[实用新型]具有力感知能力的仿人足底机构

说明书

(一)技术领域

本实用新型属于机器人和机械制造领域，具体涉及一种具有力感知能力的仿人足底机构。

(二)背景技术

近些年来，仿人机器人已经引起了国内外学者的广泛兴趣，并取得了令人赞叹的伟大成果，特别在模拟人各种动作、与人协作、语言交流等方面取得了重大突破。国内外较为成功且具有较高影响力的仿人机器人有日本本田的阿西姆机器人、日本索尼公司的QRIO机器人、德国墨尼黑技术大学应用力学实验室的Johnnie双足机器人以及北京理工大学的“汇童”机器人，但在这些设计中普遍将机器人足底简化设计成刚性平板结构，忽略了人正常行走中足趾关节在行走中的运动功能。

近几年，一些学者对具有足趾关节的机器人进行研究，仅日本东京大学的H7机器人较成功的利用足趾关节运动，完成了机器人上楼梯步态及平地拟人步态行走，H7机器人表明：有足趾关节运动的步态下，比相同状况下无足趾运动时上楼梯的高度更高，机器人的膝关节转速有所降低，在平地步行速度上有可能得到提高。还有些研究学者基于足趾关节的步态测量研究，它通过人穿有压力传感器的实验鞋来实验行走，观察有无足趾关节对人的步态影响，研究表明，在步行速度上，有足趾关节的运动比无足趾关节运动更有可以提高步行速度。可见，人的足趾关节在步行过程中起着非常重要的作用。

在仿人机器人步态控制中，首先最重要的一点是能够检测机器人的零力矩点位置，通常采用六维力/力矩传感器来检测地面的反力及反力矩大小，进而得到零力矩点的位置，为仿人机器人的步态控制提供重要的依据，是实现稳定步态的前提和重要保证。而从国内的技术水平及经济费用的考虑，如果采用六维力/力矩传感器后，机器人的足底体积及重量大大增加，费用也大大增加，而且针对具有足趾关节的仿人足底机构来说，实现的困难更大，为此采用了贴有应变片的应变梁简单结构实现具有足趾关节的仿人足底机构的力感知效应。

综上所述，用来实现双足机器人的拟人稳定步态是仿人机器人行走的重要目标。为此设计了带有足趾关节且具有力感知能力的仿人足底机构，本机构体积小、重量轻、成本低，用于仿人机器人的足底机构设计，可实现仿人机器人的拟人步态规划控制及仿生学研究，具有重要的长远的意义，为仿人机器人模拟人的复杂步态提供重要的技术保障，具有较强的实用化价值。

(三)发明内容

本实用新型的目的在于提供一种带有足趾关节的仿人足底并能够模拟人的足部结构，既可以检测足底的垂直压力、又具有重量轻、体积小、精度高、运动方式明确、结构简单等特点的具有力感知能力的仿人足底机构。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括前足、后足、力感知检测部件和连接前足、后足的传动部件，其中前足上设置有对称分布于支撑面的最外侧边缘的四个力感知检测部件，后足上设置有对称分布于后侧边缘的两个力感知检测部件和与足上踝关节连接的连接端座，连接端座与踝关节环抱并固连。

本实用新型还有这样一些结构特征：

1、所述的力感知检测部件包括一个悬臂梁、两个应变片、两个螺栓、一个调整螺母、一个套筒、一个引导块、抗冲击聚氨酯橡胶块，悬臂梁一端与后足通过螺栓固定，另一端与螺栓螺纹连接，调整螺母设置在悬臂梁上端，引导块下端与抗冲击聚氨酯橡胶块固连并与螺栓末端接触；

2、所述的引导块上端设置有圆形凹槽；

3、所述的连接前足和后足的传动部件包括转动轴、轴承、轴承端座、轴支撑座、电机座、齿轮、同步齿形带、紧钉螺钉、直流电机及减速器、编码器，所述的轴承端座与前足、后足分别通过螺栓固连，电机座与后足通过螺栓固连，电机座上端与直流电机及减速器前端通过螺钉固连，直流电机及减速器的前端电机轴与所述轴一端通过紧钉螺钉紧钉固连，直流电机及减速器尾部与所述的编码器固连，电机转动与关节轴转动通过同步齿形带传动；

4、所述的电机转动与关节轴转动通过齿轮传动。

本实用新型的工作原理为：在仿人机器人足底与地面接触时，通过安装在足底的六个力感知检测部件检测足底的反力，具体依据应变片阻值的变化大小来判断；在前足和后足之间，具有一个转动轴，通过直流电机转动，带动同步齿形带完成对该轴的传动，实现仿人机器人足趾关节参与拟人步态运动，同时在足趾关节翻转时后足跟抬起，通过前足的四个力感知能力的检测部件检测足底的反力，实时分析足底零力矩点的位置，为仿人机器人的拟人步态控制提供重要的数据支持，是成功实现仿人机器人拟人步态的关键。

本实用新型与现有技术相比有如下优点：

1、本实用新型的可以实现主动驱动的足趾关节转动，可模拟人的足趾关节转动。