在此处预留出旋转间隙，不会影响脚趾与脚底板之间的正常折弯。
12、作为本专利技术进一步的方案：所述钛钢板弹簧为采用钛钢材质的板状结构，且能够折弯，在钛钢板弹簧的端部开设与脚底板连接的钛钢板安装孔。
13、本申请钛钢板弹簧采用可恢复变形的钛钢，当脚趾受力与脚底板折弯的时候，此时钛钢板弹簧的作用能够帮助脚底板复位，方便足式机器人在折弯行走后恢复原状。
14、作为本专利技术进一步的方案：所述从动机构包括有安装在脚底板顶部两侧的压轮块，其中压轮的两端能够活动连接在两个压轮块内，所述驱动机构能够驱动压轮沿着两个压轮块的方向来回滚动。
15、作为本专利技术进一步的方案：所述驱动机构包括有安装在脚底板上的电机保持架，其中电机保持架上安装有电机，电机的输出端通过减速器连接有曲柄，所述曲柄的一端连接连杆的端部，连杆的另一端连接到压轮的一端。
16、作为本专利技术进一步的方案：所述压轮块的内侧开设有与压轮相对应的压轮辊槽，压轮辊槽背向压轮的一侧开设有与压轮中心轴相对应的压轮中心轴槽。
17、作为本专利技术进一步的方案：所述压轮中心轴槽的高度低于压轮辊槽的高度。
18、本专利技术还公开了一种变刚度自适应脚趾关节在双足机器人上的应用。
19、本专利技术还公开了一种变刚度自适应脚趾关节的操作方法，包括如下步骤：
20、利用驱动机构带动从动机构上的压轮在钛钢板弹簧上方进行移动；
21、调节脚趾距离压轮之间的间距，便可实现脚趾变刚度自适应运动。
22、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
23、1.本申请通过在脚趾的一侧通过钛钢板弹簧与脚底板连接，压轮位于钛钢板弹簧上方并能够压住钛钢板弹簧，而通过驱动机构能够带动压轮沿着钛钢板弹簧移动，通过压轮与脚趾上的钛钢板弹簧接触位置的不同从而改变脚趾受力时的弯曲半径，实现脚趾在运动过程中的变刚度自适应运动，提高了机器人在步行过程中的步行速度、可跨越高度和步幅，以及机器人行走稳定性；
24、2.本申请变刚度自适应型脚趾关节的减速机构使用了涡轮蜗杆机构使得脚趾受力时可发生自锁同时增加了电机的输出力矩；
25、3.本申请所涉及的一种变刚度自适应型脚趾关节，采用了带有弹性的钛钢板弹簧作为脚趾结构，当脚趾受到外力时会自适应进行弯曲后，当力撤出后会自动恢复原状；
26、4.本申请可以将脚趾与压轮之间的间距进行存档记录，便于后续调节压轮位置的时候，及时清楚压轮位置与脚趾折弯半径之间存在的联系。
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1.一种变刚度自适应脚趾关节，包括脚底板(4)以及位于脚底板(4)前侧的脚趾(3)，其特征在于，还包括有安装在脚底板(4)上的驱动机构(1)以及从动机构(2)，其中从动机构(2)包括有压轮(22)；
2.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：令所述脚趾(3)与压轮(22)之间的间距为H；
3.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述脚趾(3)与脚底板(4)之间预留出旋转间隙。
4.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述钛钢板弹簧(31)为采用钛钢材质的板状结构，且能够折弯，在钛钢板弹簧(31)的端部开设与脚底板(4)连接的钛钢板安装孔(32)。
5.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述从动机构(2)包括有安装在脚底板(4)顶部两侧的压轮块(21)，其中压轮(22)的两端能够活动连接在两个压轮块(21)内，所述驱动机构(1)能够驱动压轮(22)沿着两个压轮块(21)的方向来回滚动。
6.根据权利要求5所述的一种变刚度自适应脚趾关节，
7.根据权利要求5所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述压轮块(21)的内侧开设有与压轮(22)相对应的压轮辊槽(24)，压轮辊槽(24)背向压轮(22)的一侧开设有与压轮中心轴相对应的压轮中心轴槽(23)。
8.根据权利要求7所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述压轮中心轴槽(23)的高度低于压轮辊槽(24)的高度。
9.一种采用如权利要求1-8任意一项所述的变刚度自适应脚趾关节在双足机器人上的应用。
10.采用如权利要求1-8任意一项所述的变刚度自适应脚趾关节的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种变刚度自适应脚趾关节，包括脚底板(4)以及位于脚底板(4)前侧的脚趾(3)，其特征在于，还包括有安装在脚底板(4)上的驱动机构(1)以及从动机构(2)，其中从动机构(2)包括有压轮(22)；
2.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：令所述脚趾(3)与压轮(22)之间的间距为h；
3.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述脚趾(3)与脚底板(4)之间预留出旋转间隙。
4.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述钛钢板弹簧(31)为采用钛钢材质的板状结构，且能够折弯，在钛钢板弹簧(31)的端部开设与脚底板(4)连接的钛钢板安装孔(32)。
5.根据权利要求1所述的一种变刚度自适应脚趾关节，其特征在于：所述从动机构(2)包括有安装在脚底板(4)顶部两侧的压轮块(21)，其中压轮(22)的两端能够活动连接在两个压轮块(21)内，所述驱动机构(1)能够驱动压轮(22)沿着两个压轮块(21)的方向来...
【专利技术属性】
技术研发人员：梁斌，宁传新，刘厚德，梁论飞，兰斌，康鹏，
申请(专利权)人：江淮前沿技术协同创新中心，
类型：发明
国别省市：
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