[发明专利]一种仿牛足机械足装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿牛足机械足装置，属于机械设计领域。

背景技术

传统的移动机器人可分为轮式机器人与腿式机器人。腿式机器人相对于轮式机器人，可以采用不同步态及与地面不同接触方式，具有可避障与可适应复杂地貌等特点。其中腿式机器人与地面的不同接触方式通过不同的机械足来实现。传统机械足一般为球面足或简单平面、曲面足，辅以弹簧等减震装置。此类机械足结构与功能简单，适合在刚性平整地面上行走，但在复杂路面上行走效果较差，如传统机械足在泥地、软土地行走时，会产生下陷过深、支撑点打滑、推动力不足、出足困难等现象。目前国内外对具有特殊地貌适应性的机械足研究甚少，不能满足科研需求，需要进一步发掘研究。

发明内容

本发明针对上述传统机械足在泥地、软土地面行走困难问题，提出了一种仿牛足机械足装置，适合腿式、轮腿式机器人行走步态模式下在泥地、软土等地面行走。

一种仿牛足机械足装置，包括机械接口、踝关节和脚掌；

机械接口将机械足与机器人的腿部固定，分为接口外壳、接口内壳和快速更换系统，其中接口外壳与机器人腿部连接，接口内壳套在接口外壳内，与仿生足踝关节固连，只有一个移动自由度，通过快速更换系统的插销对机械足进行快速固定和拆卸；踝关节固定于机械接口下方，包括一对相互垂直的转动关节，具有沿水平面两个方向轴自由转动的功能，使脚掌能够相对于机器人具有两自由度转动；脚掌安装在踝关节下方，两个主蹄通过蹄轴与踝关节的支承座前孔相连，并可沿蹄轴转动，两个悬蹄直接固定在支承座的后孔上，柔性铰链固定在蹄轴的凹槽上并与主蹄接触，整个脚掌模拟牛蹄掌的运动。

所述的机械接口包括接口外壳、接口内壳、预紧弹簧、预紧弹簧导杆和插销；所述的快速更换系统是指预紧弹簧、预紧弹簧导杆和插销；接口外壳左右两侧通过螺钉与机器人腿部连接，上端打有螺纹通孔，安装预紧弹簧倒杆，预紧弹簧倒杆外围安装预紧弹簧，下端安装插销，预紧弹簧、插销均能沿预紧弹簧倒杆上下移动，接口内壳与接口外壳内壁四面接触，底部开通孔固定插销的四个插头，并开有通孔连接踝关节的上关节。

所述的踝关节包括上关节、下关节、短轴、长轴和支承座；上关节上表面开有通孔，通过螺钉与机械接口的接口内壳固定，上关节两侧也分别开有通孔，通孔与长轴配合，长轴两端有螺纹，通过螺母固定在上关节上，下关节与上关节接触的两侧开有通孔，长轴与下关节该处的通孔配合，下关节能够以长轴为轴自由转动；下关节的另外两侧也分别开有通孔，两个通孔分别与两个短轴配合，每个短轴穿过支承座一侧的通孔，短轴两端设有螺纹，通过螺母固定轴向位置，支承座可沿短轴自由转动；支承座的下表面处开有四个通孔，通过螺母与制动垫片和脚掌的蹄轴与悬蹄相连。

所述的脚掌包括主蹄、蹄轴、柔性铰链、悬蹄，其中主蹄包括左蹄瓣和右蹄瓣；两个蹄轴两端有螺纹，通过螺母与制动垫片与支承座前端两个孔连接固定，蹄轴上开有凹槽，安装蹄轴时两个蹄轴的凹槽平行向内侧位置，凹槽平面上打有两个螺纹孔，与柔性铰链的通孔配合，并用螺钉连接，主蹄的两个蹄瓣分别通过其通孔对应安装在蹄轴上，上端与支承座下表面接触，下端用螺母固定轴向位置，外侧小平面刚好与柔性铰链另一端的活动平面接触，使蹄瓣可以绕蹄轴转动同时受到柔性铰链的阻力，两个悬蹄圆端有螺纹，通过螺母与制动垫片固定在支承座两个后孔上，安装悬蹄时其平面法线为前后方向。

本发明的优点在于：

(1)本发明所述的装置能够模拟牛足在泥地、软土地行走中的蹄尖着地，垂直入土，蹄瓣张开，蹄瓣固土，出土收拢恢复等功能，大大改善腿式机器人在泥地，软土地等地面的行走性能；

(2)本发明所述的装置的机械接口方便对各种机械足进行快速切换。

附图说明

图1是本发明的一种仿牛足机械足的正视图；

图2是本发明的一种仿牛足机械足的左视图；

图3是本发明的一种仿牛足机械足的俯视图；

图4是本发明机械接口结构示意图；

图5是本发明的踝关节结构示意图；

图6是本发明的脚掌结构(未着地)示意图；

图7是本发明的脚掌机构(着地展开)示意图；

图中：

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种仿牛足机械足装置，如图1、图2、图3所示，包括机械接口1、踝关节2和脚掌3；

机械接口1如图4所示，包括接口外壳101、接口内壳102、预紧弹簧103、预紧弹簧导杆104和插销105。