專利名稱：一種類人機器人腳的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機器人技術領域，具體涉及一種類人機器人腳。
背景技術：
機器人是近年來發(fā)展起來的一個多學科和技術相交叉結合的應用領域，而類人機器人目前已成為機器人領域的研究熱點問題之一。類人機器人技術匯集了當今世界在機電、材料、計算機、傳感器、控制技術、人工智能、仿生科學、思維科學、心理學以及理論語言學等多個學科領域的尖端技術。目前各種移動方式的機器人層出不窮，如輪式機器人、履帶式等機器人。但類人機器人具有更高的靈活性和獨特的優(yōu)勢，對步行環(huán)境要求很低，能適應各種地面且具有較高的逾越障礙能力，通過研制步行機制，可以為醫(yī)療康復機構提供一套能夠服務于傷殘病人(下肢癱瘓和截肢者)的類人行走機構。國內外對類人機器人的研究已經如火如荼，如日本研制的ASMO機器人、韓國研制的HUBO機器人，中國的研制的“匯童”機器人等，但目前各研究機構公布的類人機器人大多數設計的腳掌都沒有腳趾關節(jié)，沒有人腳特有的足弓結構，所以機器人行走時不能像人類一樣利用足弓的變化減小腳著地時的沖撞和腳離地時產生推力，不能像人類那樣可以在復雜的地面行走。

實用新型內容(一 )要解決的技術問題本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構緊湊，行走時能夠緩沖腳觸地階段產生的沖擊，腳離地時產生較大的推力，且能在復雜的地面上行走的類人機器人腳。( 二 )技術方案為解決上述技術問題，本實用新型所采用的技術方案是:一種類人機器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關節(jié)連接在腳掌上的機器人小腿，所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內部運動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內部運動塊之間以及足弓內部運動塊和足弓下部之間設有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。所述足弓內部運動塊內設有柔性體。所述腳趾包括通過鉸鏈連接的前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)，所述前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)頂面上還連接有彈簧致使所述前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)在不運動時處于水平位置。所述腳底板從上至下依次設有第一金屬層、柔性材料層、第二金屬層，所述腳底板內部設有六維力/力矩傳感器。所述腳底板的第一金屬層上部設有關節(jié)連接部，所述關節(jié)連接部通過三自由度踝關節(jié)連接于機器人小腿上，所述三自由度裸關節(jié)由三個伺服電機通過同步帶連接諧波減速器從而驅動關節(jié)運動，分別實現(xiàn)沿水平方向的偏航運動、豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動通過中間連接塊聯(lián)動的運動實現(xiàn)。所述腳趾有4組。(三)有益效果本實用新型相比較于現(xiàn)有技術，具有如下有益效果:本實用新型的腳掌上有四個被動連接的腳趾，可以實現(xiàn)像人一樣行走時腳趾離地、腳跟觸地的動作，每個腳趾有兩部分，由彈簧拉緊處于水平位置，受向上的力時腳趾可以向上凸起，可以適應復雜地面的行走，尤其是設計了類人腳的足弓，在腳離地階段，通過足弓內部運動塊與安裝于足弓下側的柔性墊塊接觸及位于足弓內部運動塊內部的柔性體的彈性變形，產生推力，幫助行走，在腳著地階段，通過足弓內部運動塊與安裝于足弓上側的柔性墊塊的接觸及位于足弓內部運動塊內部的柔性體的彈性變形，緩沖地面的沖擊，同時腳底安裝六維力/力矩傳感器，實現(xiàn)了地面對腳反作用力的實時檢測，踝關節(jié)通過三個伺服電機驅動，實現(xiàn)了像人類腳踝一樣的三自由度運動，整個機構結構緊湊，運動時能量消耗較小，提高了行走的穩(wěn)定性。

圖1為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的立體結構示意圖。圖2為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的腳掌結構示意圖。圖3為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的腳底板結構示意圖。圖4為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的腳趾結構示意圖。圖5為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的機器人小腿結構示意圖。圖6a為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的初始站立狀態(tài)圖。圖6b為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的腳掌離地階段狀態(tài)圖。圖6c為本實用新型實施例的一種類人機器人腳的腳掌著地階段狀態(tài)圖。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。如圖1至圖5所示的，一種類人機器人腳，具有類人的腳掌6和通過踝關節(jié)連接在腳掌6上的機器人小腿7，所述腳掌6包括腳趾1、足弓本體2和腳底板10，所述腳趾I通過被動關節(jié)連接于所述足弓本體2上，所述足弓本體2包括有足弓上部2-1、足弓內部運動塊2-3、足弓下部2-2，所述足弓上部2-1和足弓內部運動塊2-3之間以及足弓內部運動塊2-3和足弓下部2-2之間設有柔性墊塊2-4，所述足弓上部2-1鉸接于腳底板10上，所述足弓下部2-2固定于腳底板10上。所述足弓內部運動塊2-3內設有柔性體2-5。當機器人運動時，在腳離地階段，通過足弓內部運動塊2-3與位于足弓下側的柔性墊塊2-4接觸以及位于足弓內部運動塊內部的柔性體2-5的彈性變形，產生推力，如圖圖6b所示；在腳觸地階段，通過足弓內部運動塊2-3與位于足弓上側的柔性材料接觸2-4及位于足弓內部運動塊內部的柔性體2-5的彈性變形，緩沖地面對腳的沖擊，如圖6c所示。腳底板10內部裝有六維力/力矩傳感器11，實時檢測地面對機器人反作用力，進行控制。所述腳趾I包括通過鉸鏈連接的前腳趾關節(jié)1-1和后腳趾關節(jié)1-2，所述前腳趾關節(jié)1-1和后腳趾關節(jié)1-2頂面上還連接有彈簧3致使所述前腳趾關節(jié)1-1和后腳趾關節(jié)
1-2在不運動時處于水平位置。當腳踩在水平地面上時，腳趾I的兩關節(jié)在彈簧3的牽引下處于同一平面，與地面重合，如圖6a所示；當腳踩在有小塊凸起的地面上時，腳趾I會向上凸起，提聞了行走的穩(wěn)定性。所述腳底板10從上至下依次設有第一金屬層10-1、柔性材料層10-2、第二金屬層10-3，所述腳底板10內部設有六維力/力矩傳感器11。所述腳底板10的第一金屬層10-1上部設有關節(jié)連接部12，所述關節(jié)連接部12通過三自由度踝關節(jié)連接于機器人小腿7上，所述三自由度裸關節(jié)由三個伺服電機通過同步帶連接諧波減速器從而驅動關節(jié)運動，分別實現(xiàn)沿水平方向的偏航運動、豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動通過中間連接塊9聯(lián)動的運動實現(xiàn)。所述腳趾I有4組。本實用新型的機器人腳的踝關節(jié)有三個自由度，可以像人腳踝關節(jié)一樣分別實現(xiàn)沿水平方向的偏航運動、豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動。其中，電機4-1通過驅動皮帶輪8-1及諧波減速器5-1，實現(xiàn)機器人的腳掌6沿水平方向的偏航運動，電機4-2通過驅動皮帶輪8-2及諧波減速器5-2，實現(xiàn)機器人的腳掌6在豎直方向的升降運動，電機4-3通過驅動皮帶輪8-3及諧波減速器5-3，實現(xiàn)機器人的腳掌6沿水平線的滾動。諧波減速器5-2和5-3通過中間連接塊9，帶動機器人腳實現(xiàn)豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動，諧波減速器5-1與腳掌6直接連接，實現(xiàn)沿水平方向的偏航運動。機器人的移動過程:如圖6a表示機器人的初始站立狀態(tài)，機器人的腳掌6與地面完全接觸；如圖6b表示機器人的腳掌6的離地階段，電機4-2通過皮帶輪8-2及諧波減速器5-2使機器人腳掌豎直抬起，腳底板10離地，此時僅有腳趾I觸地，其中足弓內部運動塊
2-3與位于足弓下側的柔性墊塊2-4接觸，并且通過足弓內部運動塊內的柔性體2-5的彈性變形，產生推力，幫助機器人行走；如圖6c表示機器人的腳掌6的著地階段，通過足弓內部運動塊2-3與位于足弓上側的柔性墊塊2-4接觸，擠壓足弓內部運動塊2-3內的柔性體2-5，通過柔性體的彈性變形，緩沖了地面對腳掌的沖擊，并且通過安裝于腳底板10的六維力/力矩傳感器11的實時檢測，得到地面對機器人的反作用力，及時的調整機器人的行走速度及步幅等。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種類人機器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關節(jié)連接在腳掌上的機器人小腿，其特征在于:所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內部運動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內部運動塊之間以及足弓內部運動塊和足弓下部之間設有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。
2.根據權利要求1所述的類人機器人腳，其特征在于:所述足弓內部運動塊內設有柔性體。
3.根據權利要求1或2所述的類人機器人腳，其特征在于:所述腳趾包括通過鉸鏈連接的前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)，所述前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)頂面上還連接有彈簧致使所述前腳趾關節(jié)和后腳趾關節(jié)在不運動時處于水平位置。
4.根據權利要求3所述的類人機器人腳，其特征在于:所述腳底板從上至下依次設有第一金屬層、柔性材料層、第二金屬層，所述腳底板內部設有六維力/力矩傳感器。
5.根據權利要求3所述的一種類人機器人腳，其特征在于:所述腳底板的第一金屬層上部設有關節(jié)連接部，所述關節(jié)連接部通過三自由度踝關節(jié)連接于機器人小腿上，所述三自由度裸關節(jié)由三個伺服電機通過同步帶連接諧波減速器從而驅動關節(jié)運動，分別實現(xiàn)沿水平方向的偏航運動、豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動，其中豎直方向的升降運動和沿水平線的滾動通過中間連接塊聯(lián)動的運動實現(xiàn)。
6.根據權利要求3所述的類人機器人腳，其特征在于:所述腳趾有4組。
專利摘要本實用新型公開了一種類人機器人腳，具有類人的腳掌和通過踝關節(jié)連接在腳掌上的機器人小腿，所述腳掌包括腳趾、足弓本體和腳底板，所述腳趾通過被動關節(jié)連接于所述足弓本體上，所述足弓本體包括有足弓上部、足弓內部運動塊、足弓下部，所述足弓上部和足弓內部運動塊之間以及足弓內部運動塊和足弓下部之間設有柔性墊塊，所述足弓上部鉸接于腳底板上，所述足弓下部固定于腳底板上。本實用新型結構緊湊，行走時能夠緩沖腳觸地階段產生的沖擊，腳離地時產生較大的推力，且能在復雜的地面上行走。
文檔編號B62D57/032GK203020441SQ201320030979
公開日2013年6月26日 申請日期2013年1月17日 優(yōu)先權日2013年1月17日
發(fā)明者駱敏舟, 陳兵, 王美玲, 李濤 申請人:常州先進制造技術研究所