本發(fā)明涉及一種具有可卷繞腳蹼的機(jī)器人腳掌，屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，機(jī)器人的移動方式主要有輪式、履帶式和腿式，而野外作業(yè)特種機(jī)器人行走中仍存在較多問題。在面對沼澤、沙漠等復(fù)雜環(huán)境時，機(jī)器人對于地形的適應(yīng)問題尤為突出，傳統(tǒng)輪式機(jī)器人難以解決該問題，履帶式機(jī)器人雖然可以大幅度降低對地形的要求，但也存在靈活性差、維護(hù)成本高等缺點(diǎn)；腿式機(jī)器人由于每條腿能實(shí)現(xiàn)不同的動作，可以依靠腿的協(xié)調(diào)動作，離散地與不同地面接觸，因此腿式機(jī)器人的地形適應(yīng)能力更強(qiáng)。改進(jìn)腿式機(jī)器人的腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，改善其腳部的防沉陷性能，是提高復(fù)雜軟土環(huán)境下機(jī)器人行走穩(wěn)定性的重要途徑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種具有可卷繞腳蹼的機(jī)器人腳掌，提高機(jī)器人對軟土地面情況的適應(yīng)能力，增強(qiáng)其地面支撐的可靠性，使其在面對復(fù)雜地形時擁有更優(yōu)良的行走能力。

本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案：

一種具有可卷繞腳蹼的機(jī)器人腳掌，包括腳蹼機(jī)構(gòu)、聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)、腳掌機(jī)構(gòu)，所述腳蹼機(jī)構(gòu)和腳掌機(jī)構(gòu)通過聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)連接，其中，腳蹼機(jī)構(gòu)包括腳趾板、左腳趾、左套筒滑塊、左齒條、左腳蹼、中間腳趾、腳蹼主動帶輪、腳蹼同步帶、右腳蹼、右齒條、右套筒滑塊、右腳趾、腳蹼電機(jī)，所述左腳蹼左端與左腳趾固連，右端與中間腳趾固連，右腳蹼左端與中間腳趾固連，右端與右腳趾固連；左腳趾根部與左套筒滑塊固連，左套筒滑塊與左齒條固連，左套筒滑塊安裝在腳趾板的左方形滑槽中，右腳趾根部與右套筒滑塊固連，右套筒滑塊與右齒條固連，右套筒滑塊安裝在腳趾板的右方形滑槽中；中間腳趾與腳趾板鉸接，同時與左齒條、右齒條在腳趾板中嚙合；腳蹼主動帶輪與腳趾板鉸接，腳蹼主動帶輪與中間腳趾上的從動帶輪部分通過腳蹼同步帶構(gòu)成帶傳動；腳蹼電機(jī)安裝在腳趾板上，腳蹼電機(jī)(113)輸出軸與腳蹼主動帶輪固連；

所述聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)包括聯(lián)結(jié)板、聯(lián)結(jié)連桿、氣動柱；聯(lián)結(jié)板前端與所述腳趾板后端鉸接，所述聯(lián)結(jié)板內(nèi)部有氣動滑道，所述氣動柱安裝于氣動滑道內(nèi)，聯(lián)結(jié)連桿一端與氣動柱鉸接，另一端與腳趾板鉸接；

所述腳掌機(jī)構(gòu)包括腳掌體、右腳底板、后蓋、右從動帶輪、右同步帶、右主動帶輪、右電機(jī)、右連桿、右滑道軸、左滑道軸、左連桿、左電機(jī)、左主動帶輪、左同步帶、左從動帶輪、左腳底板；右滑道軸一端與右腳底板固連，另一端安裝于腳掌體的右滑道中，右腳底板與右連桿一端鉸接，右連桿的另一端與右從動帶輪固連，右從動帶輪與腳掌體鉸接，右電機(jī)固連在腳掌體上，右電機(jī)輸出軸與右主動帶輪固連，右主動帶輪與右從動帶輪通過右同步帶構(gòu)成帶傳動，左滑道軸一端與左腳底板固連，另一端安裝于腳掌體的左滑道中，左腳底板與左連桿一端鉸接，左連桿的另一端與左從動帶輪固連，左從動帶輪與腳掌體鉸接，左電機(jī)固連在腳掌體上，左電機(jī)輸出軸與左主動帶輪固連，左主動帶輪與左從動帶輪通過左同步帶構(gòu)成帶傳動；后蓋固連在腳掌體后部。

優(yōu)選地，中間腳趾根部包括第一軸承配合軸段、齒輪嚙合軸段、第二軸承配合軸段和從動帶輪軸段，所述第一軸承配合軸段與腳趾板鉸接，所述第二軸承配合軸段與腳趾板鉸接，所述齒輪嚙合軸段分別與左齒條和右齒條相嚙合，所述從動帶輪軸段通過腳蹼同步帶與腳蹼主動帶輪連接構(gòu)成傳動。

優(yōu)選地，左腳蹼、右腳蹼為可彎曲卷繞的柔性材料。

優(yōu)選地，左腳蹼、右腳蹼收起時卷繞在中間腳趾(106)上。

優(yōu)選地，左齒條、右齒條安裝時分別位于腳趾板左滑道的上表面和右滑道的下表面。

優(yōu)選地，左腳底板、右腳底板均具有下面、側(cè)面兩種不同的工作面，且工作面均為弧面。

優(yōu)選地，所述聯(lián)結(jié)板、左腳底板、右腳底板和后蓋的最底端均為尖角。

優(yōu)選地，腳掌機(jī)構(gòu)前后的安裝配合相同，可將左腳底板、右腳底板各分割成前后兩塊，獨(dú)立控制。

有益效果：本發(fā)明公開了一種具有可卷繞腳蹼的機(jī)器人腳掌，未與工作地面接觸時，腳蹼電機(jī)反向啟動，左右腳趾和腳蹼卷繞在中間腳趾上，腳掌內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)動腳底板使其側(cè)工作面朝下支撐，保護(hù)腳蹼機(jī)構(gòu)和腳掌下端的各個尖角部分；當(dāng)腳掌與工作地面接觸時，腳蹼電機(jī)正向啟動，驅(qū)動左右腳趾和腳蹼展開，使得柔性腳蹼充分覆蓋地面，增大了與地面的接觸面積，腳掌下端尖角呈包圍形狀，便于入土并有固土作用，提高支撐可靠性，對于有傾斜的地面，聯(lián)接機(jī)構(gòu)通過氣動柱調(diào)節(jié)腳蹼機(jī)構(gòu)的傾斜角度，腳掌機(jī)構(gòu)通過電機(jī)驅(qū)動腳底板的張開角度，共同適應(yīng)地面的復(fù)雜情況，提高了機(jī)器人腳的地形適應(yīng)能力。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的腳趾機(jī)構(gòu)正視圖；

圖3是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的腳趾機(jī)構(gòu)剖視圖；

圖4是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的側(cè)視圖；

圖5是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的腳掌機(jī)構(gòu)正視圖；

圖6是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的腳掌機(jī)構(gòu)爆炸示意圖；

圖7是本發(fā)明的機(jī)器人腳掌的中間腳趾結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-腳蹼機(jī)構(gòu)，101-腳趾板，102-左腳趾，103-左套筒滑塊，104-左齒條，105-左腳蹼，106-中間腳趾，107-腳蹼主動帶輪，108-腳蹼同步帶，109-右腳蹼，110-右齒條，111-右套筒滑塊，112-右腳趾，113-腳蹼電機(jī)，2-聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)，201-聯(lián)結(jié)板，202-聯(lián)結(jié)連桿，203-氣動柱，3-腳掌機(jī)構(gòu)，301-腳掌體，302-右腳底板，303-后蓋，304-右從動帶輪，305-右同步帶，306-右主動帶輪，307-右電機(jī)，308-右連桿，309-右滑道軸，310-左滑道軸，311-左連桿，312-左電機(jī)，313-左主動帶輪，314-左同步帶，315-左從動帶輪，316-左腳底板，1061-第一軸承配合軸段、1062-齒輪嚙合軸段、1063-第二軸承配合軸段、1064-從動帶輪軸段。

具體實(shí)施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本申請中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實(shí)施例中的附圖，對本申請實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾堉械膶?shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

如圖1～7所示，一種具有可卷繞腳蹼的機(jī)器人腳掌，包括腳蹼機(jī)構(gòu)1、聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)2、腳掌機(jī)構(gòu)3，所述腳蹼機(jī)構(gòu)和腳掌機(jī)構(gòu)通過聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)連接，其中，腳蹼機(jī)構(gòu)包括腳趾板101、左腳趾102、左套筒滑塊103、左齒條104、左腳蹼105、中間腳趾106、腳蹼主動帶輪107、腳蹼同步帶108、右腳蹼109、右齒條110、右套筒滑塊111、右腳趾112、腳蹼電機(jī)113，所述左腳蹼105左端與左腳趾102固連，右端與中間腳趾106固連，右腳蹼109左端與中間腳趾106固連，右端與右腳趾112固連；左腳趾102根部與左套筒滑塊103固連，左套筒滑塊103與左齒條104固連，左套筒滑塊103安裝在腳趾板101的左方形滑槽中，右腳趾112根部與右套筒滑塊111固連，右套筒滑塊111與右齒條110固連，右套筒滑塊111安裝在腳趾板101的右方形滑槽中；中間腳趾106與腳趾板101鉸接，同時與左齒條104、右齒條110在腳趾板101中嚙合；腳蹼主動帶輪107與腳趾板101鉸接，腳蹼主動帶輪107與中間腳趾106上的從動帶輪部分通過腳蹼同步帶108構(gòu)成帶傳動；腳蹼電機(jī)113安裝在腳趾板101上，腳蹼電機(jī)113輸出軸與腳蹼主動帶輪107固連；

所述聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)2包括聯(lián)結(jié)板201、聯(lián)結(jié)連桿202、氣動柱203；聯(lián)結(jié)板201前端與所述腳趾板101后端鉸接，所述聯(lián)結(jié)板201內(nèi)部有氣動滑道，所述氣動柱203安裝于氣動滑道內(nèi)，聯(lián)結(jié)連桿202一端與氣動柱203鉸接，另一端與腳趾板101鉸接；

所述腳掌機(jī)構(gòu)3包括腳掌體301、右腳底板302、后蓋303、右從動帶輪304、右同步帶305、右主動帶輪306、右電機(jī)307、右連桿308、右滑道軸309、左滑道軸310、左連桿311、左電機(jī)312、左主動帶輪313、左同步帶314、左從動帶輪315、左腳底板316；右滑道軸309一端與右腳底板302固連，另一端安裝于腳掌體301的右滑道中，右腳底板302與右連桿308一端鉸接，右連桿308的另一端與右從動帶輪304固連，右從動帶輪304與腳掌體301鉸接，右電機(jī)307固連在腳掌體301上，右電機(jī)307輸出軸與右主動帶輪306固連，右主動帶輪306與右從動帶輪304通過右同步帶305構(gòu)成帶傳動，左滑道軸310一端與左腳底板316固連，另一端安裝于腳掌體301的左滑道中，左腳底板316與左連桿311一端鉸接，左連桿311的另一端與左從動帶輪315固連，左從動帶輪315與腳掌體301鉸接，左電機(jī)312固連在腳掌體301上，左電機(jī)312輸出軸與左主動帶輪313固連，左主動帶輪313與左從動帶輪315通過左同步帶314構(gòu)成帶傳動；后蓋303固連在腳掌體301后部。

優(yōu)選地，中間腳趾106根部包括第一軸承配合軸段1061、齒輪嚙合軸段1062、第二軸承配合軸段1063和從動帶輪軸段1064，所述第一軸承配合軸段1061與腳趾板鉸接，所述第二軸承配合軸段1063與腳趾板鉸接，所述齒輪嚙合軸段1062分別與左齒條104和右齒條110相嚙合，所述從動帶輪軸段1064通過腳蹼同步帶108與腳蹼主動帶輪107連接構(gòu)成傳動。

優(yōu)選地，左腳蹼105、右腳蹼109為可彎曲卷繞的柔性材料。

優(yōu)選地，左腳蹼105、右腳蹼109收起時卷繞在中間腳趾106上。

優(yōu)選地，左齒條104、右齒條110安裝時分別位于腳趾板101左滑道的上表面和右滑道的下表面。

優(yōu)選地，左腳底板316、右腳底板302均具有下面、側(cè)面兩種不同的工作面，且工作面均為弧面。

優(yōu)選地，所述聯(lián)結(jié)板201、左腳底板316、右腳底板302和后蓋303的最底端均為尖角。

優(yōu)選地，腳掌機(jī)構(gòu)3前后的安裝配合相同，可將左腳底板316、右腳底板302各分割成前后兩塊，獨(dú)立控制。

本發(fā)明的工作原理如下：

未工作時，與非工作地面接觸，如圖1~3所示，腳蹼電機(jī)113反向啟動，通過帶傳動，中間腳趾106反向轉(zhuǎn)動，左腳蹼105、右腳蹼109同時卷繞在中間腳趾106上，在腳蹼的拉扯和齒條的嚙合傳動下，左腳趾102、右腳趾112收起，左腳底板316、右腳底板302分別通過左電機(jī)312和右電機(jī)307的帶動，將側(cè)工作面翻轉(zhuǎn)至正對地面來起支撐作用，將整個腳掌抬高，使腳蹼機(jī)構(gòu)1以及聯(lián)結(jié)板、腳掌的下部尖端保護(hù)起來；工作時，與工作地面接觸，如圖1~3所示，腳蹼電機(jī)113正向啟動，中間腳趾106正向轉(zhuǎn)動，齒條帶動套筒滑塊使得左腳趾102、右腳趾112向兩邊展開，同時拉扯左腳蹼105、右腳蹼109由蜷曲變展開，更好的與軟土進(jìn)行接觸；如圖1、4所示，聯(lián)結(jié)機(jī)構(gòu)2面對不同傾斜程度的工作地面，調(diào)整氣動柱203的伸縮程度，通過聯(lián)結(jié)連桿202改變腳蹼機(jī)構(gòu)1的不同俯仰程度，更好的適應(yīng)地面地形；如圖5~6所示，腳掌機(jī)構(gòu)3中的左電機(jī)312、右電機(jī)307對于相應(yīng)的地面情況，通過帶傳動和連桿機(jī)構(gòu)調(diào)整左腳底板316、右腳底板302的翻轉(zhuǎn)角度，提高腳底板的適應(yīng)能力，腳掌最下端的各個尖角部分使腳掌易于入土，同時呈包圍形狀，且腳掌體301內(nèi)有空腔，可起到固土作用。

對所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實(shí)施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。