8_第三销轴39-第一螺栓；40_第五螺钉；41_第二螺母；42_第四销轴；43_踝关节第二连接件；44-第二铰链支座；45_第三铰链支座。
【具体实施方式】
[0024]请参阅图1、图2图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例包括有仿生足本体及仿生足踝；
[0025]所述的仿生足本体包含外侧仿生足弓3、内侧仿生足弓4、脚趾构件6和足跟构件11，第二仿生足弓连接件13通过两个对称分布的第三螺钉14与足跟构件11固连；第一仿生足弓连接件1通过两个对称分布的第五螺钉40与第二仿生足弓连接件13固连；外侧仿生足弓3、内侧仿生足弓4分别通过第一螺钉2与第一仿生足弓连接件1固连；外侧足弓支承件28、内侧足弓支承件37分别通过第二螺钉5与外侧仿生足弓3、内侧仿生足弓4固连；脚趾构件6分别通过第一销轴23与外侧足弓支承件28、内侧足弓支承件37铰接。滚轮35通过第二销轴34与压缩弹簧推杆31铰接。同时，压缩弹簧推杆31分别和压缩弹簧支承件29与外侧足弓支承件28、压缩弹簧支承件29与内侧足弓支承件37构成滑动连接。压缩弹簧推杆31可以延轴向滑动；调节螺母33与压缩弹簧推杆31之间的连接方式为螺纹连接。通过压缩弹簧支承件29与调节螺母33相对距离的改变，可以调节压缩弹簧32的压缩状态；压缩弹簧支承件29分别通过两对第四螺钉30与外侧足弓支承件28、内侧足弓支承件37固连。在外侧足弓支承件28、内侧足弓支承件37与足跟构件11之间，通过螺纹连接的方式，对称分布着两对拉伸弹簧挂件9，第一拉伸弹簧10通过拉伸弹簧挂件9成对使用，第一拉伸弹簧10在安装之后处于拉伸状态；脚趾粘弹材料层24、外侧足弓粘弹材料层26、内侧足弓粘弹材料层36、足跟粘弹材料层8分别与脚趾构件6、外侧足弓支承件28、内侧足弓支承件37、足跟构件11粘接。同时，脚趾橡胶防滑垫片25、足跟橡胶防滑垫7分别与脚趾粘弹材料层24、足跟粘弹材料层8粘接，足弓橡胶防滑垫片27分别与外侧足弓粘弹材料层26、内侧足弓粘弹材料层36粘接。
[0026]在机器人行进的过程中，仿生足不断重复“初始足跟触地、足部平放、脚跟抬起、脚尖离地”的步骤。首先，足跟橡胶防滑垫7着地，足跟粘弹材料层8的粘弹性与足跟构件11的U形结构的弹性变形都会起到缓冲作用。接下来足弓橡胶防滑垫片27与脚趾橡胶防滑垫片25着地，由于外侧足弓粘弹材料层26的厚度小于内侧足弓粘弹材料层36。故随着足弓粘弹材料层的压缩，刚度较小的外侧仿生足弓3首先产生弹性变形，随着外侧足弓支承件28高度的上升，内侧足弓支承件37也开始受到较大的作用力，产生向上的位移，内侧仿生足弓4开始产生弹性变形，此时内外侧仿生足弓同时起到缓冲作用。刚度小的外侧仿生足弓配合刚度大的内侧仿生足弓成套使用，使整个仿生足弓的可变刚度区间变大，能够更好地完成对不同冲击的有效吸收。在仿生足弓变形的同时，脚趾粘弹材料层24、第一拉伸弹簧10、压缩弹簧32都产生了一定的变形，并协助仿生足弓吸收了一些冲击。最后，仿生足趋近“脚尖离地”的步骤，此时，脚趾构件6绕第一销轴23转动，推动滚轮35沿压缩弹簧推杆31进行轴向运动。最终通过与滚轮35铰接的压缩弹簧推杆31将能量储存在压缩弹簧32之中，在脚尖离地时，储存在压缩弹簧32之中的弹性势能又转化成了脚趾构件6绕第一销轴23转动的动能，从而实现了仿生足运动的弹性启动。
[0027]所述的仿生足踝包含踝关节第一连接件17、踝关节第一平台20、踝关节第二连接件43、踝关节第二平台22。踝关节第一连接件17通过第一螺母12固连在足跟构件11的中部；踝关节第一平台20通过第三销轴38铰接在踝关节第一连接件17上；踝关节第二连接件43通过螺纹连接固连在踝关节第一平台20的中部；踝关节第二连接件43通过固连在踝关节第二平台22中部的第二铰链支座44与踝关节第二平台22形成铰接；两个活塞式液压缸18分别与对称分布在踝关节第一平台20上的第一铰链支座19铰接，活塞端部与固连在踝关节第二平台22上对称分布的第三铰链支座45形成铰接，两个活塞式液压缸18上腔与上腔、下腔与下腔分别用柔性橡胶液压管16连接，整个液压系统注满液压油；对称布置的第一铰链支座19通过两对第一螺栓39、第二螺母41固连在踝关节第一平台20上；成对使用并且对称分布的第二拉伸弹簧15、第三拉伸弹簧21，分别作用在踝关节第一平台20与足跟构件11、踝关节第二平台22与踝关节第一平台20之间，在安装时处于拉伸状态。
[0028]在机器人行进的过程中，可以通过踝关节第一平台20绕第三销轴38的转动实现内翻、外翻动作，通过踝关节第二平台22绕第四销轴42的转动实现背曲、趾屈运动。两个运动互不干涉，可以实现组合运动，而运动的复位是由对称分布的第二拉伸弹簧15、第三拉伸弹簧21实现的。这里，背曲、趾屈运动的运动幅度较大，为了防止第三拉伸弹簧21产生快速回弹的现象，提高行走稳定性，加入成对的活塞式液压缸18与第三拉伸弹簧21并联使用，通过选择恰当直径的柔性橡胶液压管16，在背曲、趾屈运动时产生合适的阻尼，使运动更加平稳。
[0029]本实施例所描述的是用于两足机器人的右侧仿生足，其左侧仿生足与右侧仿生足的结构为对称关系，且工作机理完全一致。
【主权项】
1.一种提高双足机器人步态自然性与稳定性的仿生足，其特征在于:包括有仿生足本体及仿生足踝； 所述的仿生足本体包含外侧仿生足弓(3)、内侧仿生足弓(4)、脚趾构件(6)和足跟构件(11)，第二仿生足弓连接件(13)通过两个对称分布的第三螺钉(14)与足跟构件(11)固连；第一仿生足弓连接件(1)通过两个对称分布的第五螺钉(40)与第二仿生足弓连接件(13)固连；外侧仿生足弓(3)、内侧仿生足弓(4)分别通过第一螺钉(2)与第一仿生足弓连接件⑴固连；外侧足弓支承件(28)、内侧足弓支承件(37)分别通过第二螺钉5与外侧仿生足弓(3)、内侧仿生足弓(4)固连；脚趾构件(6)分别通过第一销轴(23)与外侧足弓支承件(28)、内侧足弓支承件(37)铰接；滚轮(35)通过第二销轴(34)与压缩弹簧推杆(31)铰接；同时，压缩弹簧推杆(31)分别和压缩弹簧支承件(29)与外侧足弓支承件(28)、压缩弹簧支承件(29)与内侧足弓支承件(37)构成滑动连接；压缩弹簧推杆(31)可以延轴向滑动；调节螺母(33)与压缩弹簧推杆(31)之间的连接方式为螺纹连接；通过压缩弹簧支承件(29)与调节螺母(33)相对距离的改变，可以调节压缩弹簧(32)的压缩状态；压缩弹簧支承件(29)分别通过两对第四螺钉(30)与外侧足弓支承件(28)、内侧足弓支承件(37)固连；在外侧足弓支承件(28)、内侧足弓支承件(37)与足跟构件(11)之间，通过螺纹连接的方式，对称分布着两对拉伸弹簧挂件(9)，第一拉伸弹簧(10)通过拉伸弹簧挂件(9)成对使用，第一拉伸弹簧(10)在安装之后处于拉伸状态；脚趾粘弹材料层(24)、外侧足弓粘弹材料层(26)、内侧足弓粘弹材料层(36)、足跟粘弹材料层(8)分别与脚趾构件￠)、外侧足弓支承件(28)、内侧足弓支承件(37)、足跟构件(11)粘接；同时，脚趾橡胶防滑垫片(25)、足跟橡胶防滑垫(7)分别与脚趾粘弹材料层(24)、足跟粘弹材料层(8)粘接，足弓橡胶防滑垫片(27)分别与外侧足弓粘弹材料层(26)、内侧足弓粘弹材料层(36)粘接； 所述的仿生足踝包含踝关节第一连接件(17)、踝关节第一平台(20)、踝关节第二连接件(43)、踝关节第二平台(22);踝关节第一连接件(17)通过第一螺母(12)固连在足跟构件(11)的中部；踝关节第一平台(20)通过第三销轴(38)铰接在踝关节第一连接件(17)上；踝关节第二连接件(43)通过螺纹连接固连在踝关节第一平台(20)的中部；踝关节第二连接件(43)通过固连在踝关节第二平台(22)中部的第二铰链支座(44)与踝关节第二平台(22)形成铰接；两个活塞式液压缸(18)分别与对称分布在踝关节第一平台(20)上的第一铰链支座(19)铰接，活塞端部与固连在踝关节第二平台(22)上对称分布的第三铰链支座(45)形成铰接，两个活塞式液压缸(18)上腔与上腔、下腔与下腔分别用柔性橡胶液压管(16)连接，整个液压系统注满液压油；对称布置的第一铰链支座(19)通过两对第一螺栓(39)、第二螺母(41)固连在踝关节第一平台(20)上；成对使用并且对称分布的第二拉伸弹簧(15)和第三拉伸弹簧(21)分别作用在踝关节第一平台(20)与足跟构件(11)、踝关节第二平台(22)与踝关节第一平台(20)之间，在安装时处于拉伸状态。
【专利摘要】本发明公开了一种提高双足机器人步态自然性与稳定性的仿生足，包括仿生足本体以及仿生足踝，所述的仿生足本体包含仿生足弓、拉伸弹簧、压缩弹簧、粘弹材料层、橡胶防滑垫。仿生足所受的冲击可以由粘弹材料层消耗一部分，剩下的冲击由仿生足弓、拉伸弹簧、压缩弹簧的弹性变形进行吸收。橡胶防滑垫的使用可以提高仿生足的防滑性。所述的仿生足踝包含踝关节第一连接件、踝关节第一平台、踝关节第二连接件、踝关节第二平台；仿生足踝可以通过踝关节第一平台绕第三销轴的转动实现内翻、外翻动作，通过踝关节第二平台绕第四销轴的转动实现背曲、趾屈运动。本发明可以有效减少冲击带来的有害效果，同时可以模仿人类的行走方式，使机器人步态更加自然。
【IPC分类】B62D57/032
【公开号】CN105292297
【申请号】CN201510813485
【发明人】钱志辉, 周亮, 任雷, 宋国风, 苗怀彬, 杨茗茗, 梁威, 黎亦磊, 付君, 任露泉
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月21日