一种高能效能量可控足部机构制造技术

本发明专利技术涉及仿生机器人足部关节机构领域，具体是一种高能效能量可控足部机构，包括鞋壳组件及足部储能释放机构，鞋壳组件包括侧挡板，鞋壳组件还包括与侧挡板连接的鞋套组件，足部储能释放机构包括前顶支架及后顶支架，前顶支架及后顶支架分别铰接在侧挡板的前端及后端，前顶支架与后顶支架间相互连接有压簧，前顶支架及后顶支架配有用于限制其转动并存储能量的卡紧组件。本发明专利技术通过对于脚后跟落地、脚前掌落地、脚前掌离地、脚后跟离地的步态过程进行交替式的能量吸收及能量释放过程，达到最优化的存储行走中释放的能量，并高效自动的利用储能最终使得机构的效率得到提高。

A High Energy Efficiency Controllable Foot Mechanism

【技术实现步骤摘要】
一种高能效能量可控足部机构
本专利技术涉及仿生机器人足部关节机构领域，具体是指一种高能效能量可控足部机构。
技术介绍
仿生机器人足部机构是综合了机械、传感器、控制技术等多种学科的高级智能机构。仿生机器人足部机构能很好地辅助人行走，还能起到医疗康复作用，所以仿生机器人足部机构的市场需求很大。仿生机器人足部机构目前还面临着问题。人在行走时的脚部蹬地以及脚部着地都会伴随着能量的收放。如何将这部分能量有效地存储起来是一个问题。另外，如何高效地利用能量也是一个问题。现有的仿生机器人足部机构采用纯被动的能量释放方式，效率低下，可靠性低。此外，机构在触地阶段与地面存在冲击。这些冲击会不但会造成机构的损伤以及能量的损耗，还会造成控制系统非线性现象，严重影响机构的性能。现有的仿生机器人足部机构能够解决部分上述问题，具体如下：在专利【CN201810104135】中，公开一种多自由度储能足部机构，包括足底单元、侧板单元、踝关节单元和捆绑单元，踝关节单元通过侧板单元与足底单元可拆卸连接，捆绑单元与足底单元和踝关节单元均可拆卸连接，踝关节单元包括踝关节支撑座，踝关节支撑座包括一体成型的支撑台和挂耳，挂耳上开设有通孔，通孔内安装踝关节趾屈背曲转轴和轴承使踝关节支撑座以可转动方式装配在侧板单元里，支撑台可拆卸连接储能单元。通过侧板单元结合钢索固定块、钢索、钢连接块、止压杆、压簧、压簧管、压簧管顶盖，通过趾屈和背屈运动，止压杆在压簧管内上升或下降，从而达到趾屈运动和背屈运动中能量的储存和释放。此专利技术虽然能减小能量损耗，但结构简单，没有驱动系统，足部冲击吸收效果不好。在专利【CN201210200662】中，公开一种柔性着陆的仿人机器人足部机构。此专利技术包括前边沿向上弯曲的脚底板、底层橡胶垫、中间层橡胶垫、平端对顶波形弹簧、包覆片、多维柔性铰链、力矩传感器、踝支承座。在脚底板上方固定设置有多维柔性铰链，踝支承座通过力矩传感器与多维柔性铰链连接；在脚底板下方从上至下依次设置有中间层橡胶垫和底层橡胶垫。平端对顶波形弹簧的三点式配置和多维柔性铰链三点支撑的方式，在足部着地时可以实现机器人驱干在俯仰方向和滚动方向上一定幅度的转动，从而明显提高了机器人在应对足部着地冲击时的自我调整能力；抬脚起步的过程中，被压缩的多维柔性铰链和平端对顶波形弹簧可释放弹性变形能，在机器人的行走过程中起到节能的目的，被压缩的中间层橡胶垫和底层橡胶垫又起到阻尼的作用，防止起步冲击过大使机器人失去平衡；底层橡胶垫下表面三个凸起周围的褶皱结构，在足部着地时相当于弹簧的作用，可以有效减缓驱干的压缩行程此专利技术虽然具有承受载荷大、行程短、所需空间小等优点，但是能量收集效率较低，对于步态后脚跟着地及前脚掌着地的能量吸收较差，此外还没有能量存储释放机构。为了满足仿生机器人足部机构的市场需求以及解决部分市面产品存在的缺陷，研发出一种新型的仿生机器人足部关节机构迫在眉睫。新型的仿生机器人足部关节机构应该弥补上述机构的缺陷，能存储行走中释放的能量，并且能高效利用以使得机构的效率得到提高，还能够缓冲地面对其的冲击。
技术实现思路
基于以上问题，本专利技术提供了一种高能效能量可控足部机构。为解决以上技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种高能效能量可控足部机构，包括鞋壳组件及足部储能释放机构，鞋壳组件包括侧挡板，鞋壳组件还包括与侧挡板连接的鞋套组件，足部储能释放机构包括前顶支架及后顶支架，前顶支架及后顶支架分别铰接在侧挡板的前端及后端，前顶支架与后顶支架间相互连接有压簧，前顶支架及后顶支架配有用于限制其转动并存储能量的卡紧组件。作为一种优选的方式，侧挡板上还开设有与前顶支架及后顶支架转动轨迹相应的前顶弧槽及后顶弧槽，前顶支架与前顶弧槽相对处设有用于限制前顶支架沿前顶弧槽转动的夹板，后顶支架与后顶弧槽相对处设有用于限制后顶支架沿后顶弧槽转动的夹板，卡紧组件安装在前顶弧槽、后顶弧槽处。作为一种优选的方式，卡紧组件包括卡座、卡簧、卡簧座，卡簧两端分别与卡簧座及卡座连接，侧挡板上开设有用于安装前顶支架及后顶支架配对卡紧组件的前顶卡槽及后顶卡槽，与前顶支架配对的卡座、卡簧、卡簧座安装在前顶卡槽内，与后顶支架配对的卡座、卡簧、卡簧座安装在后顶卡槽内。作为一种优选的方式，还包括用于驱动卡紧组件卡紧顶支架及后顶支架的联动控制机构。作为一种优选的方式，联动控制机构包括导线座、拉绳及舵机，舵机通过拉绳穿过导线座与卡紧组件的卡座连接。作为一种优选的方式，侧挡板尾部连接有后挡板，导线座安装在后挡板上，舵机以铰接的方式安装在后挡板上。作为一种优选的方式，还包括用于驱动舵机转动的电器件，电器件包括陀螺仪、控制电路板及电机。作为一种优选的方式，还包括缓冲机构，缓冲机构包括小腿护板，小腿护板以铰接的方式安装在侧挡板上，小腿护板上开设有两道竖向滑槽，竖向滑槽内安装有固定弹簧座、移动弹簧座、两头分别与固定弹簧座及移动弹簧座连接的弹簧，两道竖向滑槽安装的移动弹簧座通过前拉杆及后拉杆分别与侧挡板前端及后端连接，前拉杆及后拉杆与侧挡板、移动弹簧座的连接方式为铰接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术通过对于脚后跟落地、脚前掌落地、脚前掌离地、脚后跟离地的步态过程进行交替式的能量吸收及能量释放过程，达到最优化的存储行走中释放的能量，并高效自动的利用储能最终使得机构的效率得到提高。附图说明图1为本专利技术的前向轴测图。图2为本专利技术的后向轴测图。图3为鞋壳组件的结构示意图。图4为前顶支架、后顶支架、压簧形成的组件正面轴测图。图5为前顶支架、后顶支架、压簧形成的组件背面轴测图。图6为图4中A的局部放大图。图7为图4中B的局部放大图。图8为卡紧组件的结构示意图。图9为卡座的结构示意图。图10为夹板的结构示意图。图11为缓冲机构的结构示意图。图12为小腿护板的结构示意图。图13为固定弹簧座、弹簧、移动弹簧座形成构件的结构示意图。图14为导线座的结构示意图。图15为舵机的结构示意图。图16为拉绳与舵机、导线座、卡座的连接示意图。其中，1鞋壳组件，101侧挡板，1011前顶弧槽，1012前顶卡槽，1013后顶弧槽，1014后顶卡槽，1015前顶转动轴孔，1016后顶转动轴孔，1017护板转动轴孔，102鞋套，103后挡板，2足部储能释放机构，201前顶支架，2011前顶卡齿，202后顶支架，2021后顶卡齿，203压簧座，204夹板，205压簧，206卡紧组件，2061卡座，2062卡簧，2063卡簧座，3缓冲机构，301小腿护板，3011竖向滑槽，302小腿后挡板，303固定弹簧座，304弹簧，305移动弹簧座，306前拉杆，307后拉杆，4联动控制机构，401导线座，402舵机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。本专利技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例1：参见图1及图2，一种高能效能量可控足部机构，包括鞋壳组件1及足部储能释放机构2，其中鞋壳组件1包括侧挡板101，鞋壳组件1还包括与侧挡板101连接的鞋套102组件，鞋套102组件可以与现有鞋子的结构相同，如凉鞋、拖鞋、运动鞋等，能固定脚部即可，侧挡板101的目的主要在于固定鞋套102组件及安装足部储能释放机构2，其可以为板形，也可以为曲面状的其他异型件，为了方便其加工，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高能效能量可控足部机构，包括鞋壳组件(1)及足部储能释放机构(2)，所述鞋壳组件(1)包括侧挡板(101)，其特征在于：所述鞋壳组件(1)还包括与侧挡板(101)连接的鞋套(102)组件，所述足部储能释放机构(2)包括前顶支架(201)及后顶支架(202)，所述前顶支架(201)及后顶支架(202)分别铰接在侧挡板(101)的前端及后端，所述前顶支架(201)与后顶支架(202)间相互连接有压簧(205)，所述前顶支架(201)及后顶支架(202)配有用于限制其转动并存储能量的卡紧组件(206)。

【技术特征摘要】
1.一种高能效能量可控足部机构，包括鞋壳组件(1)及足部储能释放机构(2)，所述鞋壳组件(1)包括侧挡板(101)，其特征在于：所述鞋壳组件(1)还包括与侧挡板(101)连接的鞋套(102)组件，所述足部储能释放机构(2)包括前顶支架(201)及后顶支架(202)，所述前顶支架(201)及后顶支架(202)分别铰接在侧挡板(101)的前端及后端，所述前顶支架(201)与后顶支架(202)间相互连接有压簧(205)，所述前顶支架(201)及后顶支架(202)配有用于限制其转动并存储能量的卡紧组件(206)。2.根据权利要求1所述的一种高能效能量可控足部机构，其特征在于：所述侧挡板(101)上还开设有与前顶支架(201)及后顶支架(202)转动轨迹相应的前顶弧槽(1011)及后顶弧槽(1013)，所述前顶支架(201)与前顶弧槽(1011)相对处设有用于限制前顶支架(201)沿前顶弧槽(1011)转动的夹板(204)，所述后顶支架(202)与后顶弧槽(1013)相对处设有用于限制后顶支架(202)沿后顶弧槽(1013)转动的夹板(204)，所述卡紧组件(206)安装在前顶弧槽(1011)、后顶弧槽(1013)处。3.根据权利要求1～2任一项所述的一种高能效能量可控足部机构，其特征在于：所述卡紧组件(206)包括卡座(2061)、卡簧(2062)、卡簧座(2063)，所述卡簧(2062)两端分别与卡簧座(2063)及卡座(2061)连接，所述侧挡板(101)上开设有用于安装前顶支架(201)及后顶支架(202)配对卡紧组件(206)的前顶卡槽(1012)及后顶卡槽(1014)，与前顶支架(201)配对的所述卡座(2061)、卡簧(2062)、卡簧座(2063)安装在前顶卡槽(1012)内，与后顶支架(202)配对的所述卡座(2061)、卡簧(2062)、卡簧座(2063)安装在后顶卡槽(1014)内。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏敦文，高涛，周聪，张远舰，张翔宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51