[实用新型]一种具有仿生跖趾关节的半被动双足步行机

摘要

本实用新型公开了一种具有仿生跖趾关节的半被动双足步行机，包括髋部总成、腿部总成、足部总成。第二机架、第三机架、一对第四机架、一对第五机架由内向外对称地布置在第一机架的两侧，构成步行机的机架主体部分。腿部结构左右一致，且在一定范围内可以自由调节腿部长度。足部结构左右对称，球铰可以模拟人类脚踝的功能，第一足趾连接件、扭簧、第二足趾连接件、构成了仿生跖趾关节的连接部分，仿生跖趾关节的运动旋转轴角度参考人类跖趾关节进行设计。本实用新型通过利用齿轮组，实现了步行机髋部时刻保持在左右两腿在矢状面的角平分线上，同时引入仿生跖趾关节提高了步行机地面适应能力。

主权项

一种具有仿生跖趾关节的半被动双足步行机，其特征在于：包括髋部总成(1)、腿部总成(2)和足部总成(3)；所述的髋部总成(1)包含第一机架(11)、第二机架(12)、上肢(16)、第一轴(17)、第一齿轮(18)、髋腿连接件(121)和舵机(123)；第二机架(12)、第三机架(13)、一对第四机架(14)、一对第五机架(15)由内向外对称地布置在第一机架(11)的两侧，同时，第二机架(12)、第三机架(13)通过第一内六角螺钉与(127)与第六机架(124)固连；第一轴(17)布置在第三机架(13)、与第三机架(13)同侧的第四机架(14)之间，并与第三机架(13)、第四机架(14)构成转动副，第一齿轮(18)、第八齿轮(119)固连在第一轴(17)的两端；第二轴(110)布置在第二机架(12)和与第二机架(12)同侧的第四机架(14)之间，并与第二机架(12)、第四机架(14)构成转动副，第二齿轮(19)、第三齿轮(111)固连在第二轴(110)的两端；两个第三轴(112)分别布置在同侧的第四机架(14)、第五机架(15)之间，并与第四机架(14)、第五机架(15)构成转动副，第四齿轮(113)、第九齿轮(120)分别布置在两侧的第四机架(14)、第五机架(15)之间，并分别与对称分布的两个第三轴(112)固连，同样对称分布的上肢(16)分别固连在两侧的第三轴(112)的一端；第四轴(114)一端与第五齿轮(115)固连，另一端与第二机架(12)构成转动副；第五轴(117)布置在第二机架(12)、第三机架(13)之间并与第二机架(12)、第三机架(13)构成转动副，第六齿轮(116)、第七齿轮(118)分布在第二机架(12)、第三机架(13)之间并与第五轴(117)固连；这里，第一齿轮(18)与第七齿轮(118)啮合，第五齿轮(115)分别与两侧的第二齿轮(19)、第六齿轮(116)啮合，第三齿轮(111)与第四齿轮(113)啮合，第八齿轮(119)与第九齿轮(120)啮合；第三齿轮(111)、第四齿轮(113)、第八齿轮(119)和第九齿轮(120)的模数、齿数一致，第一齿轮(18)和第七齿轮(118)的模数、齿数一致，第五齿轮(115)、第二齿轮(19)和第六齿轮(116)的模数、齿数一致；对称分布的髋腿连接件(121)分别与第一轴(17)、第二轴(110)固连；最后，步行机的动力由舵机(123)通过第十齿轮(122)与第七齿轮(118)的啮合来传递，这里，舵机(123)通过对称分布的两对螺母(125)、内六角螺栓(126)固定在第六机架(124)上；所述的腿部总成(2)包含第一连杆(21)、第一圆柱销(22)、第二连杆(23)、第二圆柱销(24)和第三连杆(25)；两个第一连杆(21)的一端与髋腿连接件(121)固连，另一端通过第一圆柱销(22)与第二连杆(23)固连，第三连杆(25)则通过第二圆柱销(24)与第二连杆(23)固连；第一连杆(21)、第二连杆(23)、第三连杆(25)均分布有等距的销孔，方便第一圆柱销(22)、第二圆柱销(24)以插接的形式对步行机腿部长度进行调节；所述的足部总成(3)分为左右两个部分，包含腿足连接件(31)、第一拉簧(33)、第二拉簧(34)、第三拉簧(35)、第四拉簧(39)、右脚掌(310)、第一足趾连接件(311)、扭簧(313)、第二足趾连接件(314)、仿生右脚趾(315)、左脚掌(316)、仿生左脚趾(318)；腿足连接件(31)用于足部与第三连杆(25)的连接；四个一组的第一吊环螺钉(32)均匀地布置在腿足连接件(31)上；第二吊环螺钉(37)对应第一吊环螺钉(32)同样均匀分别布置在右脚掌(310)、左脚掌(316)的中部；第一吊环螺钉(32)与第二吊环螺钉(37)之间分别布置有第一拉簧(33)、第二拉簧(34)、第三拉簧(35)、第四拉簧(39)，其中第一拉簧(33)与第三拉簧(35)对称布置在足部的冠状面，第二拉簧(34)、第四拉簧(39)布置在足部的矢状面；两个球铰(36)上端以螺纹连接的形式固连在腿足连接件(31)上，下端通过第二内六角螺钉(38)分别固定在右脚掌(310)和左脚掌(316)上，球铰(36)可以模拟人类脚踝的功能；两个第一足趾连接件(311)通过螺钉(312)分别与右脚掌(310)、左脚掌(316)固连，两个第二足趾连接件(314)分别固定在仿生右脚趾(315)、仿生左脚趾(318)的中上部；第一足趾连接件(311)与转轴(317)固连，第二足趾连接件(314)与转轴(317)铰接；转轴(317)同时穿过扭簧(313)，通过扭簧(313)对第一足趾连接件(311)与第二足趾连接件(314)的作用来实现仿生右脚趾(315)与仿生左脚趾(318)的运动和复位；第一足趾连接件(311)、扭簧(313)、第二足趾连接件(314)、构成了仿生跖趾关节的连接部分。