[发明专利]一种具有快速减震和路面适应能力的双足机器人足底结构

说明书

本发明涉及一种具有快速减震和路面适应能力的双足机器人足底结构，该机构可有效改善仿人机器人足部减震缓冲能力，同时提高机器人对不平路面的适应能力。该足底机构包括用于安装和起支撑作用的保持架、与保持架连接的纵向足弓机构、横向足弓机构，以及与足弓机构连接的内侧前掌模块、外侧前掌模块、内侧后跟模块和外侧后跟模块。本发明所提供的一种用于仿人机器人平板足的快速减震和路面适应足底机构，适合于各类以平板足为主要足底结构的仿人机器人对快速减震和非平整路面适应性的需求。

技术领域

本发明涉及一种具有快速减震和路面适应能力的双足机器人足底结构，属于机器人技术领域。

背景技术

仿人机器人是一种模仿人类身体结构和行走步态的双足式机器人，其优势在于对复杂环境的适应能力较强，且运动较为轻便灵活。目前的仿人机器人为了降低行走时的步态控制难度，减少行走过程中发生倾倒的可能性，在足底结构的设计上大多数采用了整体式平板足的方式，用一整块矩形平面作为足部触地行走，同时控制足部平面在行走时始终平行于地面。该足部机构受到路面冲击时缓冲减震能力差，路面冲击几乎完全传递至踝关节处，对关节驱动器造成冲击。另外，整体式平板足并无有效的路面适应能力，在非平整路面上触地面积急剧减小，在某一区域地面冲击急剧增大，易造成机器人失去平衡。由于对机器人踝关节的控制尚无法做到与人类相当的灵活度和准确度，因此通过给机器人穿鞋等简单方式也难以解决上述问题。而且，足部垂直于地面运动的踏步式行走方式使得机器人步点较为密集，对足部的快速减震性能有较高的要求。

中国专利号CN101143606A公开的一种机器人减震足部设计通过弯曲板连接前底减震块、后底减震块和中间减震块形成双层缓冲减震，通过六维力和力矩传感器测量足底受力。其中前后底减震块分布于脚掌前后，中间减震块位于脚掌中间足弓处。该发明通过两级减震的方式改善了路面冲击力对机器人的影响，但多级减震造成的机构复杂度使得足部与地面相接触的足底减震机构在机器人行走时的实际触地面积较小，影响机器人行走的平稳性，且在脚掌非平行于地面落地时，会在第二级减震处产生较大的应力，影响第二级减震的使用寿命。

中国专利号CN101402380A公开的一种机器人减震足部设计通过在脚底板和上压板间安装减震柱的方式缓冲减震，同时在脚底前后缘设置斜面用以增强机器人行走稳定性。该足底结构可以较好地吸收垂直于地面方向的震动冲击，但以减震柱为主的减震结构及其安装方式使得足部抵抗非平整路面冲击的能力较差，机器人在非平整路面行走时，踝关节处仍会产生较大的应力，对关节电机等重要零部件造成影响。

中国专利号CN101823517A公开的一种机器人柔性足部设计通过脚底板下方的全掌防滑减震垫，以及脚底板上方六维力传感器座的减震橡胶垫实现垂直足底方向的减震，同时提高传感器安装精度，但足底全掌减震垫的结构使得足部对于非平整路面的适应性较差，难以实现机器人在非平整路面上的稳定行走，且由于仿人机器人的行走特点，其足底与地面的减震缓冲时间很短，利用传感器安装座进行减震的方式难以使得机器人足部在短时间内对足底冲击力进行有效吸收。

发明内容

为解决现有机器人柔性减震足部存在的上述问题，同时针对现有仿人机器人多使用平板足式结构和踏步式短步长行走方式，使得机器人难以具备有效缓冲减震以及路面适应能力的问题，本发明提供一种适用于现有仿人机器人平板足式结构的具有快速减震和路面适应能力的足底机构，该机构通过一次性安装，即可使原有机器人平板足在受到路面冲击时在较短周期内完成有效减震，保护足部驱动关节。同时，足底减震模块的分布式独立减震布置方式还使得机器人对于非平整路面具备一定的路面适应能力，在上述路面行走时无需频繁调节踝关节输出角度，有效提高关节寿命，降低控制难度。

本发明采用以下的技术方案：