具有地形自适应能力的机器人脚装置的制作方法

本发明涉及一种具有地形自适应能力的腿式机器人脚装置，属于机器人技术领域。

背景技术：

目前，室内机器人技术已发展的比较成熟；但是野外机器人，由于需要在沼泽、沙漠等承载能力较差、地形比较复杂的软土环境下作业，所以相比室内机器人来言，野外机器人需要进一步研究机器人与地面直接接触的脚部装置，使之能够适应各种复杂的地形；目前野外机器人主要是采用履带式的脚部装置，虽然提高了机器人对各种复杂地形的适应能力，但是相比腿式机器人，履带式机器人存在较为笨重，灵活性较差等缺点；因而需要设计一种能够使得腿式机器人适应各种复杂地形的机器人脚装置。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，设计一种自适应腿式机器人脚装置，能够使得机器人自适应各种地形、改善脚底支撑环境以及提高机器人转向和行走的稳定性，使其能够在复杂的地形环境下高效、稳定的行走。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种自适应机器人脚装置，用于连接到机器人腿上，包括：

脚掌结构、脚踝结构以及脚趾结构；

所述脚掌结构包括上脚板和下脚板；所述下脚板上设有若干活塞孔；所述上脚板套装在下脚板的上部，内部是密闭腔体并充满液压油；

所述脚趾结构包括活塞、活塞杆、脚趾瓣和阻尼器；所述活塞插入下脚板的活塞孔中，所述活塞杆的顶部连接活塞，底部连接若干脚趾瓣，所述活塞杆能够沿着活塞孔往复运动，以实现脚趾结构相对于脚掌结构做伸缩运动，所述活塞杆、脚趾瓣和阻尼器两两铰接，所述每个脚趾瓣之间通过脚蹼相互粘接；

所述脚踝结构包括固定支架、气缸、脚踝壳以及脚踝芯；所述脚踝壳和固定支架固接在上脚板上，所述脚踝芯嵌套于脚踝壳内，所述脚踝壳上设置一个气缸孔一，所述脚踝芯设置若干气缸孔二；所述气缸一端连接在固定支架气缸上，另一端插入气缸孔一和气缸孔二中，气缸通过与脚踝壳和脚踝芯表面的气缸孔相配合来控制机器人的转向。

上述脚趾瓣上开有滤水孔，滤水孔中含有滤水网，可以排出脚趾结构下的水。

上述脚踝壳为碗状结构，上部设置一个柱孔，所述脚踝芯包括一个嵌套在脚踝壳内的碗状结构的芯座和柱状结构的芯杆，所述芯杆穿出柱孔。

上述脚踝芯的底部还设置一个弹性垫，脚踝芯能够局部压缩弹性垫，与脚掌结构发生一定角度的倾斜。

本发明所达到的有益效果：

通过上述结构形成的机器人脚，可以安装在机器人腿部，当其与地面接触后脚趾瓣受力打开阻尼器阻止其打开，可以限制土壤的流动，起到固土的作用，活塞杆受力沿着活塞孔收缩，挤压液压油，液压油挤压受力较小或未受力的活塞杆，使之伸出，以适应各种地形，脚掌下的水会从滤水孔中排出，从而起到改善脚底的支撑环境的作用；当脚掌发生倾斜时，脚踝芯会局部压缩弹性垫使得机器人保持竖直的姿态，以提高行走的稳定性；当需转向时气缸缩回，此时脚踝芯可以相对脚踝壳轴向旋转，旋转完成后气缸伸出限制脚踝芯相对于脚踝壳的轴向转动，转动过程中机器人脚装置不需离开地面，能够提高机器人转动过程中的稳定性。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是脚掌结构的立体装配分解示意图；

图3是脚踝结构的立体装配分解示意图；

图4是脚趾结构的立体结构示意图。

其中，1-脚掌结构，2-脚踝结构，3-脚趾结构，101-上脚板，102-下脚板，103-活塞孔，201-固定支架，202-气缸，203-脚踝壳， 204-脚踝芯，204-1-芯座，204-2-芯杆，205-弹性垫，206-气缸孔一，207-气缸孔二，208-柱孔，301-活塞，302-活塞杆，303-脚趾瓣，304-阻尼器，305-脚蹼，306-滤水孔，307-滤水网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，一种自适应机器人脚装置，用于连接到机器人腿上，包括：

包括脚掌结构1、脚踝结构2以及脚趾结构3；

如图2所示，脚掌结构1包括上脚板101和下脚板102；下脚板102上设有若干活塞孔103；上脚板101套装在下脚板102的上部，内部是密闭腔体并充满液压油；

如图4所示，脚趾结构3包括活塞301、活塞杆302、脚趾瓣303和阻尼器304；活塞301插入下脚板102的活塞孔103中，活塞杆302的顶部连接活塞301，底部连接若干脚趾瓣303，活塞杆302能够沿着活塞孔103往复运动，以实现脚趾结构3相对于脚掌结构1做伸缩运动，活塞杆302、脚趾瓣303和阻尼器304两两铰接，每个脚趾瓣303之间通过脚蹼305相互粘接；

如图3所示，脚踝结构2包括固定支架201、气缸202、脚踝壳203以及脚踝芯204；脚踝壳203和固定支架201固接在上脚板101上，脚踝芯204嵌套于脚踝壳203内，芯杆204-2直接于机器人腿部固接，脚踝壳203上设置一个气缸孔一206，脚踝芯204设置若干气缸孔二207；气缸202一端连接在固定支架气缸202上，另一端插入气缸孔一206和气缸孔二207中，气缸202通过与脚踝壳203和脚踝芯204表面的气缸孔相配合来控制机器人的转向，转向时气缸202首先收缩，机器人腿带动脚踝芯204转动，转向完成后气缸202伸张，穿过气缸孔一206和气缸孔二207，以限制脚踝芯204相对脚踝壳203的转动。

上述脚趾瓣303上开有滤水孔306，滤水孔中含有滤水网307，可以排出脚趾结构3下的水。

上述脚踝壳203为碗状结构，上部设置一个柱孔208，脚踝芯204包括一个嵌套在脚踝壳203内的碗状结构的芯座204-1和柱状结构的芯杆204-2，芯杆204-2穿出柱孔208。

上述脚踝芯204的底部还设置一个弹性垫205，脚踝芯204能够局部压缩弹性垫205与脚掌结构1发生一定角度的倾斜。

当脚趾结构3与地面接触，脚趾瓣303受力伸展开，阻尼器304阻碍脚趾瓣303的打开，活塞杆302受力沿活塞孔103收缩挤压脚掌结构1内部密封空间的液压油，液压油向受力较小或未受力的活塞301流动，使得此处的脚趾结构向外伸展，分散受力，脚趾瓣303表面开有滤水孔306，内含滤水网307，可以排除脚趾结构3下的水；当脚掌结构1受力倾斜时，脚踝芯204局部压缩弹性垫205，可以使得脚踝芯204保持竖直，当需要转向时，气缸202收缩，脚踝芯204相对脚踝壳203轴向旋转，转向完成后，气缸伸展，重新限制脚踝芯204相对脚踝壳203的相对轴向转动。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。