[发明专利]一种仿岩羊机械足

说明书

技术领域

本发明属于机械设计领域，涉及一种仿岩羊机械足。

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，如传统机械足在岩石表面、大坡度、不平整地面行走时，会产生落地不稳、支撑点打滑、推动力不足、行走困难等现象。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，需要进一步研究。

发明内容

本发明针对上述传统机械足在岩石表面、大坡度、不平整地面行走困难问题，提出了一种仿岩羊机械足装置，适合腿式、轮腿式机器人行走步态模式下在岩石、大坡度等地面行走。

一种仿岩羊机械足，包括机械接口、踝关节和脚掌，其特征在于：

机械接口将机械足与机器人的腿部连接，包括与机器人腿部以及踝关节连接的至少一个连接部件，以及快速更换系统；

踝关节固定于机械接口下方，包括固定部件、一对对称的转轴和扭簧，固定部件与机械接口连接并安装有转轴和扭簧，扭簧套于转轴上，一端连接于固定部件上，另一端连接于脚掌的蹄掌上，转轴与水平面形成一定角度，将脚掌绕水平轴与绕铅垂轴两个方向的转动合成为一个转动；

脚掌包括两个蹄掌，通过与转轴连接而安装在踝关节下方，可以通过转轴分别绕踝关节转动，并通过与之连接的扭簧增大转动阻尼，蹄掌中空，里面塞入柔性材料制成的蹄垫，增大脚掌底部柔软度，整个脚掌模拟岩羊蹄掌的运动。

所述的至少一个连接部件包括接口内壳和接口外壳，所述的接口内壳与机器人的腿部连接，且只有一个移动自由度，所述的接口外壳通过螺栓与踝关节固连。

接口外壳两侧通过螺钉与机械足踝关节固连，接口内壳套在接口外壳内，上端开有四个通孔，通过螺栓与机器人的腿部固连，接口内壳和接口外壳两侧开有直槽口；所述的快速更换系统为弹簧扣结构，包括快换杆、金属垫片和弹簧扣，通过该弹簧扣结构对机械足进行快速固定和拆卸，快换杆能够在直槽口内移动，接口外壳两侧同时开有弹簧扣槽，弹簧扣通过卡入固定或通过掰开拆卸。

踝关节的所述固定部件包括中心板和铰链盖，中心板两侧开有通孔，通过螺钉与机械接口的接口外壳固定，中心板下端开有通孔，通过螺钉与铰链盖固定；铰链盖下端开有用以安装转轴的通孔，转轴末端有螺纹，拧上螺母即固定在铰链盖下端开设的通孔里；铰链盖侧方具有用来连接扭簧末端的通孔，扭簧套于转轴上，一端靠在转轴端部的挡片上，并通过伸出的支脚连接于铰链盖侧方的通孔上，扭簧的另一端连接于脚掌的蹄掌上；铰链盖、转轴和扭簧均为两个且对称。

脚掌的蹄掌有两个且对称，内部中空，上端开有铰链孔，穿入转轴并可绕转轴转动，铰链孔旁开有用于连接扭簧末端的通孔，使蹄掌绕转轴转动时受到扭簧的阻力；蹄掌内侧开有螺钉孔，由柔性材料制成的蹄垫开有与蹄掌螺钉孔对应的螺钉通孔，塞入蹄掌内腔后，螺钉穿过上述螺钉孔和螺钉通孔将蹄掌与蹄垫固定，蹄垫略凸出蹄掌底部，增大触地柔软度。

所述的柔性材料制成的蹄垫为橡胶蹄垫，橡胶蹄垫中部略内凹，橡胶柔软踩在岩石尖点上会内凹，包夹住岩石表面，使脚掌不易滑动；两个对称的蹄掌前端较尖，能够嵌入石缝中，来固定足部；蹄掌绕转轴向后转动时，后端合拢，同时后端将高于前端，形成的夹角可以在下坡时钩挂住岩石凸起，防止滑动；蹄掌绕转轴向前转动时前端合拢，同时前端高于后端，便于在上坡时钩挂住岩石凸起，防止滑动。

本发明的优点在于：

(1)本发明所述的装置能够模拟岩羊足在岩石表面、大坡度、不平整地面行走中的蹄掌张开，嵌入石缝，包夹岩石，钩挂岩石突起等功能，大大改善腿式机器人在岩石表面、大坡度、不平整等地面的行走性能；

(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是本发明的一种仿岩羊机械足的正视图；

图2是本发明的一种仿岩羊机械足的正视半剖图；

图3是本发明的一种仿岩羊机械足的侧视图；

图4是本发明的一种仿岩羊机械足的俯视图；

图5是本发明机械接口结构示意图；

图6是本发明的踝关节结构示意图；

图7是本发明的脚掌结构(未变形)示意图；

图8、图9是本发明的脚掌机构(着地变形)示意图；

图中：