一種柔性著陸的仿人機器人足部機構制造技術

本實用新型專利技術涉及一種柔性著陸的仿人機器人足部機構。現有的機器人足部沖擊吸收效果不好。本實用新型專利技術包括前邊沿向上彎曲的腳底板、底層橡膠墊、中間層橡膠墊、平端對頂波形彈簧、包覆片、多維柔性鉸鏈、六維力/力矩傳感器、踝支承座。在腳底板上方固定設置有多維柔性鉸鏈，踝支承座通過六維力/力矩傳感器與多維柔性鉸鏈連接；在腳底板下方從上至下依次設置有中間層橡膠墊和底層橡膠墊。本實用新型專利技術具有承受載荷大、行程短、所需空間小等優點，大大增強了足部吸收沖擊的能力。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于擬人機器人
，涉及柔性著陸的仿人機器人足部機構。
技術介紹
仿人機器人是當前機器人研究領域最活躍的研究方向之一，它是研究人類智能的高級平臺，綜合了機械、電子、計算機、傳感器、控制技術、人工智能、仿生學等多種學科的復雜智能機械。仿人機器人具有人的外形，而且具有移動功能、操作功能、聯想記憶、學習能力、情感交流、社交能力和具有部分人類經驗的最接近人的智能機器人。仿人機器人不同于一般的工業機器人，因為它不再固定在一個位置上，這種機器人具有靈活的行走系統，以便隨時走到需要的地方，包括一些對普通人來說不易到達的地方和角落，完成人或智能系統預先設置指定的工作。所以仿人機器人的關鍵技術是具有行·走機構，其行走的速度、穩定性、步態的靈活性會直接影響工作能力與效率。在行走過程中，當腳部與地面接觸而產生沖擊時，沖擊會通過踝關節逐漸傳送到機器人的驅干，正是由于這種沖擊，機器人的動態平衡會受到干擾，從而導致步態不穩定，更嚴重的是會機器人對內部的精密減速機構、伺服電機、精密傳感器等精密部件造成損傷，這樣勢必就限制了仿人機器人的步行速度以及行走步態的連貫性，導致仿人機器人失去平衡，影響控制穩定性等，所以在設計仿人機器人的腳部機構時必須充分考慮沖擊吸收的問題。為了解決上述問題，目前已經研制出多種在走路期間能夠吸收沖擊的仿人機器人腳部機構。中國專利CN101402380A，一種仿人機器人足部沖擊吸收機構，該方案包括腳底板，減震柱，上壓板，上蓋板，調節墊圈，腳面外殼，六維力傳感器，防滑墊，并且腳底板的前端和后端都設計成斜面，有利于實現腳跟著地、腳尖離地的行走方式。減震柱設置在腳底板和上壓板中間，上蓋板通過調節墊圈也和腳底板相連，六維力傳感器與仿人機器人的腿部相連。當仿人機器人行走時，防滑墊與地面接觸，直接受到地面的反作用力，將力通過腳底板傳遞給減震柱，減震柱有效地吸收此沖擊力，而且可以通過調節調節墊圈的厚度來改變減震柱的壓緊力。此種類型的沖擊吸收裝置有下述缺點，當振動施加在機器人的腳跟或者是腳趾處的時候，不能有效地減弱所產生的振動。中國專利CNlOl 108146A，一種人形機器人腳，給出了一種人形機器人腳的設計方法，包括橡膠腳底層、腳板、六維力傳感器、上法蘭、下法蘭、傾角傳感器、觸覺陣列墊、信號處理系統和腳面。信號處理系統安裝在腳板的前部，傾角傳感器安裝在中部，六維力傳感器安裝在腳跟處。當機器人行走時，人形機器人腳上的六維力傳感器檢測機器人行走過程中腳與路面接觸時的地面反作用力，傾角傳感器檢測腳板的傾斜角度，觸覺陣列墊檢測腳與路面的接觸位置與接觸狀態等信息，信號處理系統實時采集和處理這些信息，計算機器人行走時的ZMP軌跡，判斷腳的狀態，推測機器人的行走路面情況，并發送給機器人的控制系統，為機器人的步態規劃提供依據，提高人形機器人行走時的步態穩定性和自然性。橡膠腳底層與路面接觸的下表面有防滑槽，橡膠腳底層具有彈性，用于吸收人形機器人腳著地時的沖擊力。該專利技術主要是依靠橡膠腳底層吸收腳著地時的沖擊力，沖擊吸收的效果十分有限。并且若要改變沖擊吸收機構的柔性，則必須要對整個橡膠腳底層進行加厚或者減薄處理，實際操作起來比較繁瑣。
技術實現思路
本技術的目的是為了克服已有技術的不足之處，提供了柔性著陸的仿人機器人足部機構。本技術技術方案如下一種柔性著陸的仿人機器人足部機構，包括前邊沿向上彎曲的腳底板、底層橡膠墊、中間層橡膠墊、平端對頂波形彈簧、包覆片、多維柔性鉸鏈、六維力/力矩傳感器、踝支承座。在腳底板上方固定設置有多維柔性鉸鏈，踝支承座通過六維力/力矩傳感器與多維柔性鉸鏈連接；在腳底板下方從上至下依次設置有中間層橡膠墊和底層橡膠墊。`所述的多維柔性鉸鏈包括三個支架、一個圓盤以及支架與圓盤之間的柔性連接部分；所述的支架均勻分布在圓盤四周，三個均布支架構成一個并聯機構，三個支架所在的平面與圓盤所在的平面平行。所述的腳底板底面分布三個環形凹槽，用于放置平端對頂波形彈簧，其中靠近腳尖處有二個并列環形凹槽，分布在腳尖的兩側；靠近腳跟處有一個環形凹槽，位于上述二個環形凹槽中心連線的對稱軸上；腳底板上面分布著三個與凹槽對應的凸起，靠近腳尖處的二個凸起之間有連接凸臺用來安裝多維柔性鉸鏈的一個支架，靠近腳底板腳跟處的一個凸起兩側也有延伸凸臺用來安裝多維柔性鉸鏈的另二個支架。所述的中間層橡膠墊與腳底板底面三個環形凹槽對應分布著三個通孔，底層橡膠墊上表面與中間層橡膠墊的三個通孔對應分布著三個盲孔，腳底板與底層橡膠墊之間的通孔內放置有平端對頂波形彈簧，平端對頂波形彈簧一端伸進腳底板底面的環形凹槽內，另一端伸進盲孔內，并與盲孔內固定的包覆片包覆在一起。所述的底層橡膠墊有三個圓形凸起，該圓形凸起與盲孔對應，三個圓形凸起與周圍區域呈褶皺過渡，也即底層橡膠墊在這三個位置的厚度比其它地方要厚。本技術的有益效果本技術所使用的多維柔性鉸鏈具有承受載荷大、行程短、所需空間小等優點，大大增強了足部吸收沖擊的能力；所選用的平端對頂波形彈簧也具有行程短和所需空間小的特點，在吸收足部沖擊的過程中扮演著十分重要的角色；平端對頂波形彈簧的三點式配置和多維柔性鉸鏈三點支撐的方式，在足部著地時可以實現機器人驅干在俯仰方向和滾動方向上一定幅度的轉動，從而明顯提高了機器人在應對足部著地沖擊時的自我調整能力；抬腳起步的過程中，被壓縮的多維柔性鉸鏈和平端對頂波形彈簧可釋放彈性變形能，在機器人的行走過程中起到節能的目的，被壓縮的中間層橡膠墊和底層橡膠墊又起到阻尼的作用，防止起步沖擊過大使機器人失去平衡；底層橡膠墊下表面三個凸起周圍的褶皺結構，在足部著地時相當于彈簧的作用，可以有效減緩驅干的壓縮行程；以上所述的平端對頂波形彈簧、多維柔性鉸鏈、中間層橡膠墊、底層橡膠墊可以吸收著地時沖擊產生的能量，使仿人機器人行走時更加平穩、舒適及節能。附圖說明圖I是本技術提供的柔性著陸的仿人機器人足部機構的總體結構圖；圖2是圖I的局部剖視圖；圖3是多維柔性鉸鏈的結構圖；圖4是圖I去掉六維力/力矩傳感器和踝支承座這兩個零件后的俯視圖；圖5是圖4在A— A處的階梯剖視圖；圖6是圖4在C一C處的局部剖視圖；圖7是包覆片的結構圖； 圖中1多維柔性鉸鏈、2腳底板、3外徑為35mm的平端對頂波形彈簧、4外徑為60mm的平端對頂波形彈簧、5直徑為35mm的包覆片、6直徑為60mm的包覆片、7中間層橡膠墊、8底層橡膠墊、9六維力/力矩傳感器、10踝支承座。具體實施方式以下結合附圖對本技術作進一步說明如圖I所示，本技術包括多維柔性鉸鏈I、腳底板2、中間層橡膠墊7、底層橡膠墊8、六維力/力矩傳感器9、踝支承座10。腳底板2與多維柔性鉸鏈I固定連接，踝支承座9通過六維力/力矩傳感器10與多維柔性鉸鏈I固定連接，底層橡膠墊8通過中間層橡膠墊7與腳底板2固定連接。如圖2所示，柔性著陸的仿人機器人足部機構，還包括平端對頂波形彈簧(外徑為35mm的平端對頂波形彈簧3、外徑為60mm的平端對頂波形彈簧4)、包覆片(直徑為35mm的包覆片5、直徑為60mm的包覆片6)。底層橡膠墊8上表面有三個盲孔，其中二個盲孔分布在腳底板2腳尖的兩側，另一個盲孔分布在上述二個盲孔中心連線的對稱軸上，且位于靠近腳底板2腳跟本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種柔性著陸的仿人機器人足部機構，包括前邊沿向上彎曲的腳底板、底層橡膠墊、中間層橡膠墊、平端對頂波形彈簧、包覆片、多維柔性鉸鏈、六維力/力矩傳感器、踝支承座，其特征在于：在腳底板上方固定設置有多維柔性鉸鏈，踝支承座通過六維力/力矩傳感器與多維柔性鉸鏈連接；在腳底板下方從上至下依次設置有中間層橡膠墊和底層橡膠墊；所述的多維柔性鉸鏈包括三個支架、一個圓盤以及支架與圓盤之間的柔性連接部分；所述的支架均勻分布在圓盤四周，三個均布支架構成一個并聯機構，三個支架所在的平面與圓盤所在的平面平行；所述的腳底板底面分布三個環形凹槽，用于放置平端對頂波形彈簧，其中靠近腳尖處有二個并列環形凹槽，分布在腳尖的兩側；靠近腳跟處有一個環形凹槽，位于上述二個環形凹槽中心連線的對稱軸上；腳底板上面分布著三個與凹槽對應的凸起，靠近腳尖處的二個凸起之間有連接凸臺用來安裝多維柔性鉸鏈的一個支架，靠近腳底板腳跟處的一個凸起兩側也有延伸凸臺用來安裝多維柔性鉸鏈的另二個支架；所述的中間層橡膠墊與腳底板底面三個環形凹槽對應分布著三個通孔，底層橡膠墊上表面與中間層橡膠墊的三個通孔對應分布著三個盲孔，腳底板與底層橡膠墊之間的通孔內放置有平端對頂波形彈簧，平端對頂波形彈簧一端伸進腳底板底面的環形凹槽內，另一端伸進盲孔內，并與盲孔內固定的包覆片包覆在一起；所述的底層橡膠墊有三個圓形凸起，該圓形凸起與盲孔對應，三個圓形凸起與周圍區域呈褶皺過渡，也即底層橡膠墊在這三個位置的厚度比其它地方要厚。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周建軍，明瑞松，黃共樂，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：實用新型
國別省市：