一种适应复杂地形的机器人足部机构的制作方法

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种适应复杂地形的机器人足部机构。

背景技术：

近年来，机器人工程成为一门新兴的综合性学科，它是集电子工程、机械工程、材料工程、计算机工程、自动化与控制工程等多门学科的最新研究成果，是目前非常活跃的研究领域之一。直立行走解放双手，如果未来的机器人能适应人类的生活环境服务人类，那么仿人行走机器人的行走问题至关重要。

目前，国内外对双足机器人的研究，一般足部机构被简化为由踝关节驱动的简单的平板。简化的足部结构在限制机器人足部关节自由度的同时缺失了大部分人类足部的正常机能。

而且，为了适应复杂的地面状态，就需要实现人类踝关节的两个旋转自由度。如专利201310755959.1所示。作为人体行走运动中唯一与地面接触的部位，足部的结构起到很重要的作用。因此，本专利提出一种全新的足部结构适应复杂地形，对于机器人领域的研究发展具有重要的价值。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种适应复杂地形的机器人足部机构，能够适应复杂地形，提高行走的稳定性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种适应复杂地形的机器人足部机构，包括脚踝组件与拟脚板组件，所述脚踝组件包括踝关节1、旋转件2、u型件3以及编码器4，所述旋转件2与所述踝关节1旋转配合连接，构成转动副机构，所述u型件3与所述旋转件2固定连接，所述编码器4固装在踝关节1上，且与所述u型件3配合连接；所述拟脚板组件包括碳纤管5、趾环6以及垫圈7，所述趾环6固定安装在碳纤管5前后端，所述垫圈7固定安装在趾环底部。

进一步地，所述足部前后各有两个端点，可以实现与任意平面上的三点接触，接触面为三个接触点构成的三角形。

进一步地，所述垫圈与地面接触，可以实现拟人足部柔性脚掌，适应一些较小的凹凸地面。

进一步地，所述编码器分别检测两个旋转机构的旋转角度，可以实时检测感知地面的基本情况。

本发明还提出了一种适应复杂地形的机器人足部机构的控制方法，包括平地、上下坡以及凹凸路面上的情况，其中为左侧旋转机构的旋转角度，为右侧旋转机构的旋转角度；

1）平地：旋转机构两边角度保持一致,，且与地面水平；

2）上下坡路面：旋转机构两边角度保持一致，根据路面倾斜角度实时调整旋转角度；

3）凹凸路面：旋转机构两边角度形成角度差，,根据路面倾斜角度调整旋转机构的旋转角度。

本发明的有益效果在于：本发明的一种适应复杂地形的机器人足部机构，巧妙的将两个共面的旋转自由度组合实现了全新的足部机构，解决了平板足部与不平地面接触问题，有效增加了机器人足部与不平地面的接触面积，进而增加了足式机器人的行走稳定性。同时，该机构具有简单、轻量同时能承受大负载的设计特点。

附图说明

图1为本发明的足部结构示意图。

图2为本发明的踝关节旋转机构示意图。

图3为本发明平地足部状态示意图。

图4为本发明上下坡路面足部状态示意图。

图5为本发明凹凸路面足部状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明一种适应复杂地形的机器人足部机构，包括脚踝1，与脚踝旋转连接的旋转件2，与旋转件连接的u型件4，脚踝内置编码器5，编码器与u型件连接，且轴线与u型件垂直，编码器实时检测旋转机构旋转角度，感知地面的基本地形。

本实施例的碳纤管6与旋转件2连接，碳纤管6的前后端对称固装有一趾环7，所述趾环的下端固装有垫圈8，采用垫圈作为减震装置，能有效降低落地冲击的同时，也可以适应较小的凹凸障碍路面。将垫圈看作足部的前后的四个点，足部可以实现与任意平面上的三点接触，接触面为三个接触点构成的三角形。

本实施例的足部机构底部四个点分别通过弹簧与小腿连接，即为零自由度的被动足部。

本实施例的足部机构通过传动或驱动装置控制两个旋转机构的精确角度，即为全自由度的主动足部。

本实施例的控制方法包括平地、上下坡以及凹凸路面上的情况，其中为左侧旋转机构的旋转角度，为右侧旋转机构的旋转角度；

1）平地：旋转机构两边角度保持一致,，且与地面水平；

2）上下坡路面：旋转机构两边角度保持一致，根据路面倾斜角度实时调整旋转角度；

3）凹凸路面：旋转机构两边角度形成角度差，,根据路面倾斜角度调整旋转机构的旋转角度。

本实施例的一种适应复杂地形的机器人足部机构，巧妙的将两个共面的旋转自由度组合实现了全新的足部结构，解决了平板足部与不平地面接触问题，有效增加了机器人足部与不平地面的接触面积，进而增加足式机器人的行走稳定性。同时，该机构具有简单、轻量同时能承受大负载的设计特点。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明的基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。