[发明专利]一种基于张拉整体结构的仿生足跖趾关节机构及装置

权利要求书

1.一种基于张拉整体结构的仿生足跖趾关节机构，其特征在于，包括：

仿生足前掌(1)，所述仿生足前掌(1)顶部设置有滑轨支撑座(13)，所述滑轨支撑座(13)上设置有滑轨(15)；所述仿生足前掌(1)前端对称设置有两个张拉单元前支撑杆(11)，所述滑轨支撑座(13)两侧对称设置有两组张拉单元后支撑杆(12)；两个张拉单元前支撑杆(11)顶部支撑一水平布置的张拉单元前杆(14)，两组张拉单元后支撑杆(12)顶部支撑一水平布置的张拉单元后杆(16)；

张拉单元(2)，所述张拉单元(2)包括滑块(21)、上连杆(23)、下连杆(22)及连接杆(24)；所述滑块(21)滑动于所述滑轨(15)上，所述滑块(21)两侧一一对应转动连接两组所述上连杆(23)、所述下连杆(22)，每一组所述上连杆(23)、所述下连杆(22)均通过一所述连接杆(24)连接至滑块(21)对应的侧面；

仿生足后掌(3)，所述仿生足后掌(3)前端两侧对称布置有两组后掌连接杆(31)，两组所述后掌连接杆(31)一一对应连接两组张拉单元后支撑杆(12)；以及

弹簧套件，所述上连杆(23)、所述下连杆(22)通过所述弹簧套件对应连接所述张拉单元前杆(14)、所述张拉单元后杆(16)，用于模拟第一至第五跖趾关节之间协同运动的生物力学特性；滑块(21)沿滑轨(15)移动且带动所述上连杆(23)、所述下连杆(22)绕轴孔转动，所述后掌连接杆(31)跟随所述下连杆(22)运动并带动所述仿生足后掌(3)与非结构化地形抵接或分离实现跖行状态与趾行状态的切换；

所述弹簧套件为对称布置的两组，每一组均包括：第一弹簧(41)、第二弹簧(42)、第三弹簧(43)、第四弹簧(44)、第五弹簧(45)及第六弹簧(46)；所述第二弹簧(42)与所述第五弹簧(45)劲度系数相同，用于提供所述滑块(21)在所述滑轨(15)上的稳定滑动；所述第一弹簧(41)与所述第三弹簧(43)劲度系数大于所述第四弹簧(44)和所述第六弹簧(46)，且所述第一弹簧(41)与所述第三弹簧(43)原长小于所述第四弹簧(44)及所述第六弹簧(46)；所述第一弹簧(41)至第六弹簧(46)共同作用下组成张拉整体单元，通过弹簧刚度匹配实现仿生足跖行状态下的灵活及趾行状态下的稳定；

其中，所述上连杆(23)顶部与张拉单元前杆(14)通过所述第一弹簧(41)连接，其顶部还与张拉单元后杆(16)通过第四弹簧(44)连接；每一组所述下连杆(22)底部与张拉单元前杆(14)通过第三弹簧(43)连接，其底部还与张拉单元后杆(16)通过第六弹簧(46)连接；所述第二弹簧(42)一端安装于所述滑块(21)一侧，其另一端与所述张拉单元前杆(14)相连；所述第五弹簧(45)一端安装于所述滑块(21)另一侧，其另一端与所述张拉单元后杆(16)相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿生足跖趾关节机构，其特征在于，每一组所述上连杆(23)和所述下连杆(22)之间均通过推力球轴承(221)分隔限位，且所述推力球轴承(221)设置于所述连接杆(24)上。

3.根据权利要求1所述的一种基于张拉整体结构的仿生足跖趾关节机构，其特征在于，每一个所述张拉单元前支撑杆(11)的一端与所述仿生足前掌(1)前端连接，另一端上设置有支撑所述张拉单元前杆(14)的安装孔一，其由一端至另一端圆弧过渡且朝向所述滑轨支撑座(13)方向倾斜；每一个所述张拉单元后支撑杆(12)均包括固定段和连接段，所述固定段和所述连接段之间的夹角为钝角，所述固定段固定于所述滑轨支撑座(13)侧面，所述连接段远离所述固定段一端具有用于连接所述张拉单元后杆(16)的安装孔二。

4.根据权利要求3所述的一种基于张拉整体结构的仿生足跖趾关节机构，其特征在于，所述后掌连接杆(31)包括连接盘(311)、角度连接杆(312)及过渡杆(313)，所述角度连接杆(312)一端与所述仿生足后掌(3)侧面固定，其另一端连接所述连接盘(311)，所述连接盘(311)上具有多个用于与所述张拉单元后支撑杆(12)的连接段安装的固定孔，所述过渡杆(313)连接于所述接盘(311)和所述角度连接杆(312)的一端之间。