一种可咬合的大坡度仿生足的制作方法

1.本发明属于足式仿生机器人领域，具体涉及一种可咬合的大坡度仿生足，其为可实现自动落下/抬起防滑足垫的足地附着系数增大系统。


背景技术：

2.足式机器人相比普通的轮式机器人和履带式机器人，具有更强的复杂地形适应能力，为扩大足式机器人的可达区域，提高足式机器人的爬坡能力一直是一个研究热点。提高足式机器人足端与地面间的附着系数是提高足式机器人的机动性、通过性的关键。足式机器人的足端主要有球形、圆柱形、平面形、不规则形等，其中球形足端与地面为点接触，圆柱形足端为线接触，控制简单但难以提供较大附着力，平面形和不规则形足端能够提供较大附着力，但对足地接触角度提出限制，控制难度提高。现有的四足机器人足底附着系数有限，难以攀登大坡度斜面。


技术实现要素：

3.本发明提供一种可咬合的大坡度仿生足，要解决的技术问题是：解决现在足式机器人的足部结构单一，爬坡性能差的问题。
4.为了解决以上技术问题，本发明提供了一种可咬合的大坡度仿生足，其特征在于，包括上安装支座1、下安装支座2、触地判定模块、换挡锁死模块、预紧弹簧14以及防滑足垫13；其中，所述上安装支座1、下安装支座2分别套设在机器人机械腿上；所述触地判定模块包括：主足端5、支撑弹簧4、支撑轴3、小推杆6、固连帽7、长推杆8、推板9；所述换挡锁死模块包括：换挡拨片10，复位弹簧11，卡齿转盘12；其中，所述主足端5顶面连接支撑轴3，所述支撑轴3上部垂直嵌入下安装支座2下部空腔中，支撑轴3外套有支撑弹簧4，支撑弹簧4两端分别连接主足端5和下安装支座2；支撑轴3上侧面径向开有小内螺纹孔，下安装支座2侧面相应位置开有垂直方向的长条形通孔；在支撑轴3嵌入到下安装支座2内的状态下，支撑轴3上的小内螺纹孔连接小推杆6；小推杆6通过下安装支座2上侧面的通孔伸出，插入水平设置的固连帽7一端，固连帽7另一端与长推杆8下端螺纹连接；所述长推杆8上端通过螺纹连接推板9，推板9上端接触换挡拨片10外侧柱；所述换挡拨片10一端通过复位弹簧11与上安装支座1连接，另一端设有一个钩形端部，用于与卡齿转盘12上的齿面配合；所述卡齿转盘12，其通过轴连接在上安装支座1、下安装支座2之间的机械腿侧面上；防滑足垫13安装在卡齿转盘12上，卡齿转盘的偏心轴上连接预紧弹簧14的一端，预紧弹簧14的另一端与下安装支座连接。
5.有益效果：本发明主要利用足端触地释放弹簧，通过弹簧预紧力释放防滑足垫，贴合地面，增大摩擦力，通过足式机器人抬腿时膝关节夹角减小，带动转盘卡齿，抬升防滑足垫，松脱地面，完成抬腿迈步动作，起到通过机械结构自适应调节足式机器人足端与地面附着力的作用。现有足式机器人足端设计中最为常用的就是球形、圆柱形、平面形等无自由度的固定形状足端，足地附着系数固定且通常较小，难以登上大坡度坡面。具有吸附能力或主
动变形能力的足端需要加入新的动力源，会增加控制难度。而本发明通过抬腿运动膝关节角度变化传动带动足端抬起防滑足垫，预置预紧弹簧控制咬合地面则具有地面附着系数较大、结构简单、质量轻、控制难度小等优点，因此可以在不引入新的动力设备与主动自由度的情况下大大机器人足端与地面间的附着系数，提高机器人整机的爬坡性能。。
附图说明
6.图1为仿生足端示意图；
7.图2.a为膝关节线控模块示意图；
8.图2.b为机器人抬腿运动示意图；
9.图2.c为线芯线示意图；
10.图2.d为线固定器安装示意图；
11.图3.a为足端爆炸图；
12.图3.b为卡齿锁止机构爆炸图；
13.图4为上下安装支座三视图。
14.图中：
15.1-上安装支座；2-下安装支座；3-支撑轴；4-支撑弹簧；5-主足端；6-小推杆；7-固连帽；8-长推杆；9-推板；10-换挡拨片；11-复位弹簧；12-卡齿转盘；13-防滑足垫；14-预紧弹簧；15-换向转盘；16-线固定器；17-行程放大轮轴；18-线控牵引头；19-线控线；20-膝关节支座。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、内容和优点更加清楚，下面对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
17.本发明提出的一种可咬合的大坡度仿生足，其特征在于，包括上安装支座1、下安装支座2、触地判定模块、换挡锁死模块、线控模块、预紧弹簧14以及防滑足垫13；其中，所述上安装支座1、下安装支座2分别套设在机器人机械腿上；
18.所述触地判定模块与换挡锁死模块通过小推杆6、长推杆8连接，小推杆6径向设置在下安装支座2上，长推杆8垂直设置，连接换挡锁死模块与小推杆6；所述控制线采用线芯线，固连在机械腿上；
19.所述触地判定模块包括：主足端5、支撑弹簧4、支撑轴3、小推杆6、固连帽7、长推杆8、推板9；所述换挡锁死模块包括：换挡拨片10，复位弹簧11，卡齿转盘12；
20.其中，所述主足端5成倒圆顶锥形，顶面有内螺纹孔，连接支撑轴3，支撑轴3外套有支撑弹簧4，支撑弹簧4两端分别连接主足端5和下安装支座2；
21.所述支撑轴3上部垂直嵌入下安装支座2下部空腔中，支撑轴3上侧面径向开有小内螺纹孔，下安装支座2侧面相应位置开有垂直方向的长条形通孔；在支撑轴3嵌入到下安装支座2内的状态下，支撑轴3上的小内螺纹孔连接2的小推杆6；小推杆6通过下安装支座2上侧面的通孔伸出，插入水平设置的固连帽7一端，固连帽7另一端开孔，有内螺纹，长推杆8垂直设置，长推杆8下端垂直连接于固连帽7的内螺纹上；
22.所述长推杆8上端通过螺纹连接推板9，推板9上接触换挡拨片10外侧柱；
23.所述仿生足触地时，主足端5上顶支撑轴3，带动小推杆6上推，小推杆6带动长推杆8上推，推板9进而推动换挡拨片10；
24.所述仿生足离地时，支撑弹簧4使主足端5向下复位；
25.所述换挡拨片10为一“l”形部件，其主体部分为一杆体，杆体中部水平横向设置有一外侧柱，所述外侧柱在推板9的上下行经路线上；所述杆体一端设有轴孔，用于与上安装支座1连接，另一端设有一个钩形端部，用于与卡齿转盘12上的齿面配合；
26.所述上安装支座1侧面设有支座轴，所述换挡拨片10端部的轴孔通过铜套连接在支座轴上，同轴套接复位弹簧11；所述复位弹簧11一端固定顶住上安装支座1内壁，另一端顶住换挡拨片10杆体，复位弹簧11始终处于预紧状态，保持使换挡拨片10具备一定的顺时针旋转的预紧力，所述复位弹簧11可受力压缩与舒张；
27.长推杆8带动推板9上推换挡拨片10，换挡拨片10上移即形成逆时针的旋转，使得换挡拨片10钩形端部与卡齿转盘12的齿面脱离，从而释放卡齿转盘12可进行顺时针旋转；
28.卡齿转盘12通过两个螺栓定位孔连接防滑足垫13，两个螺栓定位孔连心线与水平线呈120
°
夹角，卡齿转盘的偏心轴上连接预紧弹簧14的一端，预紧弹簧14的另一端与下安装支座连接。卡齿转盘12受预紧力顺时针旋转，放下防滑足垫13；长推杆8下移，释放换挡拨片10，锁死卡齿转盘12；
29.所述卡齿转盘12，其通过轴连接在上安装支座1、下安装支座2之间的机械腿侧面上；所述卡齿转盘12包括同心设置的外盘和内盘，外盘边缘上通过定位孔栓接防滑足垫13，该连接关系不与内盘发生干涉；内盘为圆盘形的周向卡齿结构，每个卡齿的两齿面异构，右齿面为直面，内盘顺时针旋转时由右齿面与换挡拨片10钩形端部受卡锁死；左齿面为曲面，受卡时若改变受力方向，即内盘反向逆时针旋转，则左齿面可向上推动换挡拨片10，实现逆时针继续旋转；
30.所述防滑足垫13，其通过定位孔栓接在卡齿转盘12的外盘上，其为具备一定长度的部件，主体由两段呈一定角度连接的杆部构成，下部杆部的末端水平底部的接触面上有阵列凸起，用于增大与地面的摩擦力；
31.所述预紧弹簧14一端连接在下安装支座2，一端连接在卡齿转盘12外盘上，使卡齿转盘12具有顺时针转动的趋势，卡齿转盘12被换挡拨片10卡住时，防滑足垫13保持静止，换挡拨片10松脱后卡齿转盘12受预紧弹簧14的预紧力发生转动，带动防滑足垫13向下运动，咬合地面。
32.所述线控模块包括线控牵引头18、行程放大轮轴17、线芯线19、牵引线21、膝关节支座20以及线固定器16。用于在机器人抬腿阶段通过线芯线19牵引卡齿转盘12逆时针旋转，带动防滑足垫13抬起，使足端不再咬合地面。
33.所述线控牵引头18通过定位孔栓接在机器人大腿上，线控牵引头18上连接牵引线21。
34.所述膝关节支座20通过定位孔栓接在机器人小腿上，膝关节支座20上端支架用于固定行程放大轮轴17。
35.所述行程放大轮轴17通过轴连接在膝关节支座20，可以自由旋转，行程放大轮轴17具有同心的大轮和小轮，大轮通过牵引线21连接线控牵引头18，小轮通过线芯线19连接在卡齿转盘12上。机器人抬腿时膝关节角度减小，大腿带动线控牵引头18相对于膝关节转
动中心转动，通过牵引线21带动行程放大轮轴17逆时针旋转，行程放大轮轴17通过线芯线19带动卡齿转盘12逆时针转动，行程放大轮轴17可以将较小的膝关节转角放大为较大的线芯线形成，继而带动卡齿转盘12旋转较大的角度。
36.所述线固定器16通过定位孔栓接机器人小腿上，固定器16的一端设置有通孔，可以将线芯线19从中穿过。根据机器人小腿长度，设置若干个固定器16等距排列在小腿上，用于固定线芯线19的走向。
37.所述线芯线19，其特征在于外皮包裹内芯，外皮固定，芯线可以相对于外皮上下拉动，传递拉力。
38.所述抬腿过程是机器人抬腿时膝关节角度减小，通过线控模块带动卡齿转盘12逆时针转动，抬升防滑足垫13。卡齿转盘12内盘左齿曲面向上推动换挡拨片10，以齿格为档位拉伸预紧弹簧14，为下一次落地释放防滑足垫13做准备。
39.所述主足端5触地时压缩弹簧4，联动推杆8，上推换挡拨片10，释放卡齿转盘12，在预紧弹簧14的拉力下，释放防滑足垫13，防滑足垫触地构成仿生足落地形态。
40.所述膝关节处的线控牵引头18在机器人迈步抬腿时拉动控制线，通过控制线拉动卡齿转盘12旋转，抬升防滑足垫，并通过换挡拨片10锁住卡齿转盘12，构成仿生足抬腿形态。
41.所述控制线19采用线芯线，通过固定头16固定于小腿上，通过换向转盘15调整方向。
42.现有的四足机器人足底附着系数有限，难以攀登大坡度斜面。与现有技术相比较，本发明带有自由度的咬合地面足端，具有接地咬合状态附着系数高、离地前自动松脱不影响抬腿的自适应调节能力，在没有引入新的主动件的情况下，显著提高了足式机器人足地附着力，增大了足式机器人的爬坡能力，提高机器人整机通过性能与机动能力，实现了四足机器人对大坡度斜面的攀登，解决了四足机器人的大坡度斜面爬坡问题。
43.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。