[发明专利]一种具有多自由度的仿人机器人脚板机构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体来说，是一种具有8个自由度的仿人机器人脚板机构。 

背景技术

人类足部单侧由26块骨头组成，同时含29个关节，42条肌肉及25条肌腱。得益于复杂足部的高度灵活性，人类才能稳定行走于凹凸不平、空间障碍等复杂环境。仿人机器人除需要具备类人的形体和外观外，更需要具备类人的行为特征-双足步行。仿人机器人只有像人类一样随时走到需要的地方、能自主完成预先设置的工作，才能发挥其不可估量的作用。传统仿人机器人平板刚性的足部构型，不具有任何自动适应凹凸变化地表形貌的特性与功能。例如： 

公开号为CN101402380A，公开日为2009年4月8日的发明专利《一种仿人机器人足部冲击吸收机构》中公开的仿人机器人足部冲击吸收机构，包括脚底板、减震柱、力传感器、上盖板、调节垫圈、防滑垫。该发明主要利用减震柱起到吸收冲击及减震的作用，结构紧凑，但是脚底板为刚性机构，不具备自动适应不平整地面的特性与功能。 

公开号为CN101108146A，公开日为2008年01月23日的发明专利《一种人形机器人脚》中公开的人形机器人脚，包括脚板、橡胶脚底层、六维力传感器、上法兰、下法兰、倾角传感器、触觉阵列垫、信号处理系统和脚面。该发明通过橡胶脚底层吸收脚着地时的冲击力，不具有任何自动适应凹凸变化地表形貌的特性与功能。 

发明内容

为了解决现有技术的缺陷，本发明提供一种更加有效的具有多自由度的仿人机器人脚板机构，解决了现有仿人机器人的脚板与凹凸不平地面的匹配问题，实现自动适应凹凸变化地 表形貌的特性与功能。 

本发明一种具有多自由度的仿人机器人脚板机构，由中央固定板以及四个脚板构成；所述中央固定板水平设置，与仿人机器人的踝关节固连。四个脚板结构相同，在中央固定板的前侧与后侧上各铰接有两个连接板，每个连接板均通过铰链连接一个脚板。其中，铰链的旋转轴与中央固定板前后方向轴线平行，四个脚板分别位于中央固定板的左前方、右前方、左后方与右后方。每个铰链的旋转轴上安装有扭簧。扭簧一侧的伸出部分固定在铰链中第一合页与连接板间，另一侧的伸出部分固定在第二合页与脚板之间。 

通过上述结构，形成仿人机器人多自由度脚板机构。当脚板机构中各个脚板与凹凸不平的地面接触时，通过扭簧作用，各个脚板可依据所接触的地表曲率与连接板形成一定角度，使各个脚板与地面形成至少四个接触点的空间支撑面，有效避免了脚板与凹凸不平地面仅以点或线接触导致行走失败问题；当脚板离开地面时，在扭簧作用下脚板恢复到初始状态。 

当仿人机器人在凹凸不平的地面行走时，可通过驱动电机驱动脚板机构中各个连接板相对于中央固定板做俯仰运动，由此带动各个脚板做俯仰运动，实现仿人机器脚部与凹凸地面的贴合。 

本发明的优点在于： 

1、本发明脚板机构设计具有8个自由度，通过扭簧作用，各脚板实现自动贴合凹凸不平地面，解决脚板与凹凸不平地面的匹配问题，实现自动适应凹凸变化地表形貌的特性与功能； 

2、本发明脚板机构采用被动结构，不需要驱动，有效降低控制及结构复杂性。 

附图说明

图1为本发明脚板机构结构俯视图； 

图2为本发明脚板机构结构仰视图； 

图3为本发明脚板机构中脚板转动示意图； 

图4为应用时本发明脚板机构时驱动电机安装示意图； 

图5为驱动电机具体安装方式示意图。 

图中： 

1-中央固定板    2-脚板         3-铰链      4-连接板 

5-扭簧          6-踝关节连接架 7-驱动电机  8-锁轴 

9-弹簧          10-弹簧支撑座  11-连杆     12-销 

13-电机支架     301-第一合页   302-第二合页 

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步的详细说明。 

本发明一种仿人机器人多自由度脚板机构，采用被动的脚趾形式，由中央固定板1以及四个脚板2构成，如图1、图2所述；