[发明专利]一种机器人足部机构

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种具有多自由度和大活动角度范围的机器人足部机构。

背景技术

足式机器人的落足点是离散的，即使在一些恶劣的地貌上也可以找到使机体稳定的支撑点，而足式机器人足部机构对复杂路面的适应能力直接关系到足式机器人的适用环境，因此，国内外研究了多种形式的对复杂路面具有一定适应能力的机器人足部机构。

美国John Deere公司研发的六足伐木机器人采用的足部机构运用球副结构实现偏摆和旋转，但是偏摆角度范围较小，而且缺少减震装置，对复杂路面的适应能力欠佳；日本东京工业大学研制的TITAN系列多足机器人利用双十字轴万向节结构实现偏摆，只能在正交方向上实现偏摆，同样对复杂路面的自适应性能较差。

公开号为CN102556201A，公开日为2012年7月11日的发明专利《一种多足步行机器人平底式脚结构》中公开了一种多足步行机器人平底式脚结构，在足底盘与小腿连接件中间均布三套含有立柱、立柱弹簧、螺母、压垫和位移测量装置的机构，不仅可以减缓震动和冲击，还可以实时感知地形状况，但是该机构自由度数目少，且活动角度范围较小，对不平整地貌的适应性能力较差。

随着足式机器人开始应用于抗险救灾、空间探测等领域，使得足式机器人在对不同地貌的适应性方面的要求不断提高，因而迫切需要设计一种可以适应不同地貌的具有多自由度的步行机器人足部机构。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服现有技术的不足，针对目前足式移动机器人领域缺少对复杂地貌具有较好适应性的足部机构的现状，发明一种具有多自由度和大活动角度范围的机器人足部机构，采用大角度关节轴承实现足部机构的大角度偏摆运动。在轴承托架上采用凸轮状结构实现足部机构在前后方向偏摆时的限位；采用拉伸弹簧实现足部机构的复位，足底和减震器均采用模化设计。

本发明采取的技术方案为：一种机器人足部机构由旋转运动组件、大角度关节轴承组件、足底组件和减震器组件组成；采用大角度关节轴承实现足部机构的大角度偏摆运动，在轴承托架上采用凸轮状结构实现足部机构在前后方向偏摆时的限位；采用对足部受力情况进行实时测量的测力传感器；采用拉伸弹簧实现足部机构的复位；足底和减震器均采用模化设计；

在所述的旋转运动组件中，双向推力角接触球轴承36的外环安装在轴承底座6的内腔中，橡胶密封圈8安装在轴承底座6的顶端面上，若干个均匀分布的上压板固定螺钉11将轴承上压板9与轴承底座6固接；X型密封圈10安装在轴承上压板9顶端面上的环形沟槽中；阶梯形状的底座支架35的下圆柱面装在双向推力角接触球轴承36的内环中，轴承下挡板7通过均匀分布的若干个下挡板连接螺钉37固定在底座支架35的下端面上；

在所述的足底组件中，足垫1由均匀分布的若干个足垫连接螺钉3连接到足底板2上，橡胶密封垫5安装在足底板2的上端面上；通过均匀分布的若干个足底板连接螺钉4将足垫1、足底板2和橡胶密封垫5固定在轴承底座6上；

在所述的大角度关节轴承组件中，大角度关节轴承由关节轴承内圈30和关节轴承外圈29组成；关节轴承内圈30靠装在支撑轴13的轴肩上，并通过两个圆螺母31锁紧在支撑轴13上，关节轴承外圈29安装在轴承托架18中；轴承托架18的外圆周面上部具有两个用于实现足部前后方向偏摆时限位的凸轮状结构A；用于轴向定位关节轴承外圈29的轴承端盖16通过均匀分布的若干个端盖固定螺钉12固装在轴承托架18的左侧端面上；支承轴13架设在底座支架35上方的半圆形凹槽中；用两个下吊环螺钉38将左侧盖板14固定在底座支架35左侧凸台的上端面上，用其余的两个下吊环螺钉38将右侧盖板32固定在底座支架35右侧凸台的上端面上；通过弹簧垫圈33和锁紧螺母34将支承轴13轴向锁紧；用于周向定位的定位销15安装在左侧盖板14和支撑轴13的定位孔中；测力传感器28通过4个托架连接螺钉39与轴承托架18固定连接，转接板19通过4个均布的转接板上连接螺钉26与测力传感器28固接；