[发明专利]一种仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚

说明书

技术领域

本发明涉及仿生跳跃机器人领域，具体是一种仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚。

背景技术

仿袋鼠跳跃机器人是模仿生物袋鼠跳跃特点的仿生跳跃机器人，可以越过数倍甚至数十倍于自身尺寸的障碍物，特别适合于有障碍物的复杂环境，其跳跃运动的爆发性有助于机器人躲避危险，大大提高了机器人的活动范围和自主运动能力，因而在星际探索、军事侦查、抢险救灾等领域有着广泛的应用前景。

美国麻省理工学院研究了仿袋鼠跳跃机器人“Uniroo”，该机器人腿部结构类似于袋鼠的后腿，其肢体构件由铝管焊接而成，并在踝关节处加一个扭簧以减小着地冲击（刊物名称：Massachusetts Institute of Technology，刊出时间：1991年，论文名称：Uniroo--a one legged dynamic hopping robot）。随后日本Tohoku大学和东京大学对“Uniroo”进行了改进，联合研制了机器人“Kenken”，该机器人通过安装在脚后跟和腿部间的弹簧模拟袋鼠脚部的肌肉和筋腱等，实现类似袋鼠的奔跑（刊物名称：Robotics and Automation，刊出时间：2002，论文名称：Development of a biologically inspired hopping robot-“Kenken”）。国内，西北工业大学研究了仿袋鼠跳跃机器人的单腿刚柔混合机构模型，该模型中仿袋鼠跳跃机器人的躯干、大腿、小腿由刚性构件构成，脚部则由均质柔性杆构成，利用均质柔性杆的弹性变形模拟袋鼠脚部的柔性（刊物名称：机器人，刊出时间：2006年，论文名称：考虑脚部柔性的仿袋鼠跳跃机器人运动特性研究）。

上述仿袋鼠跳跃机器人脚部结构均由刚性构件或均质柔性杆构成，这些结构虽然实现了机器人的跳跃运动，安装弹簧或由均质柔性杆构成的脚部还可储能和缓解落地冲击，但都无法实现脚部轮廓的触地自适应变形特性，即要求仿袋鼠跳跃机器人在跳跃过程的着地阶段脚部接触地面后产生轮廓变形，脚尖呈弯曲状态。从而确保机器人实现落地缓冲与稳定、能量的自动存储与释放等功能。

发明内容

为克服现有技术中存在的仿袋鼠跳跃机器人脚部轮廓不可触地自适应变形的不足，本发明提出了一种仿袋鼠跳跃机器人的自适应变形脚。

本发明包括曲线脚背杆、曲线脚底杆、框架形脚跟、第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆、柔性直杆、柔性斜杆和脚尖柔性杆；其中：

曲线脚背杆位于曲线脚底杆的正上方，并且所述曲线脚背杆的顶端和曲线脚底杆的顶端通过第十柔性铰链连接，形成了脚尖；曲线脚背杆的末端与框架形脚跟的一端通过第一柔性铰链连接；所述框架形脚跟的另一端的上表面与曲线脚背杆的下表面通过第五柔性铰链连接；

第一内撑杆、第二内撑杆、第三内撑杆均位于曲线脚背杆与框架形脚跟之间；柔性直杆位于框架形脚跟通过第五柔性铰链与曲线脚背杆连接一端的顶端；柔性斜杆位于脚尖与柔性直杆之间；脚尖柔性杆呈水平状态安装在脚尖处；所述第五柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的13/40处。

所述第一内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第二下柔性铰链连接，第一内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第一内撑杆与水平面正方向之间有45度夹角，并且该第一内撑杆的上端通过第二上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第二内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第三下柔性铰链连接，第二内撑杆的上端向脚尖方向倾斜，使该第二内撑杆与水平面正方向之间有60度夹角，并且该第二内撑杆的上端通过第三上柔性铰链与曲线脚背杆的下表面连接；第三内撑杆垂直于水平面，并且该第三内撑杆的下端与框架形脚跟的内表面通过第四下柔性铰链连接，第三内撑杆的上端与曲线脚背杆的下表面通过第四上柔性铰链连接；所述第二上柔性铰链、第三上柔性铰链、第四上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置分别位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/40、1/8和1/4处。

所述柔性直杆的上端通过第六上柔性铰链与曲线脚背杆连接，所述柔性直杆的下端通过第六下柔性铰链与曲线脚底杆的上表面连接；所述柔性直杆垂直于水平面；所述第六上柔性铰链与曲线脚背杆下表面连接点的位置位于该曲线脚背杆自末端至顶端总长度的3/8处。