一种重载轻质弹性机械足制造技术

本发明专利技术公开了一种重载轻质弹性机械足，包括连接部件，关节部件，足底部件。连接部件主要实现机械足和腿之间的连接。关节部分具有四个对称的弹簧，它的等效运动为一个虎克铰，能够实现两个自由度运动，从而使机械足更好的适应复杂地形，在缓冲部分使用了异戊橡胶材料作为缓冲件，能够在受到大冲击下起到抗震缓冲的功能，足底部分使用了聚氨酯橡胶材料具有一定的防滑功能，并且足接触部分有凸起颗粒增大了足底附着力。

A kind of heavy load light elastic mechanical foot

The invention discloses a heavy load light elastic mechanical foot, which comprises a connecting component, a joint component and a foot component. The connection part mainly realizes the connection between the mechanical foot and the leg. Spring joint part has four symmetrical, its equivalent motion as a Hooke hinge, can realize two degrees of freedom movement, so the mechanical foot better adapt to the complex terrain, in the buffer using isoprene rubber material as a buffer, can play a buffer function under seismic shock under foot part of the use of polyurethane rubber material has certain anti-skid function, and foot contact portion of convex particles increases the adhesion of foot.

【技术实现步骤摘要】
一种重载轻质弹性机械足
本专利技术属于机械设计领域，涉及一种重载轻质弹性机械足。
技术介绍
传统的足式机器人与地面的接触方式是通过不同的机械足来实现的。常见的机械足一般为球面足或简单平面、曲面足，并且加以辅助弹簧等减震装置。此类机械足的结构与功能都相对较为简单，大部分只适合在刚性平整地面上行走，而在复杂路面上的行走效果较差，不能很好地适应地形。目前国内外专门针对重载情况下设计的机械足较少，大部分的机械足都为传统机械足。目前能够实现重载、复杂地面行走的、具有弹性性质的机械足一般具有较大的重量，对机器人的行走运动造成了很多问题并且大大降低了足式机器人的动态性能。所以针对重载情况下，轻质的具有弹性自由度的机械足的设计具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述问题，主要对重载，轻质的要求，同时又能够满足适应复杂地形，减震，防滑等次要要求的条件下，提出了一种重载轻质弹性机械足装置，适合重载足式机器人的动态和负载地形下的行走。本专利技术的一种重载轻质弹性机械足，包括连接部件，关节部件，足底部件；连接部件外部将机械足与机器人的腿部连接，内部和关节部件连接主要实现重载轻质弹性机械足和足式机器人腿部的连接功能，并且实现快速更换系统的效果；关节部件固定在连接部件下方，包括四个相同的弹性海绵，四个相同的弹簧，一个异戊橡胶材质的缓冲件，和一个碳纤维的连接件。四个相同的弹性海绵和弹簧安装在同一位置一起压缩，一端和连接部件固定，一端和异戊橡胶缓冲件固定。四个弹簧的运动等效成为一个虎克铰(两个相交的旋转自由度)。异戊橡胶缓冲件一端和弹簧相连，另一端和足底部件连接。足底部件主要是实现机械足和地面之间的接触，包括一个聚氨酯橡胶防滑底垫。所述的连接部件主要材料为铝合金，铝合金是金属材料中相对容易加工并且密度低，并且保证了重载轻质弹性机械足和小腿部分的刚性连接。所述的弹性海绵用于固定弹簧的位置，并且弹性海绵的密度低，而此部分的强度由弹簧保证，所以此部分的弹性海绵降低了机械足的重量。四个弹簧中心对称安装，组成的弹性关节的等效运动类似于虎克铰(两个相交的旋转运动)，能够在复杂环境下适应斜面或者不同地形，并且整个弹性海绵和弹簧还起到了一定弹性缓冲的效果。所述的异戊橡胶材料弹性大，耐冲击，替代了原有常用的金属材料，一定程度上降低了机械足的重量，并且在足式机器人动态运动时，起到了抗冲击的作用，使得足底的冲击力没有直接作用到足式机器人的腿部，减轻了足式机器人关键冲击破坏，在基础的圆柱形结构上对上表面进行了蜂窝形的切除处理，这样不仅减轻了重量，同时提供了弹性海绵的安装位置，简化了机构。对异戊橡胶缓冲件受力较弱的部分进行了适当的切块处理，减轻了适当的重量。所述的碳纤维材料质量轻，强度高，替代了原有常用的金属材料，保证了关节部件的整体强度和降低了机械足的重量，并且提供了可以更换底垫的接口。所述的防滑底垫使用的材料是聚氨酯橡胶，相对于其他的材料，它的强度高，并且耐磨性好，更加适合作为足式机器人和地面接触的材料。并且防滑底垫的底部为了防滑和增大足底的附着力，对防滑底垫的底面加工出凸起的颗粒比和适当增加了防滑底垫的厚度。所述的重载轻质弹性机械足的在各个部分的材料都是相对传统金属轻质的材料，在关键的受力连接件使用的都是高强度的材料，在保证了机械足的整体强度下，对整个机械足都进行了轻化处理。本专利技术的优点在于：(1)本专利技术所述的装置能够安装在重载的足式机器人足部，使得机器人在大坡度、不平整地面上能够平稳行走，质量轻，在动态行中提供了一定的减震缓冲作用，提升了机器人在大坡度、不平整地面上的动态行走性能；(2)本专利技术所述的装置能够在足式机器人行走中起到一定的防滑作用；(3)本专利技术所述的装置可以方便对更换在不同足式机器人中使用。附图说明图1是本专利技术的一种重载轻质弹性机械足的正视图；图2是本专利技术的一种重载轻质弹性机械足的正视半剖图；图3是本专利技术的一种重载轻质弹性机械足的俯视图；图4是本专利技术的连接部件结构示意图；图5是本专利技术的关节部件结构示意图；图6是本专利技术的足底部件结构示意图；图7是本专利技术着地变形示意图；图中：1-连接部件2-关节部件3-足底部件201-弹性海绵202-弹簧203-异戊橡胶的缓冲件204-碳纤维的连接件具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术是一种重载轻质弹性机械足装置，如图1、图2、图3所示，包括连接部件1、关节部件2、足底部件3；连接部件1如图4所示，连接部件1是一个整体加工件，加工材料是铝合金，加工件的上面有一个圆柱形插槽，插槽主要和简单圆柱的机器人腿部相连，插槽两侧有两个螺栓定位孔，用于固定连接作用。加工件的下半部分是一个大圆盘，圆盘和上半部分的圆柱形插槽之间增加加强筋来增加强度。大圆盘上对称布置四个螺栓孔，螺栓孔是为了固定弹性海绵201的位置。关节部件2如图5所示，包括弹性海绵201、弹簧202、异戊橡胶的缓冲件203、碳纤维的连接件204。弹性海绵201为圆柱形，在两端有固定使用的孔，一端和连接部件1的大圆盘通过螺栓插入后增大附着面积，使用强力胶使两个器件连接，一端和碳纤维的连接件204通过螺栓插入后增大附着面积，使用强力胶使两个器件连接，弹性海绵201套在弹簧202内部，并且穿过异戊橡胶的缓冲件203。弹簧202的中经应该选择和弹性海绵201的直径相似，在实际的安装修改中，可以先确定的弹簧202的中经，配合安装后修改弹簧海绵201的直径，使得弹簧海绵201插入弹簧海绵201后存在适当的径向力，实现类似过盈配合的效果，强度等需求根据不同的情况进行选择，弹簧202套在弹性海绵201外部，并且穿过异戊橡胶的缓冲件203。异戊橡胶的缓冲件203整体形状为圆柱形，直径和连接部件1的大圆盘直径相同。异戊橡胶的缓冲件203在上半部分有排列规律的蜂窝形孔，蜂窝的孔数量可以根据实际大小和强度进行数量上的修改，分布使用中心轴对称的方式分布，其中必须有四个对称分布，内径大于弹簧202的外径的通孔，用于弹性海绵201和弹簧202的穿过。在异戊橡胶的缓冲件203的下半部分增加对称分布的切块用于减少整体的重量。碳纤维的连接件204整体为圆柱形，厚度主要根据强度进行设计，直径和异戊橡胶的缓冲件203的直径相同。碳纤维的连接件204有固定弹性海绵201的螺栓孔和固定异戊橡胶的缓冲件203的螺栓孔。足底部件3如图6所示，包括聚氨酯橡胶防滑底垫301。足底部件3的材料为聚氨酯橡胶防滑底垫，整体为圆柱形，上表面和碳纤维的连接件204用胶水连接，只受压力不受拉力，下表面加工突起颗粒，用于防止足和地面的滑动和增大足底附着力。本专利技术在不平整地面上受力时的示意图如图7。四个弹簧202的运动使得连接部件1和足底部件3之间等效于一个虎克铰的运动，机械足在不平整地面上运动时，由于受到地面和腿之间的相互作用压力，使得四个弹簧产生不对称变形，四组弹簧202和弹性海绵201的综合变形是轴向弯曲和轴向压缩的复合变形，轴向压缩的大小和实际的受力有关，轴向弯曲的程度和地面与机器人腿之间的姿态有关，这样可以尽量使得足底表面和地面相互贴近，大大增加了足底附着表面。其次异戊橡胶的缓冲件203在弹簧202受到大冲击的情况下，连接部件1和异戊橡胶的缓冲件203相接处，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种重载轻质弹性机械足装置，包括连接部件、关节部件、足底部件；连接部件外部将机械足与机器人的腿部连接，内部和关节部件连接，实现重载轻质弹性机械足和足式机器人腿部的连接，并且实现快速更换；关节部件包括四个相同的弹性海绵、四个相同的弹簧、异戊橡胶的缓冲件和连接件；弹性海绵位于弹簧内部，异戊橡胶的缓冲件设有蜂窝形孔，四个弹性海绵为圆心对称分布，弹簧穿过蜂窝形孔，弹性海绵一端连接部件，另一端连接连接件，四个弹簧的运动等效成为一个虎克铰，异戊橡胶缓冲件下表面与连接件连接，连接件还连接足底部件连接。

【技术特征摘要】
1.一种重载轻质弹性机械足装置，包括连接部件、关节部件、足底部件；连接部件外部将机械足与机器人的腿部连接，内部和关节部件连接，实现重载轻质弹性机械足和足式机器人腿部的连接，并且实现快速更换；关节部件包括四个相同的弹性海绵、四个相同的弹簧、异戊橡胶的缓冲件和连接件；弹性海绵位于弹簧内部，异戊橡胶的缓冲件设有蜂窝形孔，四个弹性海绵为圆心对称分布，弹簧穿过蜂窝形孔，弹性海绵一端连接部件，另一端连接连接件，四个弹簧的运动等效成为一个虎克铰，异戊橡胶缓冲件下表面与连接件连接，连接件还连接足底部件连接。2.根据权利要求1所述的一种重载轻质弹性机械足装置，所述的连接部件上面设有圆柱形插槽，插槽与机器人腿部相连，连接部件下面为圆盘，圆盘与圆柱形插槽之间设有加强筋。3.根据权利要求1或者2所述的一种重载轻质弹性机械足装置，所述的连接部件采用铝合金材料。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁希仑，陈佳伟，徐坤，张群，康林红，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11