一种机器人的足端机构制造技术

本发明专利技术一种机器人的足端机构属于机器人相关技术领域，特别涉及一种多足步行机器人的足端机构，该机构能根据地面的具体情况进行调整，具有较好的灵活性和自适应性。足端机构由足端机械部分和测力部分组成，机械部分中采用球形关节组件实现任意方向大角度的灵活摆动和竖直方向上的旋转。采用橡胶圈作为减震装置，能有效降低落足时地面对足端的冲击。采用橡胶足垫实现防滑功能，橡胶足垫采用优化设计的花纹纹路，增大摩擦性能，提高机器人移动的稳定性，并可以根据不同的路面对橡胶足垫进行更换。测力部分中采用三向测力传感器对足端实时受力情况进行测量，了解移动过程中足端的受力变化。该足端机构简单灵活，功能性强，制造成本低。

Foot end mechanism of robot

The foot end mechanism of the invention is a kind of robot robot belongs to the technical field, in particular to a multi legged robot foot mechanism, the mechanism can be adjusted according to the specific situation of the ground, has good flexibility and adaptability. The foot end mechanism is composed of a mechanical part of the foot end and a force measuring part, wherein, the spherical joint component is used in the mechanical part to realize the flexible swing and the vertical rotation of the large angle in any direction. The rubber ring is used as a shock absorber, which can effectively reduce the impact of the foot when the foot falls. The rubber foot pad for anti-skid function, rubber foot pad by the optimized pattern lines, increase the friction performance, improve the stability of the mobile robot, and according to the different road to replace rubber foot pad. In the three part of the force to the force sensor to the foot end real-time stress measurement, understand the mobile terminal force change process midleg. The foot end mechanism is simple and flexible, the function is strong, and the manufacturing cost is low.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机器人
，具体涉及一种多足步行机器人的足端机构，该机构能根据地面的具体情况进行调整，具有较好的灵活性和自适应性。
技术介绍
机器人一般分为轮式机器人、履带式机器人和多足式机器人三类。在坚硬平整的路况上，轮式机器人和履带式机器人移动速度快，并具有较高的稳定性和持续性。然而在崎岖不平的山丘或沼泽等非理想的环境下，车轮和履带的作用将严重丧失，移动效率大大降低。相对于前两种运动方式的机器人，多足式机器人可通过离散的落足点跨越障碍、攀登阶梯、跋涉沼泽等，在复杂地貌上可以找到使机体稳定的支撑点，此外该类机器人还可以通过调节自身重心以免机体倾覆，具有较高的自适应性。近年来，由于多足机器人在行走环境适应性和灵活性方面突显出很强的优势而受到越来越多的关注和研究。美国波士顿动力研究公司开发的四足军用机器人“Big dog”，堪称足式机器人的典范。该机器人可在复杂的硬路面下实现站立、蹲下、行走、小跑、跳跃和越障等动作，但在一些松软路面下，该机器的球形足端因具有较小的接触面积而极易深陷其中，行走较为困难；日本东京工业大学的机器人之父Shigeo Hirose教授等人研制了一系列名为“TITAN”的多足机器人，其中第14代机器人可实现的最大载重为7吨，但足端采用的是十字结构，故只能在正交方向上实现摆动，而不能实现任意方向上的转动，自适应性不是很好。公布号为CN 102001370A,公布日为2011.04.06的专利技术专利《六足机器人的足端机构》中对六足机器人的足部机构进行了设计，在刚度较低的松软地面上，该足端机构具有较大的接触面积和较高的环境适应性，并可以根据实时状态进行参数调整，绕竖直方向转动性能较好，但在其他方向上摆动的灵活性一般。随着足式机器人作业环境对地貌等因素的要求不断提高，迫切需要设计一种可以同时适应不同地面，具有减震、防滑以及任意方向大角度转动等特殊功能的步行机器人足端机构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术难题是:克服现有技术的不足，针对目前多足机器人足端机构存在的自由度少，自适应性较差等问题，专利技术了一种新型的足端机构。该足端机构采用球形关节，结构简单具有较强的灵活性，可实现任意方向大角度的摆动和竖直方向上的旋转，适用于复杂的工况环境。足底脚垫与地面接触面积较大，提高了移动的稳定性并降低了对地压力。足底脚垫具有较好的纹理，增大了足端行走的摩擦力，使其具有一定的防滑功能。此外该足端机构具有橡胶减震器和三向测力传感器，前者可减少机器人行走过程中地面对足端的冲击，在各异的路面环境下具有较强的适应性，后者可以测量足端在移动过程中的受力情况，将实时的力信号传输给控制系统，以更好地调整机器人行走姿态。本专利技术采用的技术方案是:一种机器人的足端机构由足端机械部分和测力部分组成，其特征在于，所述的机械部分中采用球形关节组件实现任意方向大角度的灵活摆动和竖直方向上的旋转，采用橡胶圈作为减震装置，采用橡胶足垫实现防滑功能；所述的测力部分采用三向测力传感器对足端受力情况进行测量。在足端机械部分中，具有优化设计花纹纹路的橡胶足垫I直接硫化粘接至转接板2上，在转接板2上粘贴内圈隔振垫32，在足端底座3上粘贴外圈隔振垫7，将减震装置放入足端底座3的环形槽中。减震装置由两个无孔橡胶圈5、两个隔层钢片6、一个有孔橡胶圈9和八个附座10组成。最下方的无孔橡胶圈5被硫化粘接至足端底座3上，三个橡胶圈之间分别通过两个隔层钢片6硫化粘接连接，并将八个附座10分别硫化粘接至最上方的有孔橡胶圈9的八个均布孔中。轴套27与足部支架8过渡配合，并将下挡板29嵌入足端底座3中，通过四个下挡板连接螺栓28与足部支架8连接，螺塞31通过封油垫30与下挡板29螺纹连接。这时将转接板2与足端底座3通过12个足端底座连接螺栓4连接起来，将足部支架8通过八个附座连接螺栓11分别与减震装置中的八个附座10连接。球形关节组件由球头座26、球头杆14和球副挡盖12组成。其中球头座26由足部支架8承载，球头杆14与球头座26间隙配合，并在球头座26上开通油槽储存润滑脂，该润滑脂通过螺塞31处的螺纹孔由打油枪注入。球副挡盖12与球头座26预留一定的空间方便润滑脂的存储，并通过四个球副挡盖连接螺栓13与足部支架8连接。球头杆14通过卡槽与无销孔插圈16和有销孔插圈25啮合，八个球头杆连接螺栓15将无销孔插圈16、有销孔插圈25，上压板17和三向测力传感器18连接在一起，从而实现了足端机械部分与测力部分的连接。在足端测力部分中，三向测力传感器18、上压板17以及分别与球头杆14啮合的无销孔插圈16和有销孔插圈25通过八个球头杆连接螺栓15固接。转接盘20与三向测力传感器18通过环形均布的八个传感器连接螺栓33相连接，并在转接盘20、三向测力传感器18、上压板17和有孔插圈25上分别增加了一个定位销孔，将上销23和下销24与零件进行过盈配合。三向测力传感器18的信号线通过转接盘20的中心孔导出，并与外部信号采集处理器连接。足端机构利用四个转接盘连接螺栓19和四个螺母22将转接盘20与腿端法兰盘21相连接。本专利技术的有益效果是:多足步行机器人采用球形关节，结构简单且具有较高的灵活性，可以实现任意方向大角度的摆动和旋转，在复杂工况下的移动性能良好。足底与地面的有效接触面积较大，并采用优化的橡胶花纹结构，增大摩擦性能，提高机器人移动的稳定性。采用橡胶减震装置，能有效降低落足时地面对足端的冲击。此外该足端具有测力功能，能对足端实时受力情况进行反馈。附图说明图1是足端机构的结构剖视图，图2是足端机构的外观图。图中:1 一橡胶足垫，2一转接板，3一足端底座，4一足端底座连接螺栓，5一无孔橡胶圈，6—隔层钢片，7—外圈隔振垫，8—足部支架，9一有孔橡胶圈，10 —附座，11一附座连接螺栓，12—球副挡盖，13—球副挡盖连接螺栓，14 一球头杆，15—球头杆连接螺栓，16—无销孔插圈，17—球头杆上压板，18一二向测力传感器，19一转接盘连接螺检，20一转接盘，21 一腿端法兰盘，22一螺母，23一上销，24—下销，25—有销孔插圈，26—球头座，27—轴套，28—下挡板连接螺栓，29—下挡板，30—封油垫，31—螺塞，32—内圈隔振垫，33—传感器连接螺栓。具体实施例方式结合附图和技术方案详细说明本专利技术的具体实施方式:附图2是足端机构的外观图，图2中转接盘20与三向测力传感器18通过环形均布的8个螺钉33固接，并利用4个转接盘连接螺栓19和4个螺母22将转接盘20与腿端法兰盘21相连接。腿端法兰盘21以上的腿部机构作为动力的来源，带动足端机构的各方向运动，并且可以对不同用途的足端机构进行更换，而保证腿部机构不受干扰，实现了模块化设计。附图1是足端机构的结构剖视图，该足端机构由足端机械部分和测力部分组成，其中球头杆14及其以下零件是足端机构的机械部分，球头杆14以上是足端机构的测力部分。足端机械部分中为提高足端的防滑性能，对橡胶足垫I优化设计了几种摩擦性能较好的花纹纹路，将橡胶足垫I硫化粘接至转接板2上，并作为整体与足端底座3通过12个足端底座连接螺栓4连接起来，实现了橡胶足垫I花纹纹路的可更换性，可针对不同的软硬路面进行调整，提高了足端的自适应性。此外，在转接板2与足端底座3中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机器人的足端机构由足端机械部分和测力部分组成，其特征在于，所述的机械部分中采用球形关节组件实现任意方向大角度的灵活摆动和竖直方向上的旋转，采用橡胶圈作为减震装置，采用橡胶足垫实现防滑功能；所述的测力部分采用三向测力传感器对足端受力情况进行测量；在足端机械部分中，具有优化设计花纹纹路的橡胶足垫（1）直接硫化粘接至转接板（2）上，在转接板（2）上粘贴内圈隔振垫（32），在足端底座（3）上粘贴外圈隔振垫（7），将减震装置放入足端底座（3）的环形槽中；减震装置由两个无孔橡胶圈（5）、两个隔层钢片（6）、一个有孔橡胶圈（9）和八个附座（10）组成；最下方的无孔橡胶圈（5）被硫化粘接至足端底座（3）上，三个橡胶圈之间分别通过两个隔层钢片（6）硫化粘接连接，并将八个附座（10）分别硫化粘接至最上方的有孔橡胶圈（9）的八个均布孔中；轴套（27）与足部支架（8）过渡配合，并将下挡板（29）嵌入足端底座（3）中，通过四个下挡板连接螺栓（28）与足部支架（8）连接，螺塞（31）通过封油垫（30）与下挡板（29）螺纹连接；这时将转接板（2）与足端底座（3）通过12个足端底座连接螺栓（4）连接起来，将足部支架（8）通过八个附座连接螺栓（11）分别与减震装置中的八个附座（10）连接；球形关节组件由球头座（26）、球头杆（14）和球副挡盖（12）组成；其中球头座（26）由足部支架（8）承载，球头杆（14）与球头座（26）间隙配合，并在球头座（26）上开通油槽储存润滑脂，该润滑脂通过螺塞（31）处的螺纹孔由打油枪注入；球副挡盖（12）与球头座（26）预留一定的空间方便润滑脂的存储，并通过四个球副挡盖连接螺栓（13）与足部支架（8）连接；球头杆（14）通过卡槽与无销孔插圈（16）和有销孔插圈 （25）啮合，八个球头杆连接螺栓（15）将无销孔插圈（16）、有销孔插圈（25），上压板（17）和三向测力传感器（18）连接在一起，从而实现了足端机械部分与测力部分的连接；在足端测力部分中，三向测力传感器（18）、上压板（17）以及分别与球头杆（14）啮合的无销孔插圈（16）和有销孔插圈（25）通过八个球头杆连接螺栓（15）固接；转接盘（20）与三向测力传感器（18）通过环形均布的八个传感器连接螺栓（33）相连接，并在转接盘（20）、三向测力传感器（18）、上压板（17）和有孔插圈（25）上分别增加了一个定位销孔，将上销（23）和下销（24）与零件进行过盈配合；三向测力传感器（18）的信号线通过转接盘（20）的中心孔导出，并与外部信号采集处理器连接；足端机构利用四个转接盘连接螺栓（19）和四个螺母（22）将转接盘（20）与腿端法兰盘（21）相连接。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王福吉，贾振元，宁福达，李明星，马建伟，许强，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：