本發(fā)明涉及一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，屬于機器人技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，機器人的移動方式主要有輪式、履帶式和腿式，而野外作業(yè)特種機器人行走中仍存在較多問題。在面對沼澤、沙漠等復(fù)雜環(huán)境時，機器人對于地形的適應(yīng)問題尤為突出，傳統(tǒng)輪式機器人難以解決該問題，履帶式機器人雖然可以大幅度降低對地形的要求，但也存在靈活性差、維護(hù)成本高等缺點；腿式機器人由于每條腿能實現(xiàn)不同的動作，可以依靠腿的協(xié)調(diào)動作，離散地與不同地面接觸，因此腿式機器人的地形適應(yīng)能力更強。改進(jìn)腿式機器人的腳掌和腳趾結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，改善其腳部的防沉陷性能，是提高復(fù)雜軟土環(huán)境下機器人行走穩(wěn)定性的重要途徑。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，提高機器人對軟土地面情況的適應(yīng)能力，增強其地面支撐的可靠性，使其在軟土等復(fù)雜地形環(huán)境下具有更穩(wěn)定的行走能力。

一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，包括上底蓋、導(dǎo)氣柱、若干上腳趾板、若干下腳趾板、氣囊、下底蓋、若干sma彈簧；所述氣囊上口和下口分別與上底蓋和下底蓋密封連接；所述上腳趾板與上底蓋周邊鉸接，同時上腳趾板下表面與氣囊的外側(cè)面粘合連接，所述下腳趾板與下底蓋周邊鉸接，同時下腳趾板上表面與氣囊外側(cè)面粘合連接，所述上腳趾板與下腳趾板之間為鉸鏈連接；所述導(dǎo)氣柱兩端分別安裝在上底蓋和下底蓋的中心孔處，并與下底蓋固連，所述sma彈簧設(shè)置在氣囊內(nèi)，且sma彈簧一端套接在導(dǎo)氣柱上，另一端固連在氣囊內(nèi)側(cè)壁上。

優(yōu)選地，所述下腳趾板包括第一工作腳趾板和第二工作腳趾板，且第一工作腳趾板與第二工作腳趾板呈鈍角固定連接，下底蓋底面、下腳趾板的第一工作腳趾板底面和第二工作腳趾板底面均為工作面。

優(yōu)選地，所述上底蓋和下底蓋的上下表面中心處均設(shè)有凸起圓臺，其中，上底蓋下表面和下底蓋上表面上的凸起圓臺均位于氣囊內(nèi)部，且處于氣囊內(nèi)部的凸起圓臺上設(shè)有容納sma彈簧的凹槽。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣柱中空，且下底蓋上表面的凸起圓臺與導(dǎo)氣柱連接處有圓周方向的導(dǎo)氣通道。

優(yōu)選地，上底蓋和下底蓋上設(shè)有供氣囊上下口封閉連接的溝槽。

優(yōu)選地，所述上腳趾板、下腳趾板和sma彈簧數(shù)目相對應(yīng)，共有三組。

優(yōu)選地，所述氣囊形狀為圓柱型。

有益效果：本發(fā)明采用一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，當(dāng)其與地面接觸時，膨脹氣囊壓縮排氣，起到緩沖減震的作用，同時sma彈簧通電伸長，腳趾板向外展開，并且隨著接觸程度的增加，參與接觸的工作面也在增加，增大了接觸面積，下腳底板的兩個工作面呈鈍角，使得其在接觸到一定程度時成爪狀將周圍土壤合攏到腳掌下方，起到聚土固土作用，提高了機器人腳掌支撐的穩(wěn)定性，離開地面時，sma彈簧斷電，導(dǎo)氣管向氣囊中通氣，腳掌恢復(fù)到接觸前的膨脹狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次的接觸，對于每次與軟土地面的接觸都有緩沖防震、聚土固土的過程，保證了腳掌行走支撐的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的機器人腳掌膨脹狀態(tài)示意圖；

圖2是本發(fā)明的機器人腳掌壓縮狀態(tài)示意圖；

圖3是本發(fā)明的機器人腳掌內(nèi)部機構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明的機器人腳掌下腳趾板結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，1-上底蓋，2-導(dǎo)氣柱，3-上腳趾板，4-下腳趾板，401-第一工作腳趾板，402-第二工作腳趾板，5-氣囊，6-下底蓋，7-sma彈簧。

具體實施方式

為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解

本技術(shù)：
中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本申請保護(hù)的范圍。

如圖1～3所示，一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，包括上底蓋1、導(dǎo)氣柱2、若干上腳趾板3、若干下腳趾板4、氣囊5、下底蓋6、若干sma彈簧7；所述氣囊5上口和下口分別與上底蓋1和下底蓋6密封連接；所述上腳趾板3與上底蓋1周邊鉸接，同時上腳趾板3下表面與氣囊5的外側(cè)面粘合連接，所述下腳趾板4與下底蓋6周邊鉸接，同時下腳趾板4上表面與氣囊5外側(cè)面粘合連接，所述上腳趾板3與下腳趾板4之間為鉸鏈連接；所述導(dǎo)氣柱2兩端分別安裝在上底蓋1和下底蓋6的中心孔處，并與下底蓋6固連，所述sma彈簧7設(shè)置在氣囊內(nèi)，且sma彈簧7一端套接在導(dǎo)氣柱2上，另一端固連在氣囊5內(nèi)側(cè)壁上。

優(yōu)選地，如圖4所示，所述下腳趾板4包括第一工作腳趾板401和第二工作腳趾板，且第一工作腳趾板401與第二工作腳趾板402呈鈍角固定連接，下底蓋6底面、下腳趾板4的第一工作腳趾板401底面和第二工作腳趾板402底面均為工作面。

優(yōu)選地，所述上底蓋1和下底蓋6的上下表面中心處均設(shè)有凸起圓臺，其中，上底蓋1下表面和下底蓋6上表面上的凸起圓臺均位于氣囊內(nèi)部，且處于氣囊5內(nèi)部的凸起圓臺上設(shè)有容納sma彈簧7的凹槽。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)氣柱2中空，下底蓋6上表面的凸起圓臺與導(dǎo)氣柱2連接處有圓周方向的導(dǎo)氣通道。

優(yōu)選地，上底蓋1和下底蓋6上設(shè)有供氣囊5上下口封閉連接的溝槽。

優(yōu)選地，所述上腳趾板3、下腳趾板4和sma彈簧7數(shù)目相對應(yīng)，共有三組。

優(yōu)選地，所述氣囊5形狀為圓柱型。

本發(fā)明的工作原理如下：

腳掌落地前，向?qū)庵?通入氣體，氣體依次通過導(dǎo)氣柱2和下底蓋6上表面的導(dǎo)氣通道進(jìn)入氣囊5中，此時，sma彈簧7斷電，如圖1所示，腳掌到達(dá)膨脹狀態(tài)，與地面接觸時，導(dǎo)氣管2停止通氣，隨著與地面接觸程度的加大，壓縮氣囊5將空氣從導(dǎo)氣管2排出，上底蓋1與下底蓋6逐漸接近，此時，sma彈簧7通電伸長起導(dǎo)向作用，上腳趾板3和下腳趾板4向四周展開，接觸面由下底蓋6底面增加為下底蓋6底面、下腳趾板4的底面和內(nèi)側(cè)面，增大接觸面積，三組下腳趾板4的內(nèi)側(cè)面呈爪狀將土壤向腳掌正下方合攏，起到穩(wěn)定固土作用，如圖1-2所示，每一完整的步態(tài)動作腳掌均含有膨脹和壓縮兩種狀態(tài)。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種適應(yīng)軟土地面的氣動式機器人腳掌，包括上底蓋、導(dǎo)氣柱、若干上腳趾板、若干下腳趾板、氣囊、下底蓋、若干SMA彈簧。本發(fā)明與地面接觸時，膨脹氣囊壓縮排氣，起到緩沖減震的作用，同時SMA彈簧通電伸長，腳趾板向外展開，并且隨著接觸程度的增加，參與接觸的工作面也在增加，增大了接觸面積，下腳底板的兩個工作面呈鈍角，使得其在接觸到一定程度時成爪狀將周圍土壤合攏到腳掌下方，起到聚土固土作用，提高了機器人腳掌支撐的穩(wěn)定性，離開地面時，SMA彈簧斷電，導(dǎo)氣管向氣囊中通氣，腳掌恢復(fù)到接觸前的膨脹狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次的接觸，對于每次與軟土地面的接觸都有緩沖防震、聚土固土的過程，保證了腳掌行走支撐的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：何鋼;姜君;曹釗源;朱燈林
受保護(hù)的技術(shù)使用者：河海大學(xué)常州校區(qū)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.04
技術(shù)公布日：2017.09.05