[发明专利]一种仿猫爪的防滑仿人机器人脚

说明书

本发明公开了一种仿猫爪的防滑仿人机器人脚，能够使仿人机器人像猫一样在脚掌落地时自如地伸出爪尖，钩住地面，使脚与地面紧密连接。该机器人脚包括脚掌和脚趾机构。脚掌包括圆环形止口和脚掌凸起。脚趾机构包括连杆A、连杆B、连杆C、被动弹簧、爪尖、脚趾止口凹槽、铰链A、铰链B、铰链C和铰链D。机器人本体通过力传感器套在圆环形止口中，实现与脚掌稳固连接，保证安装的精度和结构的强度。脚掌与连杆A固连，连杆A与连杆B、连杆C、爪尖通过铰链A、铰链C、铰链D、铰链B依次相连形成的四连杆机构。脚掌凸起与连杆A上同样尺寸的脚趾止口凹槽配合，形成止口，使机器人与地面接触时，连杆A不易发生松动。

技术领域

本发明涉及仿人机器人领域，具体涉及一种仿猫爪的防滑仿人机器人脚。

背景技术

当前仿人机器人主要依靠脚掌与地面进行接触，是一种浮动基机器人。仿人机器人的稳定性与脚掌和地面的相互作用有很大联系。根据ZMP稳定盘踞，仿人机器人实现稳定的行走动作，必须将脚掌与地面接触的零力矩点维持在脚掌与地面接触的多边形内。这种方法落实的前提是机器人的脚与地面始终保持静止，完全依靠机器人的肢体关节来调节平衡。此外，机器人在通过复杂地形时，例如仿山羊机器人要爬上较陡的岩石，需要脚掌与岩石稳定接触；腿足机器人经过冰面时，如果能够保证脚与冰面不相对滑动，就会简化控制过程。目前的仿人机器人虽然在建立模型时将脚与地面理想化的固连，但实际运行时由于不可控因素造成的约束条件偏离，会极大地影响性能，造成与预期结果的不符。

为了解决以上问题，人们发明了具有抓钩结构的机器人脚；或利用高摩擦系数的材料与地面直接接触，增大摩擦力；或利用真空吸附的原理，使机器人末端与环境表面紧密接触。

中国专利(201410454048.x)发明了一种圆盘形的能被动伸出爪齿的机器人脚。用来提高机器人稳定性。该设计利用一个沿着脚的外壳上下移动的部件，在地面对脚施加压力时，向下挤压爪齿。爪齿与脚外壳之间有斜面的滑动副，当移动部件向下压爪齿时，爪齿的运动被分解成向四周扩张，和向下伸出的运动。当地面与机器人的作用力消失，爪齿在复位弹簧的作用下收回。该发明的爪齿伸出和收回动作都是依靠滑动接触导向作用实现，机械效率差，机械磨损较大。传动结构复杂，体积和质量较大，不利于提高机器人的能量效率。中国专利(201310347962.x)发明了能够主动控制爪子抓住和释放环境表面的机器人足，同样是环形的，爪尖圆周分布。该发明利用电机加丝杠，产生上下直线运动。当要抓住地面时，推片向上运动，拉动弹簧，弹簧拉动爪尖向伸出的方向旋转。当要收回时，推片向下运动，推动张紧机构，通过杠杆使爪尖离开地面。该发明爪尖的伸出和收回都依靠电机驱动，没有被动过程，不利于多种环境下的简单控制。该发明机构复杂，爪尖伸出需要一套机构，收回通过另一套机构，降低了机器人足的可靠性。同样具有体积大，质量大，能量效率低的特点。

猫在奔跑、攀爬时，能自如地伸出爪子，爪尖能够嵌入地面或树木，进而增大与地面的摩擦力，提供向前的作用力，能量损失减小，而在普通场合不需要伸爪子，可以将它收起来，只用肉垫与地面接触，吸收冲击，减小噪音。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种仿猫爪的防滑仿人机器人脚，该结构简单且轻巧，能够提高机械效率、减小磨损的同时又能满足机器人运动的强度要求。

所述仿猫爪的防滑仿人机器人脚，包括：脚掌和脚趾机构，所述脚掌为矩形结构，其四角处各连接一个所述脚趾机构；所述脚趾机构包括连杆A、连杆B、连杆C、复位弹簧、爪尖、脚趾止口凹槽、铰链A、铰链B、铰链C、铰链D、缓冲垫块和滚轮；所述连杆A的一端有两个连接点，其中一个连接点通过所述铰链B与所述爪尖的中部铰接，另一个连接点通过所述铰链A与所述连杆B的一端铰接，所述连杆B的另一端通过所述铰链C与所述连杆C的一端铰接，所述连杆C的另一端通过所述铰链D与所述爪尖的一端铰接；所述爪尖的另一端为尖端；所述连杆A的另一端通过复位弹簧与所述爪尖连接；

令所述脚掌朝向地面时，所述连杆B与地面相对的一面为受压面，当所述受压面受压时，推动所述连杆B绕其与连杆A的铰接点转动；