[发明专利]一种足部结构及多足机器人

说明书

本申请提供一种足部结构及多足机器人。足部结构包括足部主体、多个支撑腿、弹性件和检测装置。当足部结构在行走面行走时，多个支撑腿的第二抵接部先接触到行走面，在冲击力作用下，第二抵接部和第一抵接部沿着枢接部做杠杆运动，使第一抵接部挤压弹性件，弹性件一方面吸收和衰减剩下的冲击力及震动，另一方面挤压检测装置，检测装置将检测到的弹性件力或距离数据的变化传递给控制系统，进而判断并精准控制足部触地状态。本申请足部结构在各个方向都能起到较好的缓冲减震效果，足端抓地稳定性好，而且可以通过精准检测并控制抓地力，精准的控制足端稳定触地行走。

技术领域

本申请涉及机器人领域，具体而言，涉及一种足部结构及多足机器人。

背景技术

随着科技的不断进步，仿生机器人被国内外众多企业、研究所和高校广泛关注，鉴于足式机器人应用场景较为多样化，有凹凸不平的坑洼地面、楼梯、鹅卵石路面、斜坡等，在这些路面上行走时，会受到来自垂直地面方向和水平方向的冲击力，该冲击会导致足端和地面之间产生较大滑移，从而使机器人自身姿态失稳。机器人大腿和小腿的摆动，又会导致机器人不平衡力的增加，加剧机器人自身抖动；而机器人足端直接和地面产生接触，为机器人提供稳定支撑及摩擦，是仿生机器人的核心组件之一；如果足端无法快速吸收、衰减来自地面的冲击力，这部分力将会通过腿部连杆传递到电机及躯干，将会使机器人电机及躯干承受较大的冲击力，而导致本体产生抖动，增加控制难度及结构件的损坏风险。同时，机器人靠足端支撑于地面，机器人运动时足端和地面处于摩擦状态，足端属于易磨损部件；因此，一个性能优良的足端不仅可以有效的吸收、衰减来自地面的冲击力，同时可以衰减足式机器人自身电机、减速机、大腿和小腿动摆动产生的动不平衡力引起的振动，还可以减少足端在地面上的滑移，提高自身姿态稳定性和减小控制难度，而且还具有良好的耐磨性能。

鉴于以上问题，目前本领域常规做法为采用空心球形橡胶加充气的结构，然后将橡胶用胶水粘接在足端，橡胶自身作为一个充气弹簧来达到缓冲减震的目的；但是该类足端在反复冲击力下，易出现脱胶，而且该类足端气压过大，反弹力也比较大，会使橡胶和地面之间产生较大滑移，胎压过低，又会导致足端变形较大，一旦出现漏气，足端会失效；也有一些直接或间接利用弹簧与足端连接来缓冲减震，但弹簧的调整力忽大忽小，不稳定也不好控制，无法做到精准控制；还有一些足部在与地面接触时，利用膨胀气囊压缩排气，起到缓冲减震的作用，同时脚趾板向外展开，达到缓冲防震效果，但膨胀气囊耐磨性能差、寿命短，而且每次足部与地面接触都要充气排气，操作较复杂。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对现有足式机器人的足端在触地行走时，易受各个方向的冲击力，难以各个方向都进行很好的缓冲减震，导致自身姿态稳定性差及控制难度大，足端各个方向抓地力不稳定，忽大忽小，难以精准检测抓地力并精准控制其稳定行走的问题，提供一种在各个方向都能起到较好的缓冲减震效果，足端抓地稳定性好，而且可以通过精准检测并控制抓地力，精准的控制足端稳定触地行走。

为此，本发明对现有多足机器人的足端结构进行了全新的设计，具体方案如下：

第一方面，本申请提供了一种足部结构，供物体接触行走面，包括：

足部主体，所述足部主体设有第一安装槽以及周向围绕形成所述第一安装槽的侧壁；定义垂直于所述行走面的方向为支撑方向，所述第一安装槽沿着支撑方向具有相对设置的顶壁和底壁；

多个支撑腿，每一所述支撑腿包括枢接部，枢接于所述第一安装槽的侧壁，自所述枢接部朝向所述第一安装槽内延伸形成第一抵接部，自所述枢接部远离所述第一安装槽且朝向所述行走面延伸形成第二抵接部，以接触所述行走面，每一所述支撑腿的所述第一抵接部和所述第二抵接部被构造成沿着所述枢接部做杠杆运动；

弹性件，收容于所述第一安装槽内，至少部分的所述弹性件设置于多个所述支撑腿的多个所述第一抵接部内侧且能够沿着所述第一抵接部的枢转路径发生弹性形变；