[实用新型]一种用于步行机器人的足部模块

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种用于步行机器人的足部模块。

背景技术

机器人技术是一门综合了机械学、力学、电子学、生物学、控制理论、计算机、人工智能、人机工程和系统工程等多学科领域的高技术，是21世纪具有代表性的高技术。仿人机器人是当今机器人技术发展的最高级和最尖端的体现，他们具有类似人类的外形，在结构方面和步行方式上也模仿人类。仿人机器人的结构复杂，往往由上身和下肢组成，除了腿部的行走功能外，还包括手、腰和头的功能，其自由度的数目相比双足步行机器人有成倍的增加，与此同时，也带来了控制规划、动力学和运动学等研究领域更为复杂的问题。仿人机器人的核心技术和最具挑战的难点是双足步行时动态平衡的实现。

自从机器人技术发展的初期，双足步行就被认为是一项最高难度的挑战。早在著名的仿人机器人ASIMO、QRIO和HRP-2出现之前的三十年中，双足步行一直是步行机器人发展的焦点和难点。最早的研究暨平台开发可以追溯到早稻田大学的加藤一郎在1966年和牛津大学的D.C.Witt在1968年开始的工作。加藤一郎等人在1973年创建了世界上第一台具有双腿和双臂并受计算机控制的仿人机器人WABOT-1。虽然是一项标志性成果，WAB0T-1只能做静态步行运动。在1980年前后，一个重大的研究趋势是实现双足动态步行，很多国内外研究人员开始积极从事理论研究和机器人平台的开发。到1986年，已开发出许多能作动态步行运动的双足机器人。即便是仿人机器人已成功开发(以1996年本田推出仿人机器人P2为标志)了十多年的今天，双足步态规划和控制仍然是一个研究热点，国内外还有很多研究机构开发和研究各种双足步行机器人。

国内外大多数双足步行机器人在结构上都较复杂，由两条腿构成，关节都是主动型的，自由度较多，双足的自由度有8个、10个、往往多达12个，行走方式模仿人类的步行，控制较复杂。另有一类步行机器人通过其它方式实现动态步行，包括让机器人在势能的作用下沿小斜面步行而下的被动步行机器人。通过非线性振摆实现跨步的高跷型双足机器人BIPMAN2、通过学习和进化算法实现双足步行的由三个连杆构成的简单步行机器人以及麻省理工学院开发过一个装备四个驱动器的三维半被动步行机等等。这些双足机器人结构较简单，自由度较少，关节多为被动或半被动的。由于全部或部分关节是非主动的，机器人往往借助外界环境的特点(例如斜坡)实现歩行。因此其活动范围和场所很小，步行能力很有限。

中国专利号CN101143606A发明了一种利用前底减震块、后底减震块与中间减震块对步行机器人脚底具有双层串联式缓冲减震作用的机构。该发明机构比较复杂，不能避免对中央减震块受拉影响，同时只有竖直方向的减震作用，将严重影响其使用的寿命。

中国专利号CN101108146A发明了一种人形机器人脚，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、触觉传感器、信号处理系统和脚面。该发明中采用了倾角传感器、触角传感器及其信号处理系统，通过计算机器人行走时ZMP轨迹、判断脚的状态和推测机器人的行走路面情，为步态规划提供了依据。但是仅仅采用脚底的橡胶层，减震作用不明显，且该机构不能引导对垂直于足底方向的减震，使得控制变得复杂。

中国专利号CN101402380A发明了一种仿人机器人足部冲击吸收机构，包括脚底板，所述的脚底板上面设有减震柱，所述的减震柱上表面设有压力板，所述的上压板上面设有力传感器和上盖板，所述的上盖板通过四个上盖板安装孔与脚底板相连，在上盖板与脚底板之间设有四组调节垫圈，所述的力传感器与机器人腿部相连。所述的减震柱为四个，所述的四个减震柱通过位于脚底板的前段设有脚底前缘斜面，其后端设有脚底后缘斜面，所述的脚底板下面设有防滑减震垫，可实现冲击吸收机构柔性的连续可调。该机构虽然保证了在垂直方向上的减震，但是在水平方向上不能起到减震作用，并且易产生脚底圆筒与上压板之间卡死。

实用新型内容

本实用新型的目的，就是为了解决上述问题而提供一种用于步行机器人的足部模块。该双足步行机器人很真实地模拟了人体下肢结构和运动机理，可以为医疗机构研究人在行走所遇到的问题提供相关数据和分析方法，有利于协助病人恢复行走，提供一套能够服务于伤残病人的类人行走机构。

本实用新型解决上述问题主要是通过下述技术方案得以实现的：