[发明专利]一种仿生被动增稳防滑足

说明书

一种仿生被动增稳防滑足，包括连接头，左、右两侧第一轴承，左、右两侧第一连杆，左、右两侧第二轴承，左、右两侧第二连杆，左、右两侧梯度模量刚柔耦合蹄趾，左、右两侧柔性蹄底，趾间韧带，前、后拉簧，复位扭簧。蹄趾为由外到内弹性模量呈高‑低‑高‑低‑高的刚柔耦合结构，蹄趾底面为凹坑结构，在凹坑内部嵌有表面带有仿生凸起条纹的柔性蹄底，并与蹄趾形成带有凹坑的刚柔耦合蹄趾；趾间韧带为蹄趾提供向内的拉力，使蹄趾可以紧抓地面或凸起的岩石；蹄趾可绕第二连杆左右旋转以适应更加复杂的地面障碍物，提高蹄趾的路面通过性和稳定性；本发明可以有效提高仿生足的防滑抓地性能和触地缓冲性能，有效保证了仿生足的触地稳定性。

技术领域

本发明属于机械仿生工程技术领域，具体涉及一种仿生被动增稳防滑足。

背景技术

随着机器人技术的发展与成熟，腿足式机器人在人类日常生活和工作中的作用日益增加，尤其在探险、国防、救灾和行星探测等人类活动受限的领域具有至关重要的作用；在所有类型的腿足式机器人中，因四足机器人比双足机器人具有更高的运动稳定性，可以适应各种非结构路面和复杂地形，同时相比于六足及以上的多足机器人结构简单降低了控制难度，是目前腿足式机器人研究领域的热点。

目前，国内外众多的四足机器人可以实现在水平路面上的奔跑、跳跃和后空翻等各类运动，个别的机器人还可以在30°以下的斜坡上行走，但是这些机器人在大于30°的斜坡上行走时，足部的防滑性能和触地稳定性会大幅下降，机器人极易因触地打滑而失稳，最终导致机器人倾倒而无法在斜坡上行走；为解决这一问题，国内外众多的研究和设计中，主要通过姿态控制算法、增加各关节执行器输出功率来提升爬坡能力，取得了一定的成效，但是分析发现，在较大坡度的路面上的稳定行走仍然是一个难题，具有极大的挑战性。

足部作为四足机器人唯一与地面接触的部分，在行走过程中具有至关重要的作用，但是目前四足机器人的足端并未得到足够的重视，大多数四足机器人的足端形状为圆柱形或球形，其结构简单，在与地面相互作用时无法实时调整，同时这类足端为点接触、线接触或者小面积的面接触，防滑性能较差，限制了四足机器人在大坡度斜坡上的稳定行走能力。

研究发现，岩羊具有优越的攀爬性能，它可以在悬崖峭壁上自由行走，其可攀爬坡度大于75°，可以在不同的岩石之间自由跳跃，在这些运动过程中其蹄部结构和材料特性起着至关重要的作用；经过试验发现，岩羊蹄趾在触地时可以灵活的张开抓紧地面，通过趾间韧带进一步提升抓地力，蹄底的凹坑结构可以适应路面突起，进一步锁合地而增加稳定性；蹄趾角质层的分层刚柔耦合结构以及柔性的蹄底，可以有效地耗散和吸收足部与地面接触时的冲击力，提升岩羊蹄趾的触地稳定性；同时，柔性蹄底表面的凸起结构可以很好的与粗糙路面结合，提升摩擦力，防止蹄部与地面之间的滑动，进而为四足机器人的被动增稳防滑足提供了新的设计思路。

综观上述四足机器人在大坡度的斜坡上攀爬时稳定性差难题，急需一种能够增稳防滑的仿生足提升在大坡度的斜坡上攀爬时的稳定性。

发明内容

本发明的目的是为了解决传统的四足机器人足端在复杂的非结构路面和大坡度斜坡路面运动时触地稳定性差的问题，而提出一种仿生被动增稳防滑足，以提升四足机器人在复杂的非结构路面和大坡度路面行走时的运动稳定性。

一种仿生被动增稳防滑足，包括安装孔、连接头、左侧第一轴承、左侧第一连杆、左侧第二轴承、左侧第二连杆、左侧蹄趾、趾间韧带、右侧第一轴承、右侧第一连杆、右侧第二轴承、右侧第二连杆、右侧蹄趾、左侧柔性蹄底、右侧柔性蹄底、左侧前拉簧、左侧后拉簧、右侧前拉簧、右侧后拉簧、蹄趾安装轴、复位扭簧、蹄趾安装螺栓、左侧前拉簧上安装孔、左侧前拉簧下安装孔、左侧后拉簧上安装孔、左侧后拉簧下安装孔、右侧前拉簧上安装孔、右侧前拉簧下安装孔、右侧后拉簧上安装孔和右侧后拉簧下安装孔；

带有安装孔的连接头用于将仿生足安装在四足机器人的腿部；

左侧第一轴承和右侧第一轴承分别穿过左侧第一连杆和右侧第一连杆上端的预留孔，并与连接头下端的预留孔进行连接，形成外展和内收的活动关节；