【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种机器人足底力协调，更具体的说，尤其涉及一种可适应非结构化环境的足底稳定装置及机器人。
技术介绍
1、随着经济的不断发展，我国的各行各业都有了突飞猛进的发展，移动机器人大致可分为三类:轮式机器人、履带式机器人、足式机器人。虽然轮式和履带式机器人可以在平面地形上工作,但其中大多数并不能在杂乱的地形、复杂和危险的环境中工作；与轮式和履带式机器人相比,足式机器人由于不需要地面提供连续支撑区域而具有更好的地形适应性，目前仿人形机器人腿部大多采用刚性结构,虽然具有较好的强度且易于装配,但是在步行、奔跑、跳跃等过程中,足部在落地过程中会与地面相碰撞,从而使得腿部乃至躯体自下而上地受到一定程度的振动,对仿人形机器人内部传感、视觉系统的正常运行和行走稳定性产生一定的影响,同时随着次数的增加,将对关节连接处、伺服电机等结构脆弱处造成严重的伤害，这些潜在的问题可能导致仿人形机器人在实际工作中出现故障，导致无法完成指定的任务，并且加速仿人形机器人的零部件损伤、老化速度，危害其使用寿命，加大维修成本。目前,多数研究人员采取通过在重要零件处设置缓冲支撑架、在足底添加抗冲击的材料等被动隔振的方法来解决这一问题，这类方法不需要外部能量的输入，仅通过材料自身结构特性以达到减振的目的，但是该方法的工作频带窄、适应性较差,在足式机器人触地时，无法立即有效地减少振动，并且无法调节足部与地面的接触状态。
2、综上，本专利技术设计了一种新型可适应非结构化环境的足底稳定装置，该机器人采用三趾足端机构，复合齿轮传动系统与储能及减震装置结合的结构，
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于解决足式机器人与地面接触后受到的振动与冲击问题，提出了一种可适应非结构化环境的足底稳定装置及机器人，采用多个齿轮配合、多个支撑连杆以及弹簧阻尼装置，在不同地形行走时，可适应地形的坑洼程度，并控制机器人足底适应地面的接触力，此结构设计能够使机器人具有高姿态稳定性、高地面适应性、高行走稳定性等优点。
2、本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，包括足端机构、复合齿轮传动系统、储能及减震装置和固定机架装置；
3、所述固定机架装置用于安装所述足端机构、所述复合齿轮传动系统和所述储能及减震装置；
4、所述足端机构包括前端支撑连杆和后端支撑连杆，所述足端机构的支撑点至少包括三个且不在一条直线上；
5、所述储能及减震装置包括弹簧阻尼装置、承力扭盘和扭簧盘；所述弹簧阻尼装置包括扭簧和旋转阻尼器；所述扭簧和所述旋转阻尼器的一端均连接所述承力扭盘，另一端均连接所述扭簧盘；
6、所述复合齿轮传动系统用于动力传递与转换；所述前端支撑连杆通过复合齿轮传动系统驱动所述承力扭盘旋转，从而带动所述弹簧阻尼装置旋转；所述后端支撑连杆驱动所述扭簧盘旋转，从而带动所述弹簧阻尼装置旋转；所述前端支撑连杆和所述后端支撑连杆带动所述弹簧阻尼装置旋转的方向相反。
7、进一步地，所述复合齿轮传动系统包括锥齿轮系、齿圈、过渡齿轮和终端齿轮；
8、所述锥齿轮系包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、行星架、小锥齿轮；
9、所述行星架均匀环绕设置有若干个杆，每根杆上均设置有所述小锥齿轮；所述小锥齿轮与所述第一锥齿轮、第二锥齿轮啮合；所述行星架还设置有用于齿圈配合的扇形状杆件；固定于所述扇形状杆件上的齿圈与所述过渡齿轮啮合，所述过渡齿轮与所述终端齿轮啮合；
10、所述前端支撑连杆固定在所述第一锥齿轮或所述第二锥齿轮上，当所述前端支撑连杆受力相对于地面向上翻转时，带动所述第一锥齿轮或所述第二锥齿轮旋转，然后依次带动所述小锥齿轮、所述行星架、所述过渡齿轮和所述终端齿轮旋转；所述终端齿轮驱动承力扭盘旋转；
11、所述后端支撑连杆与所述扭簧盘固定，当所述后端支撑连杆受力相对于地面向上翻转时，带动所述扭簧盘旋转。
12、进一步地，所述过渡齿轮啮合包括不完全齿轮和直齿轮；所述不完全齿轮与所述齿圈啮合；所述直齿轮与所述终端齿轮啮合。
13、进一步地，所述前端支撑连杆包括第一支撑连杆和第二支撑连杆；所述后端支撑连杆包括第三支撑连杆；所述第一支撑连杆固定在所述第一锥齿轮上；所述第二支撑连杆固定在所述第二锥齿轮上；所述第三支撑连杆固定在所述扭簧盘上。
14、进一步地，所述第一支撑连杆与所述第二支撑连杆中间部分弯曲，形成“外八”支撑结构。
15、进一步地，所述固定机架装置包括第一固定轴、第二固定轴、第一桁架、第二桁架、第三桁架和足端固定架；
16、所述足端固定架为顶部一块支撑板，支撑板下面有四根支撑杆件；所述第一固定轴的两侧固定在其中两根支撑杆件，所述承力扭盘的两侧可转动地安装在另外两根支撑杆件上；所述支撑板留有安装孔位，适配与机器人踝关节的安装；
17、所述第一桁架为三个直杆组成的三角形单元的平面结构；所述第二桁架为一个直杆；所述第三桁架为两个直杆组成的三角形单元平面机构
18、所述第一固定轴依次套有第一桁架的第一顶点、第二支撑连杆、第二锥齿轮、行星架、第一锥齿轮、第一支撑连杆、第二桁架的一端、第三桁架的第一顶点；或者所述第一固定轴依次套有第一桁架的第一顶点、第二锥齿轮、行星架、第一锥齿轮、第二桁架的一端、第三桁架的第一顶点；
19、所述第二固定轴的一侧固定在第一桁架的第二顶点，另一侧固定在第三桁架的第二顶点；所述第二桁架的另一端套在所述第二固定轴上；所述过渡齿轮套在所述第二固定轴上；
20、所述承力扭盘为顶端圆盘状内侧固定连接阶梯轴，所述阶梯轴依次套有旋转阻尼器、扭簧盘、第三支撑连杆、终端齿轮和第一桁架的第三顶点；或者所述阶梯轴依次套有旋转阻尼器、扭簧盘、终端齿轮和第一桁架的第三顶点；
21、所述扭簧套在旋转阻尼器上；所述终端齿轮与阶梯轴采用平键连接；所述承力扭盘的圆盘端套有第三桁架的第三顶点。
22、进一步地，所述固定机架装置还包括固定块；所述固定块固定在所述第二桁架与所述第三桁架之间。
23、进一步地，还设置有多个限位挡块，用于限定所述前端支撑连杆和所述后端支撑连杆在预定的范围内运动，以及防止在初始位置时发生空转。
24、进一步地，所述前端支撑连杆和后端支撑连杆的末端均设置有突起。
25、本专利技术还提供了一种机器人，设置有上述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置。
26、与现有技术相比，本专利技术实施例的有益效果在于：具有结构新颖、尺寸小、稳定性强、适应性强等特点，由四个部分组成，分别是足端机构、复合齿轮传动系统、固定机架装置、储能与减震系统，足端机构为装置提供支撑作用，至少三个支撑连杆的设计为足式机器人提供更灵活和稳定的地形适应能力；复合齿轮传动系统负责动力传递与转换，其中锥齿轮系的差速结构可以实现前端两个连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，包括足端机构、复合齿轮传动系统、储能及减震装置和固定机架装置；
2.根据权利要求1所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述复合齿轮传动系统包括锥齿轮系、齿圈、过渡齿轮和终端齿轮；
3.根据权利要求2所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述过渡齿轮啮合包括不完全齿轮和直齿轮；所述不完全齿轮与所述齿圈啮合；所述直齿轮与所述终端齿轮啮合。
4.根据权利要求2所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述前端支撑连杆包括第一支撑连杆和第二支撑连杆；所述后端支撑连杆包括第三支撑连杆；所述第一支撑连杆固定在所述第一锥齿轮上；所述第二支撑连杆固定在所述第二锥齿轮上；所述第三支撑连杆固定在所述扭簧盘上。
5.根据权利要求4所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述第一支撑连杆与所述第二支撑连杆中间部分弯曲，形成“外八”支撑结构。
6.根据权利要求4所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述固定机
7.根据权利要求6所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述固定机架装置还包括固定块；所述固定块固定在所述第二桁架与所述第三桁架之间。
8.根据权利要求1所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，还设置有多个限位挡块，用于限定所述前端支撑连杆和所述后端支撑连杆在预定的范围内运动，以及防止在初始位置时发生空转。
9.根据权利要求1所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述前端支撑连杆和后端支撑连杆的末端均设置有突起。
10.一种机器人，其特征在于，设置有权利要求1-9任一项所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置。
...【技术特征摘要】
1.一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，包括足端机构、复合齿轮传动系统、储能及减震装置和固定机架装置；
2.根据权利要求1所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述复合齿轮传动系统包括锥齿轮系、齿圈、过渡齿轮和终端齿轮；
3.根据权利要求2所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述过渡齿轮啮合包括不完全齿轮和直齿轮；所述不完全齿轮与所述齿圈啮合；所述直齿轮与所述终端齿轮啮合。
4.根据权利要求2所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述前端支撑连杆包括第一支撑连杆和第二支撑连杆；所述后端支撑连杆包括第三支撑连杆；所述第一支撑连杆固定在所述第一锥齿轮上；所述第二支撑连杆固定在所述第二锥齿轮上；所述第三支撑连杆固定在所述扭簧盘上。
5.根据权利要求4所述的一种可适应非结构化环境的足底稳定装置，其特征在于，所述第一支撑连杆与所...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，芮超，冯邵江，张晗琦，王宁普，李研彪，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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