[发明专利]一种仿生防滑机器人腿结构

说明书

技术领域

本发明涉及机器人的机械结构，具体地，涉及一种仿生机器人腿 部结构。

背景技术

常见的机器人腿部结构主要有轮式和多自由度足式两种，轮式的 机器人具有结构简单、运动速度快、效率高、易于控制的优点，然而 轮式的机器人所可以通过的地面必须是连续的，但是自然环境下很多 地面的可通过区域是离散非连续的，而多自由度足式机器人针对地面 环境对落足点的规划使其能够通过离散非连续的崎岖地面，但是在其 规划落脚点的同时也降低了机器人的行走速度，对于速度要求比较高 的场合，显然多自由度足式机器人不适用。为了增强机器人适应各种 环境的能力，许多新型的机器人腿部结构被提出，最典型的例子是 1999年加拿大麦吉尔大学智能机器中心的机器人专家设计的一款新 型的，具有六个半圆形腿的机器人“Rhex”，首次引入半圆形腿的概念， 该结构不仅拥有像轮式腿那样具有结构简单、运动速度快、效率高、 易于控制的优点，而且能够顺利通过大部分自然界的离散非连续的地 形，但在一些特定的环境比如砂石瓦砾、冰冻、沙漠等特殊地形时， 该机器人容易打滑，为了解决这样的问题，国内外的一些半圆形腿结 构被提出来了。

对现有专利检索发现，专利申请公开号：CN104724200A，名称： 一种机器人腿部结构。该发明提出一种C形腿结构，腿下部附加一个 C形腿分支，用弹簧连接，可以减小C形腿本体在重力作用下导致的 腿部沉陷，适用于沙漠下行走，由于其C型腿分支表面光滑，在冰雪 的路面很容易发生打滑的问题，另外由于附加的C形腿分支，会导致 腿的笨重，相对降低机器人的灵活性。专利申请公开号：CN104118487 A，名称：C型机器人腿部机构。该发明提出一种新型C型机器人腿部 机构用于机器人在沙地中快速稳定行走和防滑，该腿结构亦是为适应 沙漠的特殊环境而设计的，不适用于砂石瓦砾等障碍物众多的路面。

针对现有的半圆形腿结构的机器人在一些特定的环境易发生打 滑的问题，本发明提出一种仿生防滑机器人腿结构，能够极大的增加 机器人的抓地力，使其稳定高效的运行。

发明内容

本发明针提供一种仿生防滑机器人腿结构，增加机器人对接触面 的抓地力，使机器人更好的适应砂石瓦砾、冰冻等复杂地形，帮助机 器人顺利跨越障碍物。

构思的由来：现实生活中的蟑螂几乎无孔不入，而且运动速度非 常快，每步只需50ms，速度可达20cm/s，它可以轻易爬过3倍于其身 高的障碍物而无需减速，对不同环境具有很强的适应性。对其腿部研 究发现，每只蟑螂腿上都有分布着较为整齐的刚毛，每条刚毛的指向 刚好与蟑螂的运动方向相反。当蟑螂在复杂路面运动或跨防滑碍物时， 刚毛触及到接触面，使腿不会向后打滑，使蟑螂快速通过。针对现有 半圆腿式机器人在平地或障碍物上坡时易出现向后打滑的问题，在越 过障碍物下坡时易出现向前打滑的问题，结合接触面的复杂，再根据 从蟑螂腿部刚毛获取的灵感，提出一种仿生防滑机器人腿结构，参照 图5，该结构的仿生刚毛(4)相对腿呈不同角度固定，以便适应各种 复杂接触面。

本发明采用的技术方案，参照图1，一种仿生防滑机器人腿结构， 包括动力输出连接件(1)、半圆形腿主体框架(2)、弹性垫片(3)、 仿生刚毛(4)；半圆形腿主体框架(2)为该防滑机器人腿结构的主 体支撑结构，半圆形腿主体框架(2)为弧形曲面结构；半圆形腿主 体框架(2)的顶部设有动力输出连接件(1)，弹性垫片(3)固定在 半圆形腿主体框架(2)的外围周向位置；弹性垫片(3)的外围周向 固定有仿生刚毛(4)；所述半圆形腿主体框架(2)的底部设有水平 内凹槽，用以提升半圆形腿主体框架(2)的支撑能力。

所述仿生刚毛(4)为锥形体，其中，锥形体的圆面固定在弹性 垫片(3)上，锥形体的尖角与该防滑机器人腿结构的运动面运动时 相接触；

所述各仿生刚毛(4)沿弹性垫片(3)的轴向位置布置组成防滑 刚毛组；各防滑刚毛组沿弹性垫片(3)的周向位置等距或不等距布 置，共同组成该防滑机器人腿结构的防滑结构。

所述防滑刚毛组的各仿生刚毛(4)的锥形体尖角呈不同角度布 置。

所述半圆形腿主体框架(2)由橡或玻璃纤维弹性材料加工而成。