【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人，尤其是涉及一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构。
技术介绍
1、近年来，随着机器人技术的不断发展，越来越多的机器人参与到人类的生活中，并在各行各业发挥着重要的作用。与传统的工业制造机器人和轮系机器人相比，双足步行的移动方式使双足机器人具有较高的灵活性和卓越的环境适应能力，尤其是在针对人类设计的工作环境中，避免对工作环境进行大幅度改造；而相较于多足机器人，双足机器人的体积更小，能耗更低，能更好的在一些狭窄空间内进行作业任务；此外，双足机器人从形态到移动方式都与人类接近，人形机器人结构及行走的研究对于未来医疗康复设备及假肢技术的发展也有重要的借鉴意义。
2、在目前对双足机器人行走稳定性的研究中，有关步态规划、运动控制等方面已经取得较大进展，而作为行走过程中唯一与地面接触的结构，双足机器人的足部结构也是影响机器人行走稳定性的一个重要因素。目前大多数双足机器人的足部结构都较为简单，通常采用一个简单的平底矩形，这种简单的结构会约束机器人的落脚方式，在复杂的行走环境中，由于路面的不确定性，容易发生失稳现象。因此，机器人的足部结构将直接影响机器人行走的稳定性，需要对其机械结构进行进一步的优化设计。
3、公开号为cn115892283a的中国专利技术专利公开了一种被动适应非平整地面的仿人机器人足部结构。该专利技术专利通过扭簧和弹性元件将前掌部件和腰跟部件连接，借助扭簧和弹性元件的特性，实现足部结构对非平整路面的被动式自适应。但其连接跖骨与脚趾的弹性组合件设计要求较高，一方面通过齿轮作为传动结构，当
技术实现思路
1、为解决现有双足机器人足部结构对复杂路面环境的适应性问题，本专利技术提供一种参照仿生学原理的、可适应复杂路面的双足机器人足部结构，通过仿足弓结构，能够实现足部结构对地面情况的刚度自适应调整；基于电缸驱动的虚约束结构，通过控制电缸的输出力与行程，实现对足底薄板姿态的主动调整，同时改善脚掌-脚趾关节的受力情况；通过弹簧导杆结构组成的仿韧带结构，能够减少足部结构落地时的冲击力，同时实现足部结构对地面的被动调整。基于主、被动调整方法的组合及基于仿生学原理的足弓与韧带结构，该足部结构可适应湿滑、不平整等复杂路面，提高机器人行走的稳定性与适应性。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，包括前足底薄板、后足底薄板、连接前后足底的板簧、前纵足弓、后纵足弓、足弓连接平台、电缸驱动的虚约束结构以及弹簧导杆结构；
3、前足底薄板和后足底薄板之间通过板簧链接；前纵足弓与后纵足弓之间通过足弓连接平台链接；足弓连接平台顶上有用于连接踝关节电机的法兰孔；
4、前纵足弓与前足底薄板铰接，后纵足弓与后足底薄板铰接；所述电缸驱动的虚约束结构一端与前纵足弓铰接，另一端与前足底薄板铰接；
5、所述弹簧导杆结构包括导杆上部、导杆下部以及二者之间的压缩弹簧；导杆上部与后纵足弓铰接，导杆下部与后足底薄板铰接。
6、进一步地，电缸驱动的虚约束结构有用于连接前足底薄板的销连接孔和有用于连接前纵足弓的销连接孔，构成前纵足弓与前足底薄板通过销链接的关节，改善脚掌-脚趾关节结构的受力情况；并驱动电缸调节前纵足弓与前足底薄板之间的角度来适应地面的起伏变化。
7、进一步地，导杆上部一端为中空的圆柱结构，另一端具有用于后足底薄板连接的销连接孔；导杆下部一端具有与后足底薄板连接的销连接孔，另一端插入导杆上部的中空部分；压缩弹簧套在导杆上部和导杆下部的连接部分。
8、进一步地，前足底薄板、后足底薄板上安装用于检测足部姿态数据的姿态传感器，传感器数据通过有线传输到机器人控制系统。
9、进一步地，前纵足弓、后纵足弓、足弓连接平台共同组成仿生足弓结构，在行走过程中前纵、后纵足弓通过改变倾斜角度，带动板簧拉伸，从而动态调整足部结构的刚度；在湿滑路面时足弓结构能够通过足弓连接平台与前纵足弓和后纵足弓之间的角度调整，降低足部结构的重心，并稳定踝关节压力方向，使其尽可能保持在摩擦锥内从而防止打滑。
10、进一步地，后纵足弓、弹簧导杆结构、后足底薄板共同组成仿韧带结构，被动适应地形的变化，提高足部结构的灵活度。
11、进一步地，前纵足弓、后纵足弓、足弓连接平台三者的销连接孔处均有用于固定扭簧的凹槽结构，连接时圆柱销穿过扭簧与销孔，配合销孔处的凹槽固定扭簧，实现足弓连接平台和前纵足弓与后纵足弓之间的铰接；扭簧将在机器人行走过程中自适应调整前纵足弓与后纵足弓之间的倾斜角度。
12、本专利技术的有益效果如下：
13、本专利技术中的足弓机构优化设计布局，使得双足机器人在非平整路面行走，能够主动调整足部结构的刚度，提高机器人行走稳定性与适应能力，提高机器人行走的灵活性。
14、本专利技术中的电缸驱动的虚约束结构一方面能够主动调整前纵足弓和前足底薄板间的角度，使机器人能够主动式自适应地面的起伏变化；另一方面，在机器人行走过程中，通过电缸主动对前纵足弓施加一定的支撑，能够有效改善脚掌-脚趾关节的受力情况，提高足部结构稳定性的同时，延长足部结构的使用寿命。
15、本专利技术中的足弓机构、虚约束结构与仿韧带结构相配合，能够主动调整来自机器人踝关节的压力方向，使其保持在摩擦锥内，消除足部发生滑动，使机器人能够在湿滑路面稳定行走。
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1.一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：包括前足底薄板(8)、后足底薄板(4)、连接前后足底的板簧(11)、前纵足弓(2)、后纵足弓(3)、足弓连接平台(1)、电缸驱动的虚约束结构(10)以及弹簧导杆结构(12)；
2.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：电缸驱动的虚约束结构(10)有用于连接前足底薄板的销连接孔和有用于连接前纵足弓(2)的销连接孔，构成前纵足弓(2)与前足底薄板(8)通过销链接的关节，改善脚掌-脚趾关节结构的受力情况；并驱动电缸调节前纵足弓(2)与前足底薄板(8)之间的角度来适应地面的起伏变化。
3.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：导杆上部(5)一端为中空的圆柱结构，另一端具有用于后足底薄板连接的销连接孔；导杆下部(6)一端具有与后足底薄板连接的销连接孔，另一端插入导杆上部(5)的中空部分；压缩弹簧(7)套在导杆上部(5)和导杆下部(6)的连接部分。
4.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：前足底薄板
5.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：前纵足弓(2)、后纵足弓(3)、足弓连接平台(1)共同组成仿生足弓结构，足弓连接平台(1)顶上有用于连接踝关节电机的法兰孔；在行走过程中前纵(2)、后纵足弓(3)通过改变倾斜角度，带动板簧(11)拉伸，从而动态调整足部结构的刚度；在湿滑路面时足弓结构能够通过足弓连接平台(1)与前纵足弓(2)和后纵足弓(3)之间的角度调整，降低足部结构的重心，并稳定踝关节压力方向，使其尽可能保持在摩擦锥内从而防止打滑。
6.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：后纵足弓(3)、弹簧导杆结构(12)、后足底薄板(4)共同组成仿韧带结构，被动适应地形的变化，提高足部结构的灵活度。
7.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：前纵足弓(2)、后纵足弓(3)、足弓连接平台(1)三者的销连接孔处均有用于固定扭簧的凹槽结构，连接时圆柱销(22)穿过扭簧与销孔，配合销孔处的凹槽固定扭簧(13)，实现足弓连接平台(1)和前纵足弓(2)与后纵足弓(3)之间的铰接；扭簧将在机器人行走过程中自适应调整前纵足弓(2)与后纵足弓(3)之间的倾斜角度。
...【技术特征摘要】
1.一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：包括前足底薄板(8)、后足底薄板(4)、连接前后足底的板簧(11)、前纵足弓(2)、后纵足弓(3)、足弓连接平台(1)、电缸驱动的虚约束结构(10)以及弹簧导杆结构(12)；
2.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：电缸驱动的虚约束结构(10)有用于连接前足底薄板的销连接孔和有用于连接前纵足弓(2)的销连接孔，构成前纵足弓(2)与前足底薄板(8)通过销链接的关节，改善脚掌-脚趾关节结构的受力情况；并驱动电缸调节前纵足弓(2)与前足底薄板(8)之间的角度来适应地面的起伏变化。
3.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：导杆上部(5)一端为中空的圆柱结构，另一端具有用于后足底薄板连接的销连接孔；导杆下部(6)一端具有与后足底薄板连接的销连接孔，另一端插入导杆上部(5)的中空部分；压缩弹簧(7)套在导杆上部(5)和导杆下部(6)的连接部分。
4.根据权利要求1所述的一种可适应复杂路面的双足机器人足部结构，其特征在于：前足底薄板(8)、后足底薄板(4)上安装用于检测足部姿态数据的姿态传感器(28)，传感器数据通过有线传输到机器人控制系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：甘春标，谢歌童，张金霖，陈勇铭，
申请(专利权)人：余姚市机器人研究中心，
类型：发明
国别省市：
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