[发明专利]一种双足机器人柔性足部结构

说明书

本发明提供一种双足机器人柔性足部结构，至少包括基座板和设于基座板下侧的支承结构，支承结构包括两个连杆和可伸缩的弹性组件，连杆与基座板铰接，连杆包括第一支臂和第二支臂，第一支臂与第二支臂固定连接，且第一支臂和第二支臂之间的夹角小于180°。弹性组件分别与两侧的第二支臂铰接。当基座板受力向下移动时，连杆受力转动，第二支臂受力转动，第二支臂在转动过程中带动弹性组件压缩或拉伸，弹性组件在拉伸或压缩的过程中为连杆的转动提供缓冲，模拟人脚足弓的扩张缓冲作用。本发明具有能够模拟人脚足弓的作用，更加符合人实际行走时的受力状态，同时使得机器人在模拟行走时具有更高的稳定性。

技术领域

本发明涉及机器人结构技术领域，尤其是机器人足部结构领域。

背景技术

仿生机器人是现代机械研究领域的热点方向，其中仿生机器人的足部结构是仿生机器人中的重点研究对象。现有技术中，仿生机器人的足部结构通常采用的平板形式，足部的缓冲功能一般通过在机器人的踝关节位置或者腿部设置缓冲结构实现。但是，实际的人脚包括足弓，在行走时并非整个人脚骨骼完全贴在地面上，而是足弓的前后两端提供主要受力，而且足弓在脚完全落地承重时能够轻微的扩张，以此来起到缓冲减震的效果。现有的平板式的机械足忽略了足弓这一特点，或者仅仅是模仿足弓的结构形式设计成刚性的弓形机械足而并未模拟足弓扩张时产生的缓冲效果。

而且，基于步态规划算法的简洁性考虑，设计机器人在平面或斜面上行走时，一般要求机械足落地承重时应与支撑面平行，以保证机械足与地面完全接触提高机器人的行走稳定性。但是实际使用时，由于机器人执行器的执行误差，或者机械足的结构尺寸误差，或者地面为非平面，机械足落地时会发生偏斜，导致机械足的一侧先落地，而非整个机械足与地面接触。在这种状态下，机械足与地面之间为线接触，且机械足与地面之间的线接触形式会持续一段时间，在机械足承重后，机械足与地面接触的部位会产生较大的瞬时力矩，产生较大冲击，严重影响机器人的行走稳定性，并且大冲击反馈至机械脚后同时会产生大瞬时电流，极大地影响机器人执行器的性能以及使用寿命。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的仿生机器人的机械足未能模拟实际足弓扩张时的缓冲减震效果，同时该种机械足在与地面接触时，一旦由于误差导致机械足其中一侧先落地，则会产生较大的冲击，影响机器人的稳定性，减少机器人执行器的性能以及使用寿命。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

本发明一种双足机器人柔性足部结构，至少包括：基座板；支承结构，所述支承结构至少为一个，所述支承结构设置于所述基座板的下端面上，所述支承结构至少包括两个连杆和可伸缩的弹性组件，所述连杆与所述基座板铰接，所述连杆至少包括第一支臂和第二支臂，所述第一支臂与第二支臂固定连接，且所述第一支臂与第二支臂之间的夹角小于180°；所述弹性组件连接于两侧的所述第二支臂之间，且所述弹性组件分别与两侧的所述第二支臂铰接。

这种方案带来的技术效果是，连杆与基座板之间形成一对转动副，当双足机器人柔性足部结构完全落地并承重时，连杆会受力而绕连杆与基座板的铰接位置转动。连杆转动时，连接于连杆之间的弹性组件被拉伸，因而弹性组件能够为连杆的转动提供缓冲作用，模拟足弓扩张时的柔性缓冲效果，使得双足机器人柔性足部结构更加接近实际的人脚。

优选的，所述弹性组件至少包括两个铰接件和至少一个连接于铰接件之间的拉簧，所述铰接件与所述第二支臂铰接，所述拉簧与所述铰接件可拆卸式连接。

进一步的，所述铰接件之间还设有轴套结构，所述轴套结构包括固定设于其中一个所述铰接件上的限位轴和固定设于另一个所述铰接件上的限位轴套，所述限位轴与所述限位轴套滑动连接，且所述限位轴与所述限位轴套的轴向与拉簧的可伸缩的方向平行。