含雙腔氣囊腳趾的柔性腿式機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)的制作方法

本發(fā)明涉及一種含雙腔氣囊腳趾的柔性腿式機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，陸地移動(dòng)機(jī)器人運(yùn)用廣泛，根據(jù)移動(dòng)方式主要分為輪式、履帶式、腿式等幾種，移動(dòng)機(jī)器人采用何種移動(dòng)方式主要取決于機(jī)器人作業(yè)環(huán)境和執(zhí)行的任務(wù)，而面對(duì)沼澤，淤泥等復(fù)雜野外作業(yè)環(huán)境，腿式機(jī)構(gòu)相對(duì)靈活，對(duì)地形的適應(yīng)能力較強(qiáng)。由于腿式機(jī)器人的腳部直接與地面接觸，如何防止腳部沉陷、側(cè)滑，保持機(jī)器人行走的穩(wěn)定性，是軟土環(huán)境下腿式機(jī)器人設(shè)計(jì)的重要考慮因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種含雙腔氣囊腳趾的柔性腿式機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，它能夠有效避免機(jī)器人在松軟地面行走的過程中沉陷量過大、易側(cè)滑的問題，使其能夠在復(fù)雜地形條件下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定高效的行走。

為了解決上述問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種含雙腔氣囊腳趾的柔性腿式機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，用于連接在機(jī)器人腿上，包括：小腿基座、足弓部、固定桿、限位基座、腳掌、板狀橡膠模塊、腳趾板、雙腔氣囊以及連接板；所述足弓部與小腿基座固定連接；所述固定桿上端與足弓部固定連接、下端套在限位基座內(nèi)；所述限位基座與腳掌固定連接；所述板狀橡膠模塊的頂面和底面分別與足弓部和腳趾板螺栓固定連接；所述連接板的一端與腳掌相鉸接，另一端伸出部分與腳趾板鉸接；所述雙腔氣囊通過膠層粘連與腳趾板底面相接。

上述結(jié)構(gòu)還包括防滑橡膠墊塊，所述防滑橡膠墊塊與腳掌底面固定相接。

上述足弓部中間有一個(gè)向上凸起的凸臺(tái)，呈“Ω”狀。

上述的固定桿下端為圓盤形狀，直徑大于設(shè)在限位基座頂部的開孔，所述固定桿與限位基座內(nèi)側(cè)壁存在間隙；所述限位基座內(nèi)放置一彈簧，所述彈簧的上端面與固定桿接觸，下端面固定在限位基座上。

上述的板狀橡膠模塊由若干塊從上至下寬徑依次減小的條形橡膠膠連堆疊而成，呈階梯狀，所述每個(gè)腳趾板上對(duì)稱放置兩組板狀橡膠模塊。

上述腳掌四周開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置一個(gè)樞接軸，所述連接板的一端凸設(shè)有兩個(gè)連接片一，所述連接片一鉸接于樞接軸上，將腳趾板樞接至腳掌的外側(cè)，所述每個(gè)樞接軸設(shè)有扭簧,所述扭簧的一端伸出部分固定在連接板底面，另一端的伸出部分固定在防滑橡膠墊塊與腳掌之間；所述連接板的一端連接樞接軸，另一端的伸出部分與腳趾板上平面的連接片二相鉸接，并且設(shè)置兩個(gè)開口銷，以限制腳趾板的滑動(dòng)。

上述腳趾板兩側(cè)端部向下傾斜，所述腳趾板的底部內(nèi)開有若干溝槽，所述雙腔氣囊上頂面與腳趾板的底面用膠層連接，并嵌于腳趾板的溝槽內(nèi)。

上述腳趾板上對(duì)稱分布若干排水孔。

上述腳趾板內(nèi)部開設(shè)有倒“U”型通道，所述雙腔氣囊與腳趾板的倒“U”型通道交匯處開有缺口，用于雙腔氣囊內(nèi)的氣體能夠連通。

上述的雙腔氣囊之間嵌有橡膠塊，所述橡膠塊底面設(shè)有等距分布的人字形溝槽和左右對(duì)稱的兩排沿腳趾排列長條形溝槽；所述橡膠塊內(nèi)部設(shè)有若干垂直于底面的金屬導(dǎo)管，與腳趾板的排水孔相連。

采用了上述技術(shù)方案后，機(jī)器人腳觸地時(shí)氣囊壓縮變形，吸收沖擊和振動(dòng)，緩解機(jī)器人腳著地時(shí)的沖擊力，氣囊受力后，與地面的接觸面積增大，腳底局部土壤壓實(shí)變密，軟土中的水經(jīng)橡膠塊中的金屬導(dǎo)管排出，從而使腳底土壤承載能力增強(qiáng)，增強(qiáng)機(jī)器人腳的防沉陷能力。雙腔氣囊內(nèi)的壓縮氣體可相互流通，腳趾板通過鉸接連接，實(shí)現(xiàn)腳趾板一定角度的翻轉(zhuǎn)或者做俯仰調(diào)整，可提高對(duì)凹凸不平地面的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的含雙腔氣囊腳趾的柔性機(jī)器人腳的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的腳趾部分的中心截面示意圖；

圖3為本發(fā)明的腳掌與腳趾部分的連接示意圖；

圖4為橡膠塊底部示意圖。

其中，1-小腿基座，2-足弓部，3-固定桿，4-限位基座，5-彈簧，6-腳掌，7-防滑橡膠墊塊，8-板狀橡膠模塊，9-腳趾板，10-雙腔氣囊，11-橡膠塊，12-連接板,13-扭簧 ，101-開口銷，102-排水孔，103-溝槽，104-樞接軸，105-連接片一，106-連接片二，107-“U”型通道，108-缺口，109-金屬導(dǎo)管，111-人字形溝槽，112-長條形溝槽。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚地理解，下面根據(jù)具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如圖1-3 所示，

如圖1所示，一種含雙腔氣囊腳趾的柔性腿式機(jī)器人腳部結(jié)構(gòu)，用于連接在機(jī)器人腿上，包括：小腿基座1、足弓部2、固定桿3、限位基座4、腳掌6、板狀橡膠模塊8、腳趾板9、雙腔氣囊10以及連接板12；足弓部2與小腿基座1固定連接；固定桿3上端與足弓部2固定連接、下端套在限位基座4內(nèi)；限位基座4與腳掌6固定連接；板狀橡膠模塊8的頂面和底面分別與足弓部2和腳趾板9螺栓固定連接；連接板12的一端與腳掌6相鉸接，另一端伸出部分與腳趾板9鉸接；雙腔氣囊10通過膠層粘連與腳趾板9底面相接。

上述結(jié)構(gòu)還包括防滑橡膠墊塊7，防滑橡膠墊塊7與腳掌6底面固定相接。

上述足弓部2中間有一個(gè)向上凸起的凸臺(tái)，呈“Ω”狀。

上述的固定桿3下端為圓盤形狀，直徑大于設(shè)在限位基座4頂部的開孔，固定桿3與限位基座4內(nèi)側(cè)壁存在間隙；限位基座4內(nèi)放置一彈簧5，彈簧5的上端面與固定桿3接觸，下端面固定在限位基座4上。

如圖2所示，上述的板狀橡膠模塊8由若干塊從上至下寬徑依次減小的條形橡膠膠連堆疊而成，呈階梯狀，每個(gè)腳趾板9上對(duì)稱放置兩組板狀橡膠模塊8。

如圖3所示，上述腳掌6四周開設(shè)有凹槽，凹槽內(nèi)設(shè)置一個(gè)樞接軸104，連接板12的一端凸設(shè)有兩個(gè)連接片一105，連接片一105鉸接于樞接軸104上，將腳趾板9樞接至腳掌6的外側(cè)，每個(gè)樞接軸104設(shè)有扭簧13,扭簧13的一端伸出部分固定在連接板12底面，另一端的伸出部分固定在防滑橡膠墊塊7與腳掌6之間；連接板12的一端連接樞接軸104，另一端的伸出部分與腳趾板9上平面的連接片二106相鉸接，并且設(shè)置兩個(gè)開口銷101，以限制腳趾板9的滑動(dòng)。

如圖2所示，上述腳趾板9兩側(cè)端部向下傾斜，腳趾板9的底部內(nèi)開有若干溝槽103，雙腔氣囊10上頂面與腳趾板9的底面用膠層連接，并嵌于腳趾板9的溝槽103內(nèi)。

如圖3所示，上述腳趾板9上對(duì)稱分布若干排水孔102。

如圖2所示，上述腳趾板9內(nèi)部開設(shè)有倒“U”型通道107，雙腔氣囊10與腳趾板9的倒“U”型通道107交匯處開有缺口108，用于雙腔氣囊10內(nèi)的氣體能夠連通。

如圖2、圖4所示，上述的雙腔氣囊10之間嵌有橡膠塊11，橡膠塊11底面設(shè)有等距分布的人字形溝槽111和左右對(duì)稱的兩排沿腳趾排列長條形溝槽112；橡膠塊11內(nèi)部設(shè)有若干垂直于底面的金屬導(dǎo)管109，與腳趾板9的排水孔102相連。

本發(fā)明的工作原理如下：

當(dāng)機(jī)器人腳開始觸地，機(jī)器人自身載荷經(jīng)足弓部2和板狀橡膠模塊8傳遞到腳趾部分的同時(shí)，與腳趾板9底面相粘結(jié)的雙腔氣囊10首先受到擠壓發(fā)生自適應(yīng)變形，隨著沉陷量的增大，雙腔氣囊10間的橡膠塊11和腳掌底面的防滑墊塊與土壤接觸，接觸面積進(jìn)一步增大，軟土的水可通過橡膠塊11內(nèi)設(shè)的金屬導(dǎo)管109排至腳趾板9上表面；連接板12的兩端分別與腳掌6和腳趾板9鉸接，腳趾板9可隨地面發(fā)生一定的傾斜和翻轉(zhuǎn)；機(jī)器人腳抬起時(shí)，通過固定桿3和限位基座4帶動(dòng)腳掌6離開地面。

以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。