一种具有地面适应性的机械腿的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于仿生机器人技术领域，具体涉及一种具有地面适应性的机械腿。
【背景技术】
[0002]机器人运动的方式包括足式，轮式和履带式。轮式机器人和履带式机器人不能做出复杂的动作，对复杂地形的适应能力差。而近年来，随着人类对太空探测、深海资源开发的迫切需求以及对受灾地区现场搜救、辐射极限环境下的作业和军事侦查的智能机械的广泛需求，足式仿生机器人得以快速发展。
[0003]目前仿生机器人的机械腿较复杂，生产成本高且不易控制，运动时与地面的冲击较大，防滑性能低，而且缺乏对脚力检测和实时控制。
【发明内容】
[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是，提供一种具有地面适应性的机械腿，解决了机械腿与地面的冲击和打滑问题，并且结构简单易于控制。
[0005]为了实现上述任务，本实用新型采用以下技术方案:
[0006]—种具有地面适应性的机械腿，包括足端、支撑部与连接部，所述的支撑部采用关节式结构，包括活动式连接的两部分，其中一部分包括用于安装舵机的连接板，另一部分包括减震器；在减震器与所述的足端之间设置有三维力传感器，所述的连接部与支撑部活动式连接。
[0007]进一步地，所述的连接板的两端各自安装一个舵机，分别为第一舵机和第二舵机，第一舵机通过第一连接件与减震器连接，第二舵机通过第二连接件与连接部连接。
[0008]进一步地，所述的减震器包括有底面、无顶面的壳体，壳体底部通过第二支柱连接在所述的三维力传感器上，三维力传感器通过第一支柱与所述的足端连接；壳体内部设置有弹簧，壳体顶部、弹簧均与第一连接件连接，其中壳体顶部与第一连接件之间为活动式连接。
[0009]进一步地，所述的第一连接件包括带有中心孔的第一安装板，在连接板上设置有与第一安装板配合的第一法兰盘，法兰盘由第一舵机控制。
[0010]进一步地，所述的第二连接件包括带有中心孔的第二安装板，在连接板上设置有与第二安装板配合的第二法兰盘，第二法兰盘由第二舵机控制。
[0011]进一步地，所述的足端为半圆柱状，足端的弧面上分布有多条沿足端径向、周向交错分布的沟槽，这些沟槽将足端的弧面划分为多个块状区域。
[0012]进一步地，所述的连接部中设置有第三舵机。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是:
[0014]本实用新型采用仿生学结构设计，与人体腿部各功能部位相对应，使该机械腿能更大程度地模拟人腿部的运动方式。由于各关节采用舵机控制，结构简单，易于控制；在腿部结构上加入的三维力传感器，使机器人可以躲避一些障碍物；集成的脚力传感器可以实时反馈受力情况；小腿内的弹簧和足底减震防滑系统的设计可以较好地适应不同的路况。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的整体结构示意图；
[0016]图2是减震器部分的结构示意图；
[0017]图3是足端部分的结构示意图；
[0018]图中标号代表:1 一足端，2—第一支柱，3—二维力传感器，4一第二支柱，5—减震器，6一弹黃，7一第一连接件，8—第一航机，9一连接板，10一第二航机，11 一第二法兰盘，12—第二连接件，13 一第二航机。
【具体实施方式】
[0019]本实用新型提出的这种具有地面适应性的机械腿，如图1所示，包括足端1、支撑部与连接部，所述的支撑部采用关节式结构，包括活动式连接的两部分，其中一部分包括用于安装舵机的连接板9，另一部分包括减震器5 ;在减震器5与所述的足端1之间设置有三维力传感器3，所述的连接部与支撑部活动式连接。
[0020]本实用新型的机械腿，采用仿生学结构，与人腿部结构一一对应。其中连接部相当于人体的髋部，在其中安装有第三舵机13。连接部与机器人的机体连接，通过第三舵机13来调整连接部与机体之间的姿态。
[0021]支撑部相当于整条腿部，其中包括两部分，其中一部分为连接板9，这部分可看作是人腿上的股骨部分。连接板9的两端各自安装一个舵机，分别为第一舵机8和第二舵机10，第一舵机8通过第一连接件7与减震器5连接，第二舵机10通过第二连接件12与连接部连接。
[0022]第一舵机8和第一连接件7构成关节位，相当于人体腿部的膝关节，两者为活动式连接。第一舵机8可驱动第一连接件7转动，以改变关节位的姿态，相当于人体屈膝的动作。而第二舵机10可驱动第二连接件12转动，以改变整个支撑部与连接部之间的姿态，相当于人体大腿与髋部之间的相对运动。第一连接件7包括带有中心孔的第一安装板，在连接板9上设置有与第一安装板配合的第一法兰盘，法兰盘由第一舵机8控制；第二连接件12包括带有中心孔的第二安装板，在连接板9上设置有与第二安装板配合的第二法兰盘11，第二法兰盘11由第二舵机10控制。第一连接件7和第二连接件12的中心孔是用来安装固定时使用的，通过紧固件将其与舵机紧紧连结，传递运动。这种旋转结构设计，使机器人运动更加灵活，转弯更方便；三维力传感器3使机器人可以实时检测路况和足力并作为反馈，机器人可以运动更平稳也可以避免一些意外的发生。
[0023]为了使机械腿在作动的过程中，能具有更好的抗震性能，在支撑部中还设置有减震器5。如图2所示，减震器5包括有底面、无顶面的壳体，壳体底部通过第二支柱4连接在所述的三维力传感器3上，壳体内部设置有弹簧6，壳体顶部、弹簧6均与第一连接件7连接，其中壳体顶部与第一连接件7之间为活动式连接。在运行时，通过足端1传来的力，经过减震器5时部分被弹簧6吸收抵消，而壳体与第一连接件7之间活动式连接是为了保证连接的稳定性。减震器5、第一支柱2、三维力传感器3、第二支柱4共同构成胫骨，相当于人体的小腿部，这种结构设计简便、美观且能减轻重量。
[0024]如图3所示，足端1为半圆柱状，相当于人体的足部。足端1的弧面上分布有多条沿足端1径向、周向交错分布的沟槽，这些沟槽将足端1的弧面划分为多个块状区域，分割成横纵交错的防滑带，可以增大与地面的摩擦。这些块状区域，可以看作是一个个凸起，对于地面不同的路况，设置了这种结构后，这样可以适应不同路面，任何时候都可以保证与地面是线接触。行走时利用凸起与沟槽，可与地面细微的凸起、凹陷等更加紧密接触，防止机械腿运动过程中发生打滑情况。
【主权项】
1.一种具有地面适应性的机械腿，包括足端(1)、支撑部与连接部，其特征在于，所述的支撑部采用关节式结构，包括活动式连接的两部分，其中一部分包括用于安装舵机的连接板(9)，另一部分包括减震器(5);在减震器(5)与所述的足端(1)之间设置有三维力传感器(3)，所述的连接部与支撑部活动式连接。2.如权利要求1所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的连接板(9)的两端各自安装一个舵机，分别为第一舵机(8)和第二舵机(10)，第一舵机(8)通过第一连接件(7)与减震器(5)连接，第二舵机(10)通过第二连接件(12)与连接部连接。3.如权利要求2所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的减震器(5)包括有底面、无顶面的壳体，壳体底部通过第二支柱(4)连接在所述的三维力传感器(3)上，三维力传感器(3)通过第一支柱(2)与所述的足端(1)连接；壳体内部设置有弹簧￠)，壳体顶部、弹簧(6)均与第一连接件(7)连接，其中壳体顶部与第一连接件(7)之间为活动式连接。4.如权利要求2所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的第一连接件(7)包括带有中心孔的第一安装板，在连接板(9)上设置有与第一安装板配合的第一法兰盘，法兰盘由第一舵机(8)控制。5.如权利要求2所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的第二连接件(12)包括带有中心孔的第二安装板，在连接板(9)上设置有与第二安装板配合的第二法兰盘(11)，第二法兰盘(11)由第二舵机(10)控制。6.如权利要求1所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的足端(1)为半圆柱状，足端(1)的弧面上分布有多条沿足端(1)径向、周向交错分布的沟槽，这些沟槽将足端(1)的弧面划分为多个块状区域。7.如权利要求1所述的具有地面适应性的机械腿，其特征在于，所述的连接部中设置有第三舵机(13)。
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有地面适应性的机械腿，包括足端、支撑部与连接部，所述的支撑部采用关节式结构，包括活动式连接的两部分，其中一部分包括用于安装舵机的连接板，另一部分包括减震器；在减震器与所述的足端之间设置有三维力传感器，所述的连接部与支撑部活动式连接。本实用新型采用仿生学结构设计，与人体腿部各功能部位相对应，使该机械腿能更大程度地模拟人腿部的运动方式。由于各关节采用舵机控制，结构简单，易于控制；在腿部结构上加入的三维力传感器，使机器人可以躲避一些障碍物；集成的脚力传感器可以实时反馈受力情况；小腿内的弹簧和足底减震防滑系统的设计可以较好地适应不同的路况。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN205044846
【申请号】CN201520837935
【发明人】朱雅光, 吴永胜, 刘文龙
【申请人】长安大学
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月27日