[发明专利]一种仿岩羊刚柔耦合缓冲防滑蹄掌

说明书

一种仿岩羊刚柔耦合缓冲防滑蹄掌，包括第一、第二侧边回形形态结构，第一、第二蹄掌趾部刚性分体结构，第一、第二橡胶蹄掌底板柔性分体结构；蹄掌趾部刚性分体结构的内部中空，蹄掌趾部刚性分体结构的外侧底部和跟部与橡胶蹄掌底板柔性分体结构形成刚柔耦合结构，蹄掌趾部刚性分体结构的外侧底部呈现内凹状态，橡胶蹄掌底板柔性分体结构呈现内凹状态。蹄掌趾部刚性分体结构的外侧面均分布着倒刺形状的侧边回形形态结构、蹄掌趾部刚性分体结构的底部前后左右方向的曲面以及蹄掌趾部刚性分体结构的外中侧刚柔耦合巧妙地实现了其坡面运动防滑、缓冲和路面适应的生物力学功能的有效统一和结合，提高本发明运动的稳定性和安全性。

技术领域

本发明属于机械仿生工程技术领域，特别涉及一种应用于四足机器人的仿岩羊刚柔耦合缓冲防滑蹄掌。

背景技术

目前的移动机器人大致可分为轮式机器人和腿足式机器人，腿足式机器人相对于轮式机器人，可以采用不同的步态和与地面不同的接触方式，进而有效越障并适应复杂的路面情况。随着科学技术的进步，仿生腿足式机器人获得了快速发展并在社会的多个领域被广泛应用。在众多类型的足式机器人中，四足步行机器人由于承载能力强、稳定性好、结构简单等显著特点，获得了快速发展，也是仿生机器人领域的研究热点。

目前，多数四足机器人在水平路面具有稳定的静态/动态运动特性，个别能够攀爬具有较小坡度(≦30°)的路面。当坡面角度持续增大时，机器人足部极易发生打滑现象，进而造成支撑腿与地面反作用力突然降低，使得机器人机身失控，导致机体失稳。世界范围内，针对这一问题，研究人员多从姿态控制算法、复杂牵引控制系统方面进行探索，取得了一定成果，但分析发现，面对大坡度路面时，目前仍未有较好的解决方案。

足部作为四足机器人机体在运动过程中唯一并首先与路面发生接触作用的部位，其结构与材料决定了足与地面的力学作用界面特征，目前尚未受到足够重视，尤其是能够有效辅助机器人实现在大角度坡面平稳攀爬运动的仿生足部的创新设计。调研发现，当前的四足仿生机器人的足部多为刚性球面或者曲面机械足整体化设计，或辅以弹簧进行缓冲减振，此设计能够在一定程度上起到冲击吸收作用，但在斜坡路面环境中，此类足部设计由于刚性大、整体式设计而很难保证机器人足部触地或触岩的稳定接触状态，尤其是在足-斜坡路面接触作用中无法调整足部与地的接触状态和接触形式，因此难以保证有效的抓地防滑效果。

综观上述四足机器人在大角度坡面攀爬时其足部易打滑失稳的研究现状，急需一种能够有效抓地缓冲并防滑的仿生蹄掌。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有四足机器人足部在大角度坡面接触运动中的足部缓冲防滑性能差的问题，而提供一种能克服上述缺点的仿岩羊刚柔耦合缓冲防滑蹄掌。

本发明包括第一侧边回形形态结构、第二侧边回形形态结构、第一蹄掌趾部刚性分体结构、第二蹄掌趾部刚性分体结构、第一橡胶蹄掌底板柔性分体结构和第二橡胶蹄掌底板柔性分体结构。第一蹄掌趾部刚性分体结构与第二蹄掌趾部刚性分体结构呈左右方向对称布置，其与腿部连接部分采用发明人前期已开发的踝部连接平台。第一侧边回形形态结构为外扣下翻型，并均匀排列分布于第一蹄掌趾部的外侧壁面。第一侧边回形形态结构与第一蹄掌趾部刚性分体结构之间采用螺栓连接。第一橡胶蹄掌底板柔性分体结构与第一蹄掌趾部刚性分体结构之间采用螺栓连接；第一蹄掌趾部刚性分体结构内部中空，第一蹄掌趾部刚性分体结构的壁面满足特定的曲线方程，第一蹄掌趾部刚性分体结构的外侧底部和第一蹄掌趾部刚性分体结构的跟部与第一橡胶蹄掌底板柔性分体结构形成刚柔耦合结构，第一蹄掌趾部刚性分体结构的外侧底部相较于第一蹄掌趾部刚性分体结构的跟部呈现内凹状态，第一橡胶蹄掌底板柔性分体结构相较于第一蹄掌趾部刚性分体结构的外侧底部呈现内凹状态。

本发明的工作原理和过程为：本发明是根据在悬崖峭壁只要有一脚之棱，便能灵活稳固防滑攀登的岩羊蹄部的特殊结构与材料特征得到的启发。