高频串联仿人四自由度机械足的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明主要涉及仿人机器人领域，特指一种高频串联仿人四自由度机械足。
【背景技术】
[0002]当前仿人机器人的研究受到普遍的关注，并成为智能机器人领域中最为活跃的热点之一。与传统的机器人相比，仿人机器人的动作与人类动作最为接近，也更能适应人类日常生活环境。在仿人机器人结构中，机械足的设计尤为重要，这是因为仿人机器人在行走过程中，不仅要模仿人足的运动过程，而且还是模拟出人类的快速行走。现有技术的机械足虽然实现了行走过程，但仍然存在着一定的缺点:自由度偏少和无法实现快速高频行走。因此，设计一种能够快速行走的四个自由度的机械足具有一定的价值。
【发明内容】
[0003]本发明需解决的技术问题是:针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构合理、仿人效果更好、具有四个自由度和高频运动特性、串联模式的仿人机器人足。
[0004]为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为:一种高频串联仿人四自由度机械足，它包括跗骨板、跖骨板、脚趾、连接所述跗骨板与机械小腿的踝关节、连接所述跗骨板与所述跖骨板的跗骨关节、连接所述跖骨板与所述脚趾的趾关节。
[0005]所述踝关节包括装设于所述跗骨板上的踝齿轮轴A、踝齿轮轴B和U型架A，装设于所述U型架A上的电机A，装设有所述踝齿轮轴A的踝转轴，连接所述机械小腿与轴承架的螺栓，输出轴与所述踝转轴相连的电机D;所述踝齿轮轴A垂直于所述踝转轴;所述电机A的输出轴与所述踝齿轮轴B的一端相连;所述踝齿轮轴A与所述踝齿轮轴B相啮合传动。
[0006]所述跗骨关节包括装设于所述跗骨板上的跗骨齿轮轴A和跗骨齿轮轴B、装设于所述U型架B上的电机B;所述跗骨齿轮轴A与所述跗骨齿轮轴B相啮合传动，所述电机B的输出轴与所述跗骨齿轮轴A的一端相连。
[0007]所述趾关节包括装设于所述跖骨板上的趾齿轮轴A和趾齿轮轴B、装设于所述跖骨板上的U型架C、装设于所述U型架C上的电机C;所述电机C的输出轴与所述趾齿轮轴A的一端相连;所述趾齿轮轴A与所述趾齿轮轴B相啮合;所述脚趾装设于所述趾齿轮轴B上，所述跖骨板装设于所述跗骨齿轮轴B上，所述踝齿轮轴A垂直装设于所述踝转轴上;所述趾齿轮轴A的齿轮半径等于所述趾齿轮轴B的齿轮半径的三倍;所述跗骨齿轮轴A的齿轮半径等于所述跗骨齿轮轴B齿轮半径的四倍;所述踝齿轮轴B的齿轮半径等于所述踝齿轮轴A的齿轮半径的四倍。
[0008]本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果:
[0009](I)本发明的高频串联仿人四自由度机械足，设有四个电机，控制四个自由度的运动，能够高度模仿人足行走时的运动姿态。
[0010](2)本发明的高频串联仿人四自由度机械足，还设有三组包含齿轮的齿轮轴，通过齿轮轴的增速运动，实现高频响应特征。由此可知，本发明结构合理、仿人效果更好、具有四个自由度和高频运动特性。
【附图说明】
[0011]图1是本发明的高频串联仿人四自由度机械足的结构剖视图。
[0012]图2是本发明的踝关节结构原理示意图。
[0013]图中，I一机械小腿;2—附骨板;3—妬骨板;4一脚I?止;50—踝齿轮轴A;51—踝齿轮轴B ； 52—U型架A ； 53—电机A ； 60—踝转轴;61 —轴承架;62—螺栓;63—电机D ； 70—跗骨齿轮轴A; 71—跗骨齿轮轴B; 72—U型架B; 73—电机B; 80—趾齿轮轴A; 81—趾齿轮轴B; 82—U型架C; 83—电机C; 9 一轴承。
【具体实施方式】
[0014]以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0015]参见图1和图2所示，本发明的高频串联仿人四自由度机械足，包括跗骨板2、跖骨板3、脚趾4、连接跗骨板2与机械小腿I的踝关节、连接跗骨板2与跖骨板3的跗骨关节、连接跖骨板3与脚趾4的趾关节。
[0016]参见图1和图2所示，踝关节包括装设于跗骨板2上的踝齿轮轴A50、踝齿轮轴B51和U型架A52，装设于U型架A52上的电机A53，装设有踝齿轮轴A50的踝转轴60，连接机械小腿I与轴承架61的螺栓62，输出轴与踝转轴60相连的电机D63;踝齿轮轴A50垂直于踝转轴60;电机A53的输出轴与踝齿轮轴B51的一端相连;踝齿轮轴A50与踝齿轮轴B51相啮合传动。
[0017]参见图1和图2所示，跗骨关节包括装设于跗骨板2上的跗骨齿轮轴A70和跗骨齿轮轴B71、装设于U型架B72上的电机B73;跗骨齿轮轴A70与跗骨齿轮轴B71相啮合传动，电机B73的输出轴与跗骨齿轮轴A70的一端相连。
[0018]参见图1和图2所示，祉关节包括装设于妬骨板3上的祉齿轮轴A80和祉齿轮轴B81、装设于跖骨板3上的U型架C82、装设于U型架C82上的电机C83;电机C83的输出轴与趾齿轮轴A80的一端相连;趾齿轮轴A80与趾齿轮轴B81相啮合;脚趾4装设于趾齿轮轴B81上，跖骨板3装设于跗骨齿轮轴B71上，踝齿轮轴A50垂直装设于踝转轴60上;趾齿轮轴A80的齿轮半径等于趾齿轮轴B81的齿轮半径的三倍;跗骨齿轮轴A70的齿轮半径等于跗骨齿轮轴B71齿轮半径的四倍;踝齿轮轴B51的齿轮半径等于踝齿轮轴A50的齿轮半径的四倍。
[0019]工作原理:工作原理:电机A53带动踝齿轮轴B51转动，并通过踝齿轮轴A50带动机械小腿I相对于跗骨板2转动；电机B73带动跗骨齿轮轴A70转动，进而带动跗骨齿轮轴B71和跗骨板2转动；电机C83带动趾齿轮轴A80转动，并通过趾齿轮轴B81带动脚趾4运动；电机D63带动踝转轴60转动，进而带动机械小腿I绕自身轴线转动。
【主权项】
1.高频串联仿人四自由度机械足，其特征在于:包括跗骨板(2)、跖骨板(3)、脚趾(4)、连接所述跗骨板(2)与机械小腿(I)的踝关节、连接所述跗骨板(2)与所述跖骨板(3)的跗骨关节、连接所述跖骨板(3)与所述脚趾(4)的趾关节;所述踝关节包括装设于所述跗骨板(2)上的踝齿轮轴A(50)、踝齿轮轴B(51)和U型架A(52)，装设于所述U型架A(52)上的电机A(53),装设有所述踝齿轮轴A (50)的踝转轴(60)，连接所述机械小腿(I)与轴承架(61)的螺栓(62)，输出轴与所述踝转轴(60)相连的电机D(63);所述踝齿轮轴A(50)垂直于所述踝转轴(60);所述电机A(53)的输出轴与所述踝齿轮轴B(51)的一端相连;所述踝齿轮轴A(50)与所述踝齿轮轴B(51)相啮合传动;所述跗骨关节包括装设于所述跗骨板(2)上的跗骨齿轮轴A(70)和跗骨齿轮轴B(71)、装设于所述U型架B(72)上的电机B(73);所述跗骨齿轮轴A(70)与所述跗骨齿轮轴B(71)相啮合传动，所述电机B(73)的输出轴与所述跗骨齿轮轴A(70)的一端相连;所述趾关节包括装设于所述跖骨板(3)上的趾齿轮轴A(SO)和趾齿轮轴B(81)、装设于所述跖骨板(3)上的U型架C(82)、装设于所述U型架C(82)上的电机C(83);所述电机C(83)的输出轴与所述趾齿轮轴A(80)的一端相连；所述趾齿轮轴A(80)与所述趾齿轮轴B(81)相啮合;所述脚趾(4)装设于所述趾齿轮轴B(Sl)上，所述跖骨板(3)装设于所述跗骨齿轮轴B(71)上，所述踝齿轮轴A(50)垂直装设于所述踝转轴(60)上;所述趾齿轮轴A(SO)的齿轮半径等于所述趾齿轮轴B(Sl)的齿轮半径的三倍，所述跗骨齿轮轴A(70)的齿轮半径等于所述跗骨齿轮轴B(71)齿轮半径的四倍，所述踝齿轮轴B(51)的齿轮半径等于所述踝齿轮轴A(50)的齿轮半径的四倍。
【专利摘要】本发明公开了一种高频串联仿人四自由度机械足，属于仿人机器人领域。它包括跗骨板、跖骨板、脚趾、连接跗骨板与机械小腿的踝关节、连接跗骨板与跖骨板的跗骨关节、连接跖骨板与脚趾的趾关节；踝关节包括踝齿轮轴A、踝齿轮轴B、U型架A、电机A、踝转轴、轴承架、螺栓和电机D；踝齿轮轴A垂直于踝转轴；跗骨关节包括跗骨齿轮轴A、跗骨齿轮轴B和电机B；跗骨齿轮轴A与跗骨齿轮轴B相啮合传动，电机B的输出轴与跗骨齿轮轴A的一端相连；趾关节包括趾齿轮轴A、趾齿轮轴B、U型架C和电机C。本发明是一种结构合理、仿人效果更好、具有四个自由度和高频运动特性、串联模式的仿人机器人足。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105564531
【申请号】CN201610094140
【发明人】班书昊, 蒋学东, 李晓艳, 何云松, 席仁强, 徐然
【申请人】常州大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年2月19日