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(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)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(wèn)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(jì)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(yǔ)言學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的尖端技術(shù)。目前各種移動(dòng)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(shì)，對(duì)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(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(guó)研制的HUBO機(jī)器人，中國(guó)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(jì)的腳掌都沒(méi)有腳趾關(guān)節(jié)，沒(méi)有人腳特有的足弓結(jié)構(gòu)，所以機(jī)器人行走時(shí)不能像人類一樣利用足弓的變化減小腳著地時(shí)的沖撞和腳離地時(shí)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(wèn)題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊，行走時(shí)能夠緩沖腳觸地階段產(chǎn)生的沖擊，腳離地時(shí)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(wèn)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(guò)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(guò)被動(dòng)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(dòng)塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)塊內(nèi)設(shè)有柔性體。所述腳趾包括通過(guò)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(dòng)時(shí)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(guò)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(gè)伺服電機(jī)通過(guò)同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動(dòng)、豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)，其中豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)通過(guò)中間連接塊聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(gè)被動(dòng)連接的腳趾，可以實(shí)現(xiàn)像人一樣行走時(shí)腳趾離地、腳跟觸地的動(dòng)作，每個(gè)腳趾有兩部分，由彈簧拉緊處于水平位置，受向上的力時(shí)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(jì)了類人腳的足弓，在腳離地階段，通過(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)塊內(nèi)部的柔性體的彈性變形，緩沖地面的沖擊，同時(shí)腳底安裝六維力/力矩傳感器，實(shí)現(xiàn)了地面對(duì)腳反作用力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，踝關(guān)節(jié)通過(guò)三個(gè)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了像人類腳踝一樣的三自由度運(yùn)動(dòng)，整個(gè)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)時(shí)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(duì)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(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)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(guò)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(guò)被動(dòng)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(dòng)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(dòng)塊2-3之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)塊2-3內(nèi)設(shè)有柔性體2-5。當(dāng)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，在腳離地階段，通過(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)塊內(nèi)部的柔性體2-5的彈性變形，緩沖地面對(duì)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(shí)檢測(cè)地面對(duì)機(jī)器人反作用力，進(jìn)行控制。所述腳趾I包括通過(guò)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(dòng)時(shí)處于水平位置。當(dāng)腳踩在水平地面上時(shí)，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(shí)，腳趾I會(huì)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(guò)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(gè)伺服電機(jī)通過(guò)同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動(dòng)、豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)，其中豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)通過(guò)中間連接塊9聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(gè)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(dòng)、豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)。其中，電機(jī)4-1通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(dòng)，電機(jī)4-2通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(dòng)，電機(jī)4-3通過(guò)驅(qū)動(dòng)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(dòng)。諧波減速器5-2和5-3通過(guò)中間連接塊9，帶動(dòng)機(jī)器人腳實(shí)現(xiàn)豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)，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(dòng)。機(jī)器人的移動(dòng)過(guò)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(guò)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(shí)僅有腳趾I觸地，其中足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)塊
2-3與位于足弓下側(cè)的柔性墊塊2-4接觸，并且通過(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(guò)足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)塊2-3內(nèi)的柔性體2-5，通過(guò)柔性體的彈性變形，緩沖了地面對(duì)腳掌的沖擊，并且通過(guò)安裝于腳底板10的六維力/力矩傳感器11的實(shí)時(shí)檢測(cè)，得到地面對(duì)機(jī)器人的反作用力，及時(shí)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(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，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(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)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(guò)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(guò)被動(dòng)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(dòng)塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(guò)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(dòng)時(shí)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(guò)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(gè)伺服電機(jī)通過(guò)同步帶連接諧波減速器從而驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，分別實(shí)現(xiàn)沿水平方向的偏航運(yùn)動(dòng)、豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)，其中豎直方向的升降運(yùn)動(dòng)和沿水平線的滾動(dòng)通過(guò)中間連接塊聯(lián)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)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(kāi)了一種類人機(jī)器人腳，具有類人的腳掌和通過(guò)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(guò)被動(dòng)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(dòng)塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)塊之間以及足弓內(nèi)部運(yùn)動(dòng)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(shí)能夠緩沖腳觸地階段產(chǎn)生的沖擊，腳離地時(shí)產(chǎn)生較大的推力，且能在復(fù)雜的地面上行走。
文檔編號(hào)B62D57/032GK203020441SQ201320030979
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:常州先進(jìn)制造技術(shù)研究所