[实用新型]一种四足机器人后肢系统踝关节与脚掌

说明书

本实用新型公开了一种四足机器人后肢系统踝关节与脚掌，包括可转动连接的踝关节和脚掌，踝关节包括支撑板、支撑框、支撑架、丝杆传动单元和踝关节控制单元；丝杆传动单元上端固定在支撑架上部，丝杆传动单元下端的两个连接端通过两个第一连杆铰接支撑板的左右两端、通过两个第二连杆铰接支撑架的左右两端，用以实现控制支撑板的俯仰运动和翻转运动；脚掌包括脚跟、足弓、脚掌控制单元和脚趾。本实用新型能够有效提高腿式机器人对复杂地形的适应能力和抗干扰能力，增强与地面接触的可靠性，提高机器人在不规则地形环境下行走稳定性，扩充机器人脚掌与环境的交互能力，并相应降低了脚掌的机械复杂度，提高了踝关节与脚掌的控制精度。

技术领域

本实用新型属于机器人领域，具体涉及一种四足机器人后肢系统踝关节与脚掌。

背景技术

现阶段，机器人按照移动方式主要分为轮式机器人、履带式机器人和腿足式机器人，其研究的一个持续目标是增强移动系统的运动能力。履带式机器人和轮式机器人虽然在能源效率和控制方式上更加安全、高效、可靠，但面对复杂地形环境时，传统轮式机器人的稳定性和接地性能极大地降低，而履带式机器人虽然能适当降低对地形及环境的要求，但同时也存在灵活性差、控制精度低、维护成本高等缺点。然而，腿足式机器人则能很好的解决上述问题，其每条腿能够实现不同的动作，并借助各条腿的协调动作，将机器人的运动轨迹由连续态转变为离散态，将机器人受力分布在机器人脚掌与地面接触的离散点上，因此，腿足式机器人能够适应更广泛的地形、更灵敏的机器人与环境的交互能力且抗外界干扰能力更强。而改进、优化甚至设计全新的腿足式机器人踝关节与脚掌的结构、改善脚掌的控制方式则是提高机器人在复杂地形环境下行走稳定性和控制精度的重要途径。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷和不足，本实用新型提供了一种四足机器人后肢系统踝关节与脚掌，克服现有机器人脚掌与环境交互能力差、踝关节与脚掌的控制精度低的缺陷。

为达到上述目的，本实用新型采取如下的技术方案：

一种四足机器人后肢系统踝关节与脚掌，包括踝关节和脚掌，脚掌上端可转动安装所述踝关节；

所述踝关节包括与脚掌连接的支撑板、与支撑板前后两端可转动连接的支撑框、与支撑框左右两端可转动连接的支撑架、丝杆传动单元和用于控制踝关节的踝关节控制单元；所述丝杆传动单元上端固定在支撑架上部，丝杆传动单元下端的两个连接端通过两个第一连杆铰接支撑板的左右两端、通过两个第二连杆铰接支撑架的左右两端，用以实现控制支撑板的俯仰运动和翻转运动；

所述脚掌包括与踝关节连接的脚跟、倾斜布设的足弓、设于足弓上表面的脚掌控制单元和位于足弓端部的脚趾；所述足弓的两端通过扭簧分别与脚跟的上部和脚趾连接，扭簧能实现足弓与脚跟、脚趾之间的相对转动，使脚跟底面和脚趾能作为承重点与地面接触。

本实用新型还具有如下技术特征：

可选地，所述踝关节控制单元包括控制盒和传感器；控制盒安装在支撑架上，控制盒用于接收、处理踝关节上的传感器信息，并发出相应控制指令以使踝关节执行相应操作；

所述丝杆传动单元包括从下至上依次连接的连接端、丝杆、自锁主轴螺母机构、电机、与丝杆同轴的丝杆运动导轨和连接支座；

所述丝杆一端通过螺纹与连接端实现固定连接，丝杆另一端与配置在电机的输出轴上的自锁主轴螺母机构相连，实现由电机输出动力，带动自锁主轴螺母机构转动，进而带动丝杆上下运动，并通过踝关节控制单元中的增量编码器和数字式霍尔传感器检测电机转动角度、控制电机的正反转，实现踝关节的上下运动和翻转运动；