[发明专利]一种基于仿生学的柔性被动足部系统

权利要求书

1.一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，包括仿人被动柔性足趾关节(Ⅰ)、以及设置在仿人被动柔性足趾关节(Ⅰ)上的侧向缓冲减震层(Ⅱ)；所述侧向缓冲减震层(Ⅱ)通过减震组件设置在仿人被动柔性足趾关节(Ⅰ)上；

所述仿人被动柔性足趾关节包括足底 (1)、弹簧顶座(2)、弹簧套筒(3)、足趾压缩弹簧(4)、滑块 (5)、柔性机构销轴一 (6)、足趾连杆 (7)、柔性机构销轴二 (8)、趾关节销轴(9)、足趾 (10)；足趾 (10)与足底(1)以铰链的方式连接，通过趾关节销轴 (9)固定，足趾关节的弹性由平行于足底的足趾压缩弹簧 (4)提供；弹簧顶座 (2)、弹簧套筒 (3)分别用螺钉相邻固定在足底 (1)上，足趾压缩弹簧 (4)一端穿过弹簧套筒 (3)安装在弹簧顶座(2)上，并且足趾压缩弹簧 (4)能始终保持线性压缩，足趾压缩弹簧 (4)的另一端与滑块(5)相连；滑块 (5)通过柔性机构销轴一 (6)与足趾连杆 (7)铰接，足趾连杆 (7)通过柔性机构销轴二 (8)与足趾 (10)铰接，滑块 (5)、柔性机构销轴一 (6)、足趾连杆 (7)、柔性机构销轴二 (8)与足趾 (10)共同组成一个曲柄连杆机构，足趾压缩弹簧 (4)通过曲柄连杆机构与足趾 (10)连接，此时足趾相当于曲柄，足趾压缩弹簧(4)相当于滑动副。

2.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，当足趾跖屈时，曲柄连杆机构将足趾的向上的绕趾关节销轴(9)的旋转转化为滑块 (5)的直线运动，滑块 (5)再挤压足趾压缩弹簧 (4)，使足趾压缩弹簧 (4)呈线性压缩，使足趾压缩弹簧(4)的弹性能线性量化。

3.根据权利要求2所述的一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，足趾关节的机械限位在于：足底 (1)与足趾 (10)通过趾关节销轴 (9)铰接，足底与足趾有机械限位，使得足趾 (10)只能绕趾关节销轴 (9)相对于足底 (1)向上旋转；足底 (1)的铰接部分的上半部为弧形A1面，下半部为竖直B2面，对应于足趾 (10)的上半部a1面和下半部b2面；当足底 (1)与足趾 (10)铰接在一起，弧形面A1与a1贴合，平面B2与b2贴合产生机械限位，使得足趾只能绕趾关节销轴 (9)相对足底向上转动，机器人在行走中，摆动腿的足部足趾关节不会向下旋转，与人类足部运动机理保持相似。

4.根据权利要求2所述的一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，弹簧顶座(2)右端有凸出的圆柱结构，足趾压缩弹簧(4)内圈可穿过此圆柱结构同时足趾压缩弹簧(4)外圈在弹簧套筒(3)内，由于滑块 (5)与弹簧顶座 (2)的距离限制，当足趾跖屈幅度过大时，滑块 (5)左端会与弹簧顶座 (2)右端接触，从而限制了足部跖屈时，足趾关节的绕趾关节销轴 (9)向上的旋转角度。

5.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，所述侧向缓冲减震层包括足间销轴 (11)、足部上支撑座 (12)、足部下支撑座 (13)、减震弹簧下支座 (14)、减震弹簧上支座 (15)、减震弹簧 (16)、足部上层 (17)；两个足部下支撑座 (13)通过螺钉安装在足底 (1)上，足部下支撑座 (13)通过足间销轴 (11)与足部上支撑座(12)铰接，足部上支撑座 (12)安装在足部上层 (17)上，这样足部上下两层通过位于同一轴心线上的两根足间销轴 (11)铰接在一起，实现侧向转动，减震弹簧（16）通过减震弹簧下支座 (14)、减震弹簧上支座 (15)固定，通过压缩实现侧向减震。

6.根据权利要求1所述的一种基于仿生学的柔性被动足部系统，其特征在于，足部上层(17)和足底 (1)各有上下对称的四个减震弹簧安装支座,分别为减震弹簧下支座 (14)和减震弹簧上支座 (15)，四根减震弹簧两端分别安装在减震弹簧下支座 (14)和减震弹簧上支座 (15)上，提供减震能力，同时减震弹簧下支座 (14)和减震弹簧上支座 (15)均具有一定的长度，限制了足部上层相对与足底的转动角度，避免过度的偏转导致机器人行走故障。