本发明专利技术公开了一种仿人机器人柔性足部系统，包括主要包括脚底板、支撑主轴、微电机驱动系统。所述的脚底板共四小块，其特征在于：每只新型柔性足部由四小片可独立上下俯仰的脚底板组成，通过转动副与支撑主轴相连并设有扭簧，使能足部保证一定的初始姿态和初始力；每个脚底板下面均带有一副弹簧阻尼系，通过柔索，由微型电机驱动，拉动与弹簧相连的前端触地滑块前后移动，以实现根据地面凹凸状态，适当调节接触位置；所设计柔性足有４个绕Ｙ轴俯仰、４个沿Ｘ轴移动，共８个自由度，保证足部与凹凸地面的四点接触，成功解决了仿人机器人足部本体和地面环境未知模型之间不匹配的问题，能够使仿人机器人适应更多位置环境。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及仿人机器人
，具体涉及一种仿人机器人新型柔性足部系统。二.
技术介绍
仿人机器人是真正字面意义上或狭义的"机器人"，其研究和发展代表了机器人学的尖端 水平。现代社会的环境及各种各样的工具都是为人类自身设计的，对于轮式移动机器人等非 人形机器人的运动，障碍物需要清除、狭窄的走道需要扩宽等等，这些都需要额外的花销， 因此只有当机器人具有人的形状并能像人一样活动时，就不需要为机器人而改变人类的环境。 开发仿人机器人比修改整个环境和更改工具显得更经济合理。仿人机器人在平整地面上的稳定行走已不是难题，但要实现仿人机器人随时走到需要的 地方、能自主完成预先设置的工作，只有在任意三维不平整地面走稳走好，才能发挥其不可 估量的作用。大范围三维不平整地面多为凹凸不平的不规则状态且不规则性未知，如人、车 行道路，拟进行矿藏勘探的戈壁滩、山区，月球、火星表面等，要在这样的地面实现稳定快 速行走，首先要克服的就是仿人机器人足部本体和地面环境未知模型之间的不匹配问题。传统仿人机器人研究基于的脚部构型几乎均为平板刚性平面结构，不具有任何自动适应 凹凸变化地表形貌的特性与功能。例如中国专利CN101143606A，步行机器人脚底支撑结构，具有双层缓冲减震特征，该专利技术主 要是利用煎底减震块、后底减震块与中央减震块起到缓冲减震的作用。结构比较复杂，并且 冲击机构的柔性不易调节，无柔性、自动适应不平整地面的特性与功能。中国专利CN101108146A， 一种人形机器人脚，介绍了一种人形机器人脚的设计方法，包 括橡胶脚底层、脚板、六维力传感器、上法兰、下法兰、倾角传感器、触觉阵列垫、信号处 理系统和脚面。该专利技术主要是依靠橡胶脚底层吸收脚着地时的冲击力，无柔性、自动适应不 平整地面的特性与功能。三.
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种更加有效的仿人机器人柔性足部 系统，解决足部机构与不平整地面的匹配问题，实现自动适应凹凸变化地表形貌的特性与功能。为了实现上述目的的本专利技术采取的技术方案 一种仿人机器人柔性足部系统，包括脚底板，支撑主轴，微电机驱动系统。 '所述的脚底板为有四块，可以实现独立的上下俯仰运动。所述的脚底板前后间通过转动 副与所述的支撑主轴连接，左右以对称形式出现。所述的脚底板的上表面设有顶板，所述的脚底板的前侧面设有侧板。所述的脚底板下面设有滑块，所述的滑块为四个，所述的四个滑块位于脚底板的滑槽内， 并由顶板及侧板实现滑块的限位。所述的滑块内设有力传感器，所述滑块的外侧设有柔索扣，所述的柔索扣内固结柔索的 一端。所述的滑块下面设有防滑垫，所述的防滑垫为有四个，粘于滑块的下表面。所述的脚底板的下面设有弹簧阻尼系统，所述的弹簧阻尼系统共四个，设有弹簧，并由 所述弹簧挂钩固定于脚底板的下方。所述的支撑主轴上面设有六维力传感器的下端盖，所述的下端盖上面设有减震柱，所述 的减震柱上表面设有六维力传感器，所述的六维力传感器上面设有上端盖。所述的上端盖， 通过位于踝关节上的固定孔与踝关节相连。所述的微电机驱动系统为有八个，安装在仿人机器人小腿上。所述的微电机驱动系统设有微型电机，所述的微型电机的转轴外接减速器，所述的减速 器的转轴外接巻扬机。所述微型电机接固定壳体，通过{&于小腿十六个安装孔固定在小腿上。所述的巻扬机设有中心孔，所述的柔索穿过中心孔，并在巻扬机上缠绕若干圈后，其末 端分别由另外两个孔穿出。所述的脚底板下面设有定滑轮及柔索入孔，所述的柔索绕过定滑轮，由脚底板的柔索入 孔穿出，另一端与微电机驱动系统相连。本专利技术的有益效果是本专利技术设计了一种更加灵活、有效的柔性足部机构。新型柔性足 部有4个绕Y轴俯仰、4个沿X轴移动，共8个自由度，保证每一脚底板都能与凹凸地面至 少保证一个点的稳定接触。另外，每个脚底板下的前端触地滑块可前后移动，通过"移动+ 俯仰"运动实现支撑点调节，避免触地滑块与地面的干涉。脚底板根据其接触地面状况的俯 仰、移动配合，保证每足部系统至少有四个点与地面成立体三维空间接触，且接触面尽可能 大对于凸包障碍，可构成如金字塔般的锥形包裹，且每个锥面的倾斜度不同；对于凹坑障 碍，也可构成如漏斗状的接触，成功解决了人机器人足部本体和地面环境未知模型之间的不 匹配问题。4四. 附图说明图1是本专利技术仿人机器人新型柔性足部系统的结构示意图2是本专利技术中脚底板的前向结构示意图3是本专利技术中脚底板的俯视结构示意图4是本专利技术中支撑主轴的机构示意图5是本专利技术中微电机驱动系统结构示意图6是本专利技术中柔索结构示意图中1定滑轮，2力传感器，3滑块，4弹簧阻尼系，5脚底板，6扭簧，7脚底板， 8支撑主轴，9微电机驱动系统，10柔索入孔，11柔索入孔，12脚底板，13脚底板，14 柔索扣，15柔索扣，16柔索入孔，17固结滑块，18固定壳体，19微调螺钉，20顶板， 21弹簧阻尼系，22转动副，23定滑轮，24侧板，25滑块，26柔索，27六维力传感上端 盖，28六维力传感器，29吸震柱，30下端盖，31柔索出口， 32柔索出口， 33巻扬机中 心孔，34巻扬机，35固定外壳，36微型电机(带有减速器)，37编码器，38柔索末端， 39柔索末端五. 具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为对本专利技术的限定。参见图1， 一种仿人机器人柔性足部系统，包括脚底板5， 7， 12, 13，支撑主轴8，微 电机驱动系统9。柔索由微电机驱动系统穿出，由孔10, 11穿入，固结于脚底板上柔索扣14， 15。脚底板5， 7， 12， 13的前下方各设有一个滑块3，因柔索必须保持一定的张力，滑块3 通过挂钩与弹簧阻尼系4直接相连，实现单根柔索驱动方式。另滑块3内腔内设有力传感器 2，滑块3可实现前后移动，通过力传感器反馈地面信息，寻求最优的与地面接触点。参见图 1 A-A，柔索扣15由固定壳体18、固结滑块17组成。柔索末端39固结于滑块17后，将微 调螺钉通过螺纹孔19，将固结滑块17与固定壳体18相连，微调螺钉可调节柔索的张力,参见图2和图3，所述的脚底板5， 7， 12， 13，上表面通过安装孔与顶盖20相连，侧面 通过安装孔与侧板24相连，通过转动副23与支撑主轴8相连，左右以对称形式出现。柔性 足部脚底板5， 7， 12， 13,俯仰运动的范围是根据接触地面的当前凹凸形状实时调整的，需 要能够在支撑期内保持不变。但是当柔索拉力过大时，将可能导致前后脚底板5， 7, 12， 13， 间的夹角发生突变，所以俯仰运动的限位成为机构设计的关键，本专利技术中在转动副间设有扭 簧17，以产生与柔索相平衡的力，保持小片足静态平衡，从而实现触地点与地面牢固、稳定接触。参加图4，所述的主轴支撑由六维力传感器28、上端盖27、下端盖30组成。下端盖30 的上表面与六维力传感下表面通过安装孔固定，为保护六维力传感器不受足部与地面接触冲 击的影响，在下端盖30与六维力传感器29间均布有三个吸震柱29。参见图5，所述的微电机驱动系统，采用"微型电机+巻扬机+柔索"驱动模式，并通过 改变巻扬机两端柔索的长度来实现脚底板的俯仰运动及滑块的前后移动，主要由微型电机(带 有减速器)36，编码器37,巻扬机34组成本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种仿人机器人新型柔性足部系统，主要包括脚底板、支撑主轴、微电机驱动系统。所述的脚底板共四小块，其特征在于：每只新型柔性足部由四小片可独立上下俯仰的脚底板组成，通过转动副与支撑主轴相连并设有扭簧，使能足部保证一定的初始姿态和初始力。所述的支撑主轴，其特征在于：前后分别与脚底板与踝关节相连，并设有六维力传感器检测机器人过程中足部与地面接触时的地面反作用力。所述的微电机驱动系统，主要包括微型电机，减速器，编码器，卷扬机，其特征在于：将微型电机的转动转化为柔索的位移。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：帅梅，魏慧，吕一松，邱振，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，北京天宇科创科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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