專利名稱：一種類人機(jī)器人腳的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種類人機(jī)器人腳。
背景技術(shù)：
機(jī)器人是近年來發(fā)展起來的一個多學(xué)科和技術(shù)相交叉結(jié)合的應(yīng)用領(lǐng)域，而類人機(jī)器人目前已成為機(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)問題之一。類人機(jī)器人技術(shù)匯集了當(dāng)今世界在機(jī)電、材料、計算機(jī)、傳感器、控制技術(shù)、人工智能、仿生科學(xué)、思維科學(xué)、心理學(xué)以及理論語言學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)。目前各種移動方式的機(jī)器人層出不窮，如輪式機(jī)器人、履帶式等機(jī)器人。但類人機(jī)器人具有更高的靈活性和獨(dú)特的優(yōu)勢，對步行環(huán)境要求很低，能適應(yīng)各種地面且具有較高的逾越障礙能力，通過研制步行機(jī)制，可以為醫(yī)療康復(fù)機(jī)構(gòu)提供一套能夠服務(wù)于傷殘病人(下肢癱瘓和截肢者)的類人行走機(jī)構(gòu)。國內(nèi)外對類人機(jī)器人的研究已經(jīng)如火如荼，如日本研制的ASMO機(jī)器人、韓國研制的HUBO機(jī)器人，中國的研制的“匯童”機(jī)器人等，但目前各研究機(jī)構(gòu)公布的類人機(jī)器人大多數(shù)設(shè)計的腳掌都沒有腳趾關(guān)節(jié)，沒有人腳特有的足弓結(jié)構(gòu)，所以機(jī)器人行走時不能像人類一樣利用足弓的變化減小腳著地時的沖撞和腳離地時產(chǎn)生推力，不能像人類那樣可以在復(fù)雜的地面行走。
實(shí)用新型內(nèi)容(一 )要解決的技術(shù)問題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，行走時能夠緩沖腳觸地階段產(chǎn)生的沖擊，腳離地時產(chǎn)生較大的推力，且能在復(fù)雜的地面上行走的類人機(jī)器人腳。( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種類人機(jī)器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關(guān)節(jié)連接在腳掌上的機(jī)器人小腿，所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關(guān)節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內(nèi)部運(yùn)動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動塊和足弓下部之間設(shè)有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。所述足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)設(shè)有柔性體。所述腳趾包括通過鉸鏈連接的前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)，所述前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)頂面上還連接有彈簧致使所述前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)在不運(yùn)動時處于水平位置。所述腳底板從上至下依次設(shè)有第一金屬層、柔性材料層、第二金屬層，所述腳底板內(nèi)部設(shè)有六維力/力矩傳感器。所述腳底板的第一金屬層上部設(shè)有關(guān)節(jié)連接部，所述關(guān)節(jié)連接部通過三自由度踝關(guān)節(jié)連接于機(jī)器人小腿上，所述三自由度裸關(guān)節(jié)由三個伺服電機(jī)通過同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動關(guān)節(jié)運(yùn)動，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動、豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動通過中間連接塊聯(lián)動的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)。所述腳趾有4組。(三)有益效果本實(shí)用新型相比較于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下有益效果:本實(shí)用新型的腳掌上有四個被動連接的腳趾，可以實(shí)現(xiàn)像人一樣行走時腳趾離地、腳跟觸地的動作，每個腳趾有兩部分，由彈簧拉緊處于水平位置，受向上的力時腳趾可以向上凸起，可以適應(yīng)復(fù)雜地面的行走，尤其是設(shè)計了類人腳的足弓，在腳離地階段，通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊與安裝于足弓下側(cè)的柔性墊塊接觸及位于足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)部的柔性體的彈性變形，產(chǎn)生推力，幫助行走，在腳著地階段，通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊與安裝于足弓上側(cè)的柔性墊塊的接觸及位于足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)部的柔性體的彈性變形，緩沖地面的沖擊，同時腳底安裝六維力/力矩傳感器，實(shí)現(xiàn)了地面對腳反作用力的實(shí)時檢測，踝關(guān)節(jié)通過三個伺服電機(jī)驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了像人類腳踝一樣的三自由度運(yùn)動，整個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動時能量消耗較小，提高了行走的穩(wěn)定性。
圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的腳掌結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的腳底板結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的腳趾結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的機(jī)器人小腿結(jié)構(gòu)示意圖。圖6a為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的初始站立狀態(tài)圖。圖6b為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的腳掌離地階段狀態(tài)圖。圖6c為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種類人機(jī)器人腳的腳掌著地階段狀態(tài)圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型，但不用來限制本實(shí)用新型的范圍。如圖1至圖5所示的，一種類人機(jī)器人腳，具有類人的腳掌6和通過踝關(guān)節(jié)連接在腳掌6上的機(jī)器人小腿7，所述腳掌6包括腳趾1、足弓本體2和腳底板10，所述腳趾I通過被動關(guān)節(jié)連接于所述足弓本體2上，所述足弓本體2包括有足弓上部2-1、足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3、足弓下部2-2，所述足弓上部2-1和足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3和足弓下部2-2之間設(shè)有柔性墊塊2-4，所述足弓上部2-1鉸接于腳底板10上，所述足弓下部2-2固定于腳底板10上。所述足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3內(nèi)設(shè)有柔性體2-5。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動時，在腳離地階段，通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3與位于足弓下側(cè)的柔性墊塊2-4接觸以及位于足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)部的柔性體2-5的彈性變形，產(chǎn)生推力，如圖圖6b所示；在腳觸地階段，通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3與位于足弓上側(cè)的柔性材料接觸2-4及位于足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)部的柔性體2-5的彈性變形，緩沖地面對腳的沖擊，如圖6c所示。腳底板10內(nèi)部裝有六維力/力矩傳感器11，實(shí)時檢測地面對機(jī)器人反作用力，進(jìn)行控制。所述腳趾I包括通過鉸鏈連接的前腳趾關(guān)節(jié)1-1和后腳趾關(guān)節(jié)1-2，所述前腳趾關(guān)節(jié)1-1和后腳趾關(guān)節(jié)1-2頂面上還連接有彈簧3致使所述前腳趾關(guān)節(jié)1-1和后腳趾關(guān)節(jié)
1-2在不運(yùn)動時處于水平位置。當(dāng)腳踩在水平地面上時，腳趾I的兩關(guān)節(jié)在彈簧3的牽引下處于同一平面，與地面重合，如圖6a所示；當(dāng)腳踩在有小塊凸起的地面上時，腳趾I會向上凸起，提聞了行走的穩(wěn)定性。所述腳底板10從上至下依次設(shè)有第一金屬層10-1、柔性材料層10-2、第二金屬層10-3，所述腳底板10內(nèi)部設(shè)有六維力/力矩傳感器11。所述腳底板10的第一金屬層10-1上部設(shè)有關(guān)節(jié)連接部12，所述關(guān)節(jié)連接部12通過三自由度踝關(guān)節(jié)連接于機(jī)器人小腿7上，所述三自由度裸關(guān)節(jié)由三個伺服電機(jī)通過同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動關(guān)節(jié)運(yùn)動，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動、豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動通過中間連接塊9聯(lián)動的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)。所述腳趾I有4組。本實(shí)用新型的機(jī)器人腳的踝關(guān)節(jié)有三個自由度，可以像人腳踝關(guān)節(jié)一樣分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動、豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動。其中，電機(jī)4-1通過驅(qū)動皮帶輪8-1及諧波減速器5-1，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的腳掌6沿水平方向的偏航運(yùn)動，電機(jī)4-2通過驅(qū)動皮帶輪8-2及諧波減速器5-2，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的腳掌6在豎直方向的升降運(yùn)動，電機(jī)4-3通過驅(qū)動皮帶輪8-3及諧波減速器5-3，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的腳掌6沿水平線的滾動。諧波減速器5-2和5-3通過中間連接塊9，帶動機(jī)器人腳實(shí)現(xiàn)豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動，諧波減速器5-1與腳掌6直接連接，實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動。機(jī)器人的移動過程:如圖6a表示機(jī)器人的初始站立狀態(tài)，機(jī)器人的腳掌6與地面完全接觸；如圖6b表示機(jī)器人的腳掌6的離地階段，電機(jī)4-2通過皮帶輪8-2及諧波減速器5-2使機(jī)器人腳掌豎直抬起，腳底板10離地，此時僅有腳趾I觸地，其中足弓內(nèi)部運(yùn)動塊
2-3與位于足弓下側(cè)的柔性墊塊2-4接觸，并且通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)的柔性體2-5的彈性變形，產(chǎn)生推力，幫助機(jī)器人行走；如圖6c表示機(jī)器人的腳掌6的著地階段，通過足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3與位于足弓上側(cè)的柔性墊塊2-4接觸，擠壓足弓內(nèi)部運(yùn)動塊2-3內(nèi)的柔性體2-5，通過柔性體的彈性變形，緩沖了地面對腳掌的沖擊，并且通過安裝于腳底板10的六維力/力矩傳感器11的實(shí)時檢測，得到地面對機(jī)器人的反作用力，及時的調(diào)整機(jī)器人的行走速度及步幅等。以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種類人機(jī)器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關(guān)節(jié)連接在腳掌上的機(jī)器人小腿，其特征在于:所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關(guān)節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內(nèi)部運(yùn)動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動塊和足弓下部之間設(shè)有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的類人機(jī)器人腳，其特征在于:所述足弓內(nèi)部運(yùn)動塊內(nèi)設(shè)有柔性體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的類人機(jī)器人腳，其特征在于:所述腳趾包括通過鉸鏈連接的前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)，所述前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)頂面上還連接有彈簧致使所述前腳趾關(guān)節(jié)和后腳趾關(guān)節(jié)在不運(yùn)動時處于水平位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的類人機(jī)器人腳，其特征在于:所述腳底板從上至下依次設(shè)有第一金屬層、柔性材料層、第二金屬層，所述腳底板內(nèi)部設(shè)有六維力/力矩傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種類人機(jī)器人腳，其特征在于:所述腳底板的第一金屬層上部設(shè)有關(guān)節(jié)連接部，所述關(guān)節(jié)連接部通過三自由度踝關(guān)節(jié)連接于機(jī)器人小腿上，所述三自由度裸關(guān)節(jié)由三個伺服電機(jī)通過同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動關(guān)節(jié)運(yùn)動，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動、豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運(yùn)動和沿水平線的滾動通過中間連接塊聯(lián)動的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的類人機(jī)器人腳，其特征在于:所述腳趾有4組。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種類人機(jī)器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關(guān)節(jié)連接在腳掌上的機(jī)器人小腿，所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關(guān)節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內(nèi)部運(yùn)動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動塊和足弓下部之間設(shè)有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，行走時能夠緩沖腳觸地階段產(chǎn)生的沖擊，腳離地時產(chǎn)生較大的推力，且能在復(fù)雜的地面上行走。
文檔編號B62D57/032GK203020441SQ201320030979
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者駱敏舟, 陳兵, 王美玲, 李濤 申請人:常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所