[实用新型]一种仿生张拉缓冲足-踝系统

说明书

一种仿生张拉缓冲足‑踝系统，包括两级张拉结构，第一级张拉结构既保证了整体结构起到缓冲的作用，又由于张拉结构自平衡自稳定性保证了足‑踝系统整体触地时的稳定平衡性，实现了刚性支撑和柔性缓冲的功能特征。第二级张拉结构在保证结构稳定性的同时通过拉力弹簧的变形吸收冲击力，再次通过具有柔性和自平衡自稳定性的张拉结构强化了仿生张拉足‑踝系统的缓冲功能特征。

技术领域

本实用新型涉及机械仿生工程技术领域，特别涉及一种应用于四足机器人的仿生张拉缓冲足-踝系统。

背景技术

随着仿生技术的快速发展，仿生步行机器人在各个行业的众多领域被广泛应用，如军事侦察、物资运送、野外科考、抢险救灾等，代替人从事危险工作，极大地增大了人的工作安全性并降低了工作强度。四足步行机器人不仅具有承载能力强、稳定性好、结构简单等显著特点，其还能够以静态步行方式实现结构路面及复杂地形上的行走，并可以动态步行方式实现高速运动，因而受到世界范围内研究者的广泛关注。

目前四足机器人的足部多为圆弧面或球形的整体刚性设计，难以保证高可靠度的接触及缓冲效果；且机器人的踝关节均被简化设计为机械式铰连接，在运动过程中往往承受剪切、弯曲、扭转和较大地面冲击等多种类型载荷的作用，同时由于铰连接多为刚性连接，刚性体之间不可避免地存在摩擦与撞击。研究表明，在快/高速运动状态下，四足机器人的下肢关节极易由于地面冲击力左右而发生结构破坏，进而限制了机器人运动的适用性和性能的进一步提升。

目前，研究者大多采取在步行机器人的腿机构中采用高弹性材料，以在一定程度上减少地面接触对机器人的冲击影响，但足部几乎仍均为刚性整体设计，因此整体效果仍不理想。近年来，本实用新型申请人基于张拉思想，提出了一种仿生膝关节，用以降低冲击；同时受四足动物足垫结构启发对四足机器人的球形足进行了仿生设计。文献调研表明，目前国内外针对四足机器人系统的足-踝系统尚未有太多考虑。陆地上善于奔跑的四足趾行动物(如猫、犬等)的腿-足系统构成与当前机器人的腿-足结构设计有着明显的不同。四足趾行动物的腿-足系统具有精细的骨骼-肌肉系统，该系统又可细分为骨骼系统与肌肉系统，前者包括骨骼、软骨、韧带等，后者主要由肌肉和肌腱组成。研究表明，生物肢体的骨骼肌肉系统是一种存在于生物体的特殊“张拉结构”。张拉结构具备整体结构柔性，可使得机器人腿-足系统尤其是关节在运动中能够从容应对足-地冲击载荷，降低关节损伤并减小关节驱动负担；张拉结构具备的自平衡特性，则可以保证步态周期中腿部关节的稳定性。因此，结合研究现状，将张拉结构引入四足机器人的足-踝系统的创新设计研究，可能为降低机器人下肢冲击损伤问题的解决提供了全新的思路。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有四足机器人腿-足系统踝关节均采用刚性铰连接、足部采用整体式设计而带来的缓冲性能差的问题，而提供一种能克服上述缺点的仿生张拉缓冲足-踝系统。