[发明专利]具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌

摘要

一种具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，属于机器人技术应用领域。它包括小腿梁（1）、一维力传感器（2）、牵线舵机支架(3)、旋转支撑架(4)、牵线舵机(5)、旋转法兰(6)、二维力传感器(7)、球头(8)、球关节盖、弹簧、脚趾片基底和粘附材料。本发明可以主动驱动多个脚趾，实现主动粘附和主动脱附功能；采用不同方向的一维力和二维力传感器组合，与主动粘附和脱附机构运动解耦，避免了运动与力感知的耦合问题；增加了具有8个复位弹簧约束的3自由度的球关节，脚掌具有空间表面自适应能力。

主权项

1.一个具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌，安装于小腿梁上，其特征在于:定义三维坐标系，Z轴为脚掌向上方向，Y轴为脚掌向后方向，X轴为脚掌向左方向；该具有主动粘/脱附的接触力自感知与自适应仿壁虎脚掌包括一维力传感器（2）、牵线舵机支架(3)、牵线舵机(5)、旋转支撑架(4)、旋转法兰(6)、二维力传感器(7)、球头(8)、球关节盖；其中一维力传感器(2)一端与小腿梁固定，另一端与牵线舵机支架(3)固定；一维力传感器(2)的XY面贴有Z向应变片(2a)；其中牵线舵机(5)置于牵线舵机支架(3)内；其中旋转支撑架(4)固定于牵线舵机支架(3)上方，牵线舵机(5)输出轴平行Z轴，牵线舵机(5)输出轴穿出旋转支撑架(4)，并与旋转法兰(6)固定；其中二维力传感器(7)顶端与牵线舵机支架(3)下端固定，二维力传感器(7)的YZ面和XZ面分别贴有X向应变片(7a)和Y向应变片(7b)；其中球头(8)的上部为杆端、下部为球端，球头的杆端与二维力传感器(7)底端固定，其中球关节盖由球关节上盖(9)和球关节下盖(10)组成，两者固定并将球头(8)的球端包裹在内；球关节盖有四个均布的侧表面，每个侧表面固定有一脚趾片，每个脚趾片下方贴有粘附材料；球关节盖的每个侧表面与二维力传感器（7）之间安装有弹簧；四个上述脚趾片按逆时针方向依次称为一号脚趾片（11）、二号脚趾片（12）、三号脚趾片(13)、四号脚趾片(14)；每个脚趾片前部两端和根部两侧各有一个定位端；其中一号脚趾片（11）按逆时针方向前部两端的定位端依次为一号脚趾片一号端（11‑1）、一号脚趾片二号端（11‑2），根部两侧的定位端依次为一号脚趾片三号端（11‑3）、一号脚趾片四号端（11‑4），其中二号脚趾片（12）按逆时针方向前部两端的定位端依次为二号脚趾片一号端（12‑1）、二号脚趾片二号端（12‑2），根部两侧的定位端依次为二号脚趾片三号端（12‑3）、二号脚趾片四号端（12‑4），其中三号脚趾片（13）按逆时针方向前部两端的定位端依次为三号脚趾片一号端（13‑1）、三号脚趾片二号端（13‑2），根部两侧的定位端依次为三号脚趾片三号端（13‑3）、三号脚趾片四号端（13‑4），其中四号脚趾片（14）按逆时针方向前部两端的定位端依次为四号脚趾片一号端（14‑1）、四号脚趾片二号端（14‑2），根部两侧的定位端依次为四号脚趾片三号端（14‑3）、四号脚趾片四号端（14‑4）；其中球关节盖的均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称作球关节盖c孔（9c），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作球关节盖d孔(9d)，对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作球关节盖a孔(9a)，对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作球关节盖b孔(9b)；其中二维力传感器（7）底部均匀布置四个轴向通孔，对应一号脚趾片（11）和二号脚趾片（12）之间的通孔称二维力传感器一号孔（7‑1），对应二号脚趾片（12）和三号脚趾片（13）之间的通孔称作二维力传感器二号孔（7‑2），对应三号脚趾片（13）和四号脚趾片（14）之间的通孔称作二维力传感器三号孔（7‑3），对应四号脚趾片（14）和一号脚趾片（11）之间的通孔称作二维力传感器四号孔（7‑4）；其中旋转支撑架（4）按逆时针方向均匀设置四个通孔，依次称为旋转支撑架a孔（4a）、旋转支撑架b孔（4b）、旋转支撑架c孔（4c）、旋转支撑架d孔（4d）；其中旋转法兰（6）按逆时针方向均匀设置四个固定端，依次称为旋转法兰a端（6a）、旋转法兰b端（6b）、旋转法兰c端（6c）、旋转法兰d端（6d）；该脚掌设置有16根线，分别为一号脚趾a脱附线(11a)、一号脚趾b脱附线(11b)、一号脚趾c粘附线(11c)、一号脚趾d粘附线(11d)、二号脚趾a脱附线(12a)、二号脚趾b脱附线(12b)、二号脚趾c粘附线(12c)、二号脚趾d粘附线(12d)、三号脚趾a脱附线(13a)、三号脚趾b脱附线(13b)、三号脚趾c粘附线(13c)、三号脚趾d粘附线(13d)、四号脚趾a脱附线(14a)、四号脚趾b脱附线(14b)、四号脚趾c粘附线(14c)、四号脚趾d粘附线(14d)；其中一号脚趾b脱附线(11b)一端固定于一号脚趾片二号端（11‑2），通过旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾a脱附线(12a) 一端固定于二号脚趾片一号端（12‑1），通过旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾b脱附线(12b)一端固定于二号脚趾片二号端（12‑2），通过旋转支撑架b孔（4b）后，另一端固定于旋转法兰b端（6b）；其中三号脚趾a脱附线(13a) 一端固定于三号脚趾片一号端（13‑1），通过旋转支撑架b孔（4b）后，另一端固定于旋转法兰b端（6b）；其中三号脚趾b脱附线(13b) 一端固定于三号脚趾片二号端（13‑2），通过旋转支撑架c孔（4c）后，另一端固定于旋转法兰c端（6c）；其中四号脚趾a脱附线(14a) 一端固定于四号脚趾片一号端（14‑1），通过旋转支撑架c孔（4c）后，另一端固定于旋转法兰c端（6c）；其中四号脚趾b脱附线(14b) 一端固定于四号脚趾片二号端（14‑2），通过旋转支撑架d孔（4d）后，另一端固定于旋转法兰d端（6d）；其中一号脚趾a脱附线(11a)一端固定于一号脚趾片一号端（11‑1），通过旋转支撑架d孔（4d）后，另一端固定于旋转法兰d端（6d）；其中一号脚趾d粘附线(11d)一端固定于一号脚趾片四号端（11‑4），依次经过球关节盖a孔(9a)、二维力传感器三号孔（7‑3）、旋转支撑架c孔（4c）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾c粘附线(12c)一端固定于二号脚趾片三号端（12‑3），依次经过球关节盖a孔(9a)、二维力传感器三号孔（7‑3）、旋转支撑架c孔（4c）后，另一端固定于旋转法兰a端（6a）；其中二号脚趾d粘附线(12d)一端固定于二号脚趾片四号端（12‑4），依次经过球关节盖b孔(9b)、二维力传感器四号孔（7‑4）、旋转支撑架d孔（4d）后，另一端固定于旋转法兰b端（6b）；其中三号脚趾c粘附线(13c)一端固定于三号脚趾片三号端（13‑3），依次经过球关节盖b孔(9b)、二维力传感器四号孔（7‑4）、旋转支撑架d孔（4d）后，另一端固定于旋转法兰b端（6b）；其中三号脚趾d粘附线(13d)一端固定于三号脚趾片四号端（13‑4），依次经过球关节盖c孔(9c)、二维力传感器一号孔（7‑1）、旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰c端（6c）；其中四号脚趾c粘附线(14c)一端固定于四号脚趾片三号端（14‑3），依次经过球关节盖c孔(9c)、二维力传感器一号孔（7‑1）、旋转支撑架a孔（4a）后，另一端固定于旋转法兰c端（6c）；其中四号脚趾d粘附线(14d)一端固定于四号脚趾片四号端（14‑4），依次经过球关节盖d孔(9d)、二维力传感器二号孔（7‑2）、旋转支撑架b孔（4b）后，另一端固定于旋转法兰d端（6d）；其中一号脚趾c粘附线(11c)一端固定于一号脚趾片三号端（11‑3），依次经过球关节盖d孔(9d)、二维力传感器二号孔（7‑2）、旋转支撑架b孔（4b）后，另一端固定于旋转法兰d端（6d）。