仿生足部的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体地来说，是一种仿生足部。

背景技术：

随着机器人技术的快速发展，人们对于机器人的功能要求一再增加，不再满足于传统的笨拙概念。为此，需要机器人的各个部件具有高度的仿生性能，以高度模拟人类或动物的多关节灵活运动。

在机器人技术中，机器人足部是一种关键的结构部，用于支撑并执行机器人的移动与转动。传统的机器人足部功能十分单一，无法满足机器人的灵活运动需要。特别是高仿生的四足机器人应用中，机器人足部需要经常面对复杂的地形，对其的运动平稳性与灵活性提出了很高要求，必须具有前摆与侧摆的旋转支撑能力。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种仿生足部，具有前摆与侧摆的旋转支撑能力，运动灵活平稳。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种仿生足部，具有：

支撑底座，其具有半圆柱结构，所述半圆柱结构的轴平面上具有第一开口，所述第一开口与所述半圆柱结构的两端端面相交而成相对的两处侧向开口与连接所述侧向开口的承载侧壁，所述第一开口的中心处设有旋转轴孔；

踝关节，其可旋转地保持于所述第一开口与所述旋转轴孔内，所述踝关节的侧面具有用于驱动所述支撑底座旋转的驱动部，所述驱动部可旋转地保持于所述侧向开口而接近所述承载侧壁。

作为上述技术方案的改进，所述旋转轴孔的中心处具有定位轴，所述踝关节具有定位轴孔，所述定位轴套设于所述定位轴孔内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转轴孔具有圆台孔结构，所述圆台孔的大端位于所述旋转轴孔接近所述踝关节的一端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述踝关节包括小腿连接部与设于所述小腿连接部上的旋转轴部：

所述小腿连接部用于连接机器人小腿，所述旋转轴部中心处具有所述定位轴孔，所述旋转轴部可旋转地保持于所述旋转轴孔内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转轴部具有一体连接的定位端与旋转轴：

所述定位端用于连接所述小腿连接部，并具有所述驱动部，所述定位端可旋转地保持于所述第一开口内，所述旋转轴可旋转地保持于所述旋转轴孔内。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转轴孔具有圆台孔结构，所述旋转轴具有圆台结构，所述旋转轴孔与所述旋转轴之间具有间隙量不大于2mm的间隙配合。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定位轴为具有第一轴段与第二轴段的二级阶梯轴：

所述第二轴段设于所述第一轴段上，所述第一轴段与所述定位轴孔之间设有圆锥滚子轴承，所述第二轴段与所述定位轴孔之间设有推力滚针轴承。

作为上述技术方案的进一步改进，所述定位轴孔包括保持连通的第一定位轴孔与第二定位轴孔：

所述第一定位轴孔设于所述旋转轴内，并设有所述圆锥滚子轴承；

所述第二定位轴孔设于所述定位端内，并设有所述推力滚针轴承，所述推力滚针轴承远离所述支撑底座的一端设有用于压紧所述推力滚针轴承的轴承压盖。

作为上述技术方案的进一步改进，所述半圆柱结构的圆弧侧面具有多个支撑爪部，所述支撑爪部为于所述圆弧侧面经去除材料而成。

作为上述技术方案的进一步改进，所述半圆柱结构的圆弧侧面还设有用于包裹所述支撑爪部的缓冲外壳，所述缓冲外壳远离所述支撑爪部的一侧为弧形表面，所述缓冲外壳接近所述支撑爪部的一侧具有用于与所述支撑爪部扣合的扣接部，所述半圆柱结构的两端端面设有用于压紧所述缓冲外壳的外壳压板。

本发明的有益效果是：

(1)具有支撑底座，支撑底座具有半圆柱结构，以半圆柱结构的圆弧侧面支撑于地面连接，由此，在机器人下肢的前后摆动中，仿生足部可沿圆弧侧面而倾斜，及时调整至理想的支撑角度，使机器人特别是四足机器人的前后移动平稳；

(2)具有可旋转地保持于支撑底座上的踝关节，在机器人下肢的侧向摆动中，踝关节可及时旋转并带动支撑底座转向，仿生足部可迅速调整至侧摆对应的角度，提供较佳的支撑，从而实现机器人特别是四足机器人的左右转动。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例1提供的仿生足部的整体示意图；

图2是本发明实施例1提供的仿生足部的第一局部分解示意图；

图3是本发明实施例1提供的仿生足部的支撑底座的结构示意图；

图4是本发明实施例1提供的仿生足部的第二局部分解示意图；

图5是本发明实施例1提供的仿生足部的第三局部分解示意图；

图6是本发明实施例1提供的仿生足部的旋转轴部的结构示意图；

图7是本发明实施例1提供的仿生足部的旋转轴部的剖视结构示意图。

主要元件符号说明：

1000-仿生足部，0100-支撑底座，0110-半圆柱结构，0111-轴平面，0112-第一端面，0113-第二端面，0114-圆弧侧面，0120-第一开口，0121-侧向开口，0130-承载侧壁，0140-旋转轴孔，0150-定位轴，0151-第一轴段，0152-第二轴段，0160-支撑爪部，0200-踝关节，0210-小腿连接部，0220-旋转轴部，0221-定位端，0221a-驱动部，0222-旋转轴，0230-定位轴孔，0231-第一定位轴孔，0232-第二定位轴孔，0300-圆锥滚子轴承，0400-推力滚针轴承，0500-轴承压盖，0600-缓冲外壳，0700-外壳压板。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对仿生足部进行更全面的描述。附图中给出了仿生足部的优选实施例。但是，仿生足部可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对仿生足部的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在仿生足部的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～3，仿生足部1000具有支撑底座0100。支撑底座0100具有半圆柱结构0110，具体地，半圆柱结构0110，是指由平面半圆沿其平面法向延伸扫描而成的柱状体。半圆柱结构0110具有轴平面0111、第一端面0112、第二端面0113与圆弧侧面0114，其中，轴平面0111是指平面半圆的直径沿平面法向延伸而成的平面。

半圆柱结构0110的轴平面0111上具有第一开口0120，第一开口0120可以是多种结构形式，在本实施例中，第一开口0120优选为圆孔。在另一个实施例中，第一开口0120还可以是圆台孔等其他形状。

第一开口0120与半圆柱结构0110的两端端面相交而成相对的两处侧向开口0121与连接侧向开口0121的承载侧壁0130。具体地，侧向开口0121分别位于第一端面0112与第二端面0113上，并经由位于分居两侧的承载侧壁0130而连接。亦即，第一开口0120的圆周形状于侧向开口0121处发生断裂，而不具有完整圆周。

第一开口0120的中心处设有旋转轴孔0140。具体地，第一开口0120与旋转轴孔0140形成一阶梯孔结构，并具有共轴关系。第一开口0120与旋转轴孔0140的连接处具有一台阶平面，可用于实现平面支撑。

旋转轴孔0140可具有多种孔结构形状，以适应不同的使用环境。在本实施例中，优选地，旋转轴孔0140具有圆台孔结构，圆台孔的大端位于旋转轴孔0140接近踝关节0200的一端。

具体地，圆台孔结构是指，旋转轴孔0140的孔壁具有圆台形状。其中，圆台是指以一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，所截得的底面与截面之间的部分。圆台孔两端中，孔径较大的一端为大端，孔径较小的一端为小端。换言之，旋转轴孔0140自第一开口0120向圆弧侧面0114而具有孔径连续递减的特性。

优选地，旋转轴孔0140的中心处具有定位轴0150，用于实现旋转件的轴向定位。具体地，定位轴0150自旋转轴孔0140的底部而向外延伸，并与旋转轴孔0140具有共轴关系，从而于旋转轴孔0140内形成环形孔状结构。

优选地，定位轴0150为具有第一轴段0151与第二轴段0152的二级阶梯轴。其中，第二轴段0152设于第一轴段0151，且第二轴段0152的轴径小于第一轴段0151，以二级阶梯轴的结构而提高孔轴之间的连接便利性，且使定位轴0150具有较佳的结构强度。

第一轴段0151与第二轴段0152的位置关系依实际需要决定，在本实施例中，优选地，第一轴段0151与第二轴段0152具有共轴关系，实现共轴旋转而避免偏心力矩的结构破坏。

优选地，半圆柱结构0110的圆弧侧面0114具有多个支撑爪部0160，支撑爪部0160为于圆弧侧面0114经去除材料而成。

具体地，在本实施例中，沿圆弧侧面0114分布有三组支撑爪部0160。在一组支撑爪部0160中，各个爪部之间沿平行于半圆柱结构0110的轴向的方向分布，并可具有相同或不同的宽度尺寸。进一步，各个爪部于圆弧侧面0114上，经沿半圆柱结构0110的轴向或径向而去除材料，从而形成具有间隙的空间结构。

进一步优选，半圆柱结构0110的圆弧侧面0114还设有用于包裹支撑爪部0160的缓冲外壳0600，缓冲外壳0600远离支撑爪部0160的一侧为弧形表面，缓冲外壳0600接近支撑爪部0160的一侧具有用于与支撑爪部0160扣合的扣接部。

具体地，缓冲外壳0600的弧形表面为规则平整表面，也可经磨砂等表面处理，以适应不同的使用场合。扣接部与支撑爪部0160的结构相适应，二者扣合而成一严密可靠的连接结构。缓冲外壳0600的材料可以是多种，例如是橡胶、耐磨硅胶等具有缓冲与支撑能力的材料类型。由此，缓冲外壳0600为支撑爪部0160提供良好的保护与缓冲，改善仿生足部1000的使用寿命。

进一步地，半圆柱结构0110的两端端面设有用于压紧缓冲外壳0600的外壳压板0700。

请结合参阅图1与图4～7，仿生足部1000还具有踝关节0200。踝关节0200可旋转地保持于第一开口0120与旋转轴孔0140内，踝关节0200的侧面具有用于驱动支撑底座0100旋转的驱动部0221a，驱动部0221a可旋转地保持于侧向开口0121而接近承载侧壁0130。

具体地，踝关节0200一端连接机器人小腿，另一端可旋转地保持于支撑底座0100上。驱动部0221a可以是自踝关节0200的侧面向外延伸的凸起结构，于旋转过程中可与承载侧壁0130发生机械接触。

当机器人小腿发生侧摆时，踝关节0200受其驱动而同步旋转。驱动部0221a随踝关节0200的旋转而旋转，并逐渐接近承载侧壁0130。当驱动部0221a与承载侧壁0130发生接触时，驱动部0221a对承载侧壁0130施加作用力，而使承载侧壁0130所在的支撑底座0100随即发生旋转，从而实现仿生足部1000的侧摆转向功能。

在一个示范性的实施例中，驱动部0221a的尺寸小于侧向开口0121的开口宽度，使驱动部0221a可旋转地保持于侧向开口0121而具有一定的自由旋转空间。在此，踝关节0200相对于支撑底座0100具有一定的自由旋转空间，踝关节0200具有可调整的旋转自由度，提供踝关节0200与支撑底座0100之间的旋转调整空间，使仿生足部1000更为灵活。

优选地，踝关节0200包括小腿连接部0210与设于小腿连接部0210上的旋转轴部0220。小腿连接部0210用于连接机器人小腿，而使踝关节0200具有与机器人小腿同步的运动状态。旋转轴部0220的中心处具有定位轴孔0230，旋转轴部0220可旋转地保持于旋转轴孔0140内。

进一步优选，旋转轴部0220具有一体连接的定位端0221与旋转轴0222。所谓一体连接，是指定位端0221与旋转轴0222之间具有一体的运动特性，其连接形式可以是可拆卸的固定连接，也可以是不可拆卸的一体成型或焊接结构。

其中，定位端0221用于连接小腿连接部0210，并具有驱动部0221a，定位端0221可旋转地保持于第一开口0120内。具体地，在一个示范性的实施例中，定位端0221具有圆盘状结构，自其圆周侧面而具有相对布置的两处驱动部0221a。

旋转轴0222可旋转地保持于旋转轴孔0140内，可具有多种轴结构形式，并与旋转轴孔0140的结构形式匹配。在本实施例中，优选地，旋转轴0222具有圆台结构，以匹配旋转轴孔0140的圆台孔结构。进一步地，旋转轴孔0140与旋转轴0222之间具有间隙量不大于2mm的间隙配合，使二者之间的旋转运动更为平顺。

进一步优选，定位轴孔0230包括保持连通的第一定位轴孔0231与第二定位轴孔0232。在本实施例中，第一定位轴孔0231与第二定位轴孔0232之间并设有隔板，隔板上设有用于连通第一定位轴孔0231与第二定位轴孔0232的贯通孔，且贯通孔可供定位轴0150通过而穿出于第二定位轴孔0232内。

其中，第一定位轴孔0231设于旋转轴0222内，并设有承载轴承。承载轴承可以是多种类型，优选地，承载轴承为圆锥滚子轴承0300。具体于本实施例中，由于定位轴0150具有第一轴段0151与第二轴段0152，第一轴段0151与定位轴孔0230之间设有圆锥滚子轴承0300，以匹配定位轴0150的结构而取得更佳的承载效果。

其中，圆锥滚子轴承0300属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥形滚道，更为贴合旋转轴0222的圆台结构。换言之，具有圆台结构的旋转轴0222，沿其轴向具有锥形结构，而与圆锥滚子轴承0300具有更佳的配合效果。进一步地，旋转轴0222的锥度与圆锥滚子轴承0300的滚道锥度一致。

第二定位轴孔0232设于定位端0221内，并设有承载轴承。在此，优选地，承载轴承为推力滚针轴承0400。其中，推力滚针轴承0400具有止推作用，可承受轴向载荷，且采用滚针作为滚动体可进一步压缩径向尺寸，使结构更为紧凑。

具体在本实施例中，推力滚针轴承0400设于第二轴段0152与定位轴孔0230之间。进一步地，推力滚针轴承0400远离支撑底座0100的一端设有用于压紧推力滚针轴承0400的轴承压盖0500。轴承压盖0500用于轴向压紧推力滚针轴承0400，防止推力滚针轴承0400发生轴向窜动。

更具体地，定位轴0150上设有沿其轴向的螺纹连接孔，轴承压盖0500上设有沉头孔，螺纹紧固件穿过沉头孔而锁紧于螺纹连接孔内，使轴承压盖0500、推力滚针轴承0400与定位轴0150轴向固定。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。