一种欠驱动仿人机械足制造技术

本发明专利技术提供一种欠驱动仿人机械足，至少包括前脚掌和后脚掌，前脚掌与后脚掌铰接，在前脚掌两侧靠近铰接位置处固定设有脚掌连接件，脚掌连接件上对应铰接位置的部分设有弧形限位槽，且后脚掌对应弧形限位槽的位置设有与弧形槽适配的限位凸起，当前脚掌与后脚掌平齐时，限位凸起刚好受到弧形限位槽的限制。前脚掌与后脚掌之间还设有弹性件。本发明专利技术结构简单，且在限位凸起以及弧形限位槽的共同作用下，能够模拟人脚趾与后脚掌之间存在的旋转极限位置，使得欠驱动仿人机械足的模拟效果更佳。且本发明专利技术前脚掌与后脚掌之间的相对运动可由自身结构实现，不用额外安装动力源进行对该自由度的控制，实现欠驱动功能，使得本发明专利技术的使用更加简单。

An underactuated humanoid robot foot

【技术实现步骤摘要】
一种欠驱动仿人机械足
本专利技术涉及机械足领域，特别涉及一种欠驱动仿人机械足。
技术介绍
人在行走过程中，脚掌通常需要完成如下步骤：向前迈出脚，然后由后脚跟或者整个脚底板接触地面；之后主要受力点逐渐从后脚跟向脚趾部位转移；最终，受力部位转移到脚趾以及跖骨上，此时后脚跟离地而前脚掌以及脚趾抓地受力，直至脚完全抬起再向前迈出一步。现代机械设计试验中，为了使得机器人能够更好地模拟正常人的行走方式，机器人的脚部设计也逐渐从平板类的简单机械脚向仿人型升级，以方便进一步对仿人机器人进行开发。现有技术中已有各类仿人程度较高的机械足，如申请号为CN201610482910.7的中国专利技术专利中提供了一种柔性仿人机械足。在这个专利技术中，针对于脚掌组件部分，其分别设计了前脚掌和后脚掌，前脚掌与后脚掌之间通过旋转轴活动连接，且在前脚掌与后脚掌之间设计有一个扭簧，扭簧的两端分别固定连接前脚掌和后脚掌，以提供支撑作用。但是这项专利技术在铰接位置处只使用了简单的结构进行连接，其后脚掌的旋转运动并没有受到限制，在没有与前掌相互碰撞的情况下能无限制地旋转。然而实际上，人的前脚掌以及脚趾的可旋转角度是受到骨骼限制的，旋转到一定角度后便不能再继续旋转，否则会发生骨折。因而，上述专利技术对脚掌的仿人程度较低，在进行仿人模拟实验时得到的试验结果与实际情况存在较大误差。而其他的机械足专利技术，其脚掌部位的设计过于复杂，尤其是对于前脚掌与后脚掌的连接方式上，部分专利技术直接使用弹簧连接，部分专利技术又使用连杆结构，弹簧在多次试验后容易失效，而推杆结构又过于复杂，制作与使用较为麻烦。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：现有技术中对于前脚掌与后脚掌的连接位置处的仿人程度不够，导致方案中的机械足整体的仿人程度有限，难以适应特别的研究需要；且现有技术整体方案较为复杂，拆装较为麻烦，不适合作为需要反复拆装的试验模型进行试验。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：本专利技术提供一种欠驱动仿人机械足，至少包括前脚掌和后脚掌，所述前脚掌和所述后脚掌之间铰接，还包括：脚掌连接件，所述脚掌连接件设置于所述前脚掌和后脚掌的铰接位置处，所述脚掌连接件朝向内侧的表面上对应所述前脚掌和后脚掌的铰接位置处设有至少一个弧形限位槽；限位凸起，所述限位凸起固定设置于所述后脚掌上对应所述弧形限位槽的位置，所述限位凸起与所述弧形限位槽活动连接；所述前脚掌与后脚掌平齐时所述限位凸起与所述弧形限位槽相互限制；所述前脚掌与后脚掌之间固定设有弹性件。优选的，所述弹性件为扭簧，所述扭簧包括第一簧臂和第二簧臂，所述第一簧臂与所述前脚掌固定连接，所述第二簧臂与所述后脚掌固定连接。进一步的，所述前脚掌上对应所述第一簧臂的位置设有与第一簧臂适配的第一安装槽；所述后脚掌上对应所述第二簧臂的位置设有与第二簧臂适配的第二安装槽。优选的，所述后脚掌的上端面上固定设有用于安装动力源的驱动装置连接件。优选的，所述脚掌连接件包括一个固定段，所述固定段与所述前脚掌两侧的边缘固定连接，且所述固定段与所述前脚掌的两侧边缘上相互对应设置有连接孔。优选的，所述前脚掌与后脚掌的铰接位置设有连接轴，所述弹性件套在所述连接轴外部。进一步的，所述连接轴为花键轴，所述后脚掌与所述连接轴连接的位置设有数个与所述连接轴适配的凹槽。优选的，所述后脚掌整体呈弧形，后脚掌的中间部分向上凸起，且所述后脚掌的下端面靠近自由端端部的位置设有一个向下凸出的后根部。进一步的，所述前脚掌与后脚掌铰接位置处的两侧分别设有环状凸起，所述环状凸起的下端部与所述前脚掌的下端面平齐，且所述环状凸起与所述后脚掌同步同轴转动。其特征在于，所述前脚掌的下端面、后根部的下端面以及环状凸起的外周面上均设有软垫。本专利技术的优点在于，限位凸起和弧形限位槽能够相互之间起到限制前脚掌和后脚掌之间相互转动角度的作用，在前脚掌与后脚掌平齐时，限位凸起受到弧形限位槽的限制，进而前脚掌不会向下转动；当前脚掌向上转动到一定角度时，限位凸起又受到弧形限位槽的限制而不会进一步的转动，恰好模拟了人体骨骼对脚掌转动的限制。并且，这种位置关系的限制以及变化实际上是由本专利技术自身的机械结构进行限制和驱动的，因而并不需要特别设计与每个运动自由度均一一对应的动力源，这种欠驱动的方式能够有效节省设计及使用的成本，使得结构以及使用方法非常简单，能够有效提升试验效率。附图说明图1所示为本专利技术的一种优选实施例的示意图；图2所示为前脚掌和后脚掌的连接关系的俯视图；图3所示为图2A部分的剖切示意图；图4所示为图3B部分的局部放大图；图5所示为图2C部分的剖切示意图；图6所示为扭簧的示意图；附图标记说明：1-前脚掌，11-第一安装槽，2-后脚掌，20-环状凸起，21-第二安装槽，22-限位凸起，23-后根部，3-扭簧，31-第一簧臂，32-第二簧臂，4-脚掌连接件，41-弧形限位槽，42-固定段，43-连接孔，5-驱动装置连接件，6-软垫，7-连接轴。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。本专利技术的一种优选的实施例的示意图如图1至图6所示。至少包括前脚掌1和后脚掌2，前脚掌1与后脚掌2铰接，在前脚掌1的两侧靠近前脚掌1与后脚掌2铰接位置处设有脚掌连接件4，所述脚掌连接件4上对应铰接位置处，如图3和图4所示，设有弧形限位槽41，同时在后脚掌2上对应弧形限位槽41的位置设有限位凸起22，限位凸起22与弧形限位槽41适配。此处需要说明的是，当前脚掌1与后脚掌2平齐时限位凸起22刚好受到弧形限位槽41的限制，在前脚掌1的下方无支撑的情况下，前脚掌1无法进一步向下翻转，以模拟人脚在抬起状态下整个脚部基本为一条直线的情况。而弧形限位槽41的弧度大小应结合人体实际脚趾和前脚掌能够转动的实际角度进行设计，达到对本专利技术中的后脚掌2可旋转角度的控制，以达到更好的模拟效果。前脚掌1与后脚掌2之间还连接有弹性件，弹性件能够在前脚掌1完全离开地面后驱动前脚掌1回弹至与后脚掌2平齐的位置，实现复位；同时弹性件还能模拟类似于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种欠驱动仿人机械足，至少包括前脚掌(1)和后脚掌(2)，所述前脚掌(1)和所述后脚掌(2)之间铰接，其特征在于，还包括：/n脚掌连接件(4)，所述脚掌连接件(4)固定设置于所述前脚掌(1)和后脚掌(2)的铰接位置处，所述脚掌连接件(4)朝向内侧的表面上对应所述前脚掌(1)和后脚掌(2)的铰接位置处设有至少一个弧形限位槽(41)；/n限位凸起(22)，所述限位凸起(22)固定设置于所述后脚掌(2)上对应所述弧形限位槽(41)的位置，所述限位凸起(22)与所述弧形限位槽(41)活动连接；/n所述前脚掌(1)与后脚掌(2)平齐时所述限位凸起(22)与所述弧形限位槽(41)相互限制；/n所述前脚掌(1)与后脚掌(2)之间固定设有弹性件。/n

【技术特征摘要】
1.一种欠驱动仿人机械足，至少包括前脚掌(1)和后脚掌(2)，所述前脚掌(1)和所述后脚掌(2)之间铰接，其特征在于，还包括：
脚掌连接件(4)，所述脚掌连接件(4)固定设置于所述前脚掌(1)和后脚掌(2)的铰接位置处，所述脚掌连接件(4)朝向内侧的表面上对应所述前脚掌(1)和后脚掌(2)的铰接位置处设有至少一个弧形限位槽(41)；
限位凸起(22)，所述限位凸起(22)固定设置于所述后脚掌(2)上对应所述弧形限位槽(41)的位置，所述限位凸起(22)与所述弧形限位槽(41)活动连接；
所述前脚掌(1)与后脚掌(2)平齐时所述限位凸起(22)与所述弧形限位槽(41)相互限制；
所述前脚掌(1)与后脚掌(2)之间固定设有弹性件。


2.如权利要求1所述的欠驱动仿人机械足，其特征在于，所述弹性件为扭簧(3)，所述扭簧(3)包括第一簧臂(31)和第二簧臂(32)，所述第一簧臂(31)与所述前脚掌(1)固定连接，所述第二簧臂(32)与所述后脚掌(2)固定连接。


3.如权利要求2所述的欠驱动仿人机械足，其特征在于，所述前脚掌(1)上对应所述第一簧臂(31)的位置设有与第一簧臂(31)适配的第一安装槽(11)；所述后脚掌(2)上对应所述第二簧臂(32)的位置设有与第二簧臂(32)适配的第二安装槽(21)。


4.如权利要求1所述的欠驱动仿人机械足，其特征在于，所述后脚掌(2)的上端面上固定设有用于安装动力...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘春标，叶靖，能一鸣，朱小京，袁璐，王小莹，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33