[发明专利]一种仿人机器人足部

说明书

技术领域

本发明公开了一种仿生人足的行走触地行为模式和性能的仿人机器人足部，属于仿生机械领域。

背景技术

仿人机器人是模仿人的形态和行为而设计制造的机器人，仿人机器人具有很强的环境适应能力和广泛的应用潜力，但是行走步态僵硬、行走稳定性差一直是遏制其走向广泛应用的瓶颈。因此，仿生机器人足部的设计研究是改善和提高机器人行走稳定性的突破点之一。设计出一种具有人类足部功能特点的仿生足，是提高和改善仿人机器人的行走稳定性、增强仿人机器人的环境适应能力的突破点之一，是促进仿人机器人走向应用领域的重要课题。

目前的机器人足部机构大多是简化的平板结构，也有一些足部具有足趾关节结构，其中主动足趾关节大多采用电机驱动或齿轮的啮合传动来实现，而被动足趾关节大多是利用弹簧或柔性单元的变形来实现，如专利CN 103112516 A中的柔性铰链。存在的问题是：目前提出的足部结构，不能很好的模仿人体行走时足部与地面接触的整个过程、不能很好的吸收地面冲击与振动，因此无法模拟人行走时从脚跟着地到脚尖离地时的步态特点，无法应对复杂的地面路况，影响机器人行走稳定性和灵活性。由于目前大多机器人足部的主动关节不是直线驱动和控制、足部结构的自由度少，因此足部结构的控制系统十分复杂,而且不具有人足的主动灵活性和被动稳定性，导致机器人行走步态调整能力差。

发明内容

本发明是为了避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种仿人机器人足部及其控制方法，以实现人足触地行为模式和性能仿生，提高机器人行走稳定性和灵活性。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明仿人机器人足部的结构特点是：设置一上盘体作为距骨，距骨的后端面为平面，距骨的前端面俯视呈“V”形，“V”形前端面上具有对称的外侧前端面和内侧前端面，三根杆件在距骨后端面和前端面上对距骨形成三个力点的支撑；三根杆件分别是：

跟骨，其上端通过后跟关节支撑在距骨的后端面；

内跖骨，其上端通过内跖骨关节支撑在距骨的内侧前端面；

外跖骨，其上端通过外跖骨关节支撑在距骨的外侧前端面；

形成一个以跟骨的下端为后顶点、尖头朝后的后足底受力三角形；内跖骨和外跖骨的下端分别为后足底受力三角形的内侧顶点和外侧顶点；距骨的上端面通过踝关节与机器人下肢连接。

本发明仿人机器人足部的结构特点也在于：后足底受力三角形的每两个支撑点之间通过弹性受拉元件相连接，形成以距骨为弓顶的三个空间并联足弓，分别是：以跟骨、内跖骨、距骨，以及连接在跟骨和内跖骨之间的第一弹性受拉元件构成的内侧纵弓；以跟骨、外跖骨、距骨，以及连接在跟骨和外跖骨之间的第二弹性受拉元件构成的外侧纵弓；以内跖骨、距骨、外跖骨，以及连接在内跖骨和距骨之间的第三弹性受拉元件9构成的横弓。

本发明仿人机器人足部的结构特点也在于：设置一大拇趾，大拇趾的近端通过大拇趾关节柔性连接在内跖骨的下端，大拇趾向前延伸的远端向下凸起作为前顶点；以前顶点与内侧顶点和外侧顶点形成尖头朝前的前足底受力三角形，前足底受力三角形与后足底受力三角形共边并处在相同或不同的平面中。

本发明仿人机器人足部的结构特点也在于：所述后跟关节、内跖骨关节、外跖骨关节和大拇趾关节是在“U”形弹性钢板的两侧板之间设置弹簧，其各自具有满足机器人相应部位要求的柔性和吸震能力。

本发明仿人机器人足部的结构特点也在于：所述跟骨、内跖骨、外跖骨和大拇趾的下端面设置为曲面，并且在下端面的表面设置有减震防滑层。

本发明仿人机器人足部的控制方法的特点是：在机器人下肢上设置直线驱动装置，并有柔索分别连接在直线驱动装置与跟骨、内跖骨、外跖骨以及大拇趾之间，通过直线驱动装置并利用柔索按设定的动作拉动跟骨、内跖骨、外跖骨和大拇趾，实现机器人足部关节转动的驱动和控制。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明仿人机器人足部，通过对不同触地方式的切换，充分模仿人体足部行走时的触地方式和行为性能，能有效支持机器人对人体行走步态的仿真，实现步态平稳。