[发明专利]一种缓冲增稳的仿人机器人足部机构

说明书

本发明提供了一种缓冲增稳的仿人机器人足部机构，该足部机构包括：脚底连接部件，其用于连接所述仿人机器人的小腿部分；一个或多个爪趾机构，其安装在所述仿人机器人的足部；每一个所述爪趾机构包括：机架、爪尖、连杆、第一弹性部件，以及一缓冲机构；所述爪趾机构具有适于在柔软地面行走的第一模式，以及适于在坚硬地面行走的第二模式。本发明不仅具有缓冲增稳功能，而且能够适应更加复杂的环境，解决了之前机构只能在柔软地面上行走的问题。

技术领域

本发明涉及仿人机器人的足部机构，特别是能够缓冲地面冲击并且适应在不同地面上行走的足部机构。

背景技术

仿人机器人已经能像人类一样行走，能够完成人类最基本的动作，比如行走、上下楼梯。其中行走机构是仿人机器人的关键技术，其机构的好坏直接影响着机器人行走的速度、稳定性和步态的灵活性。而这些正是决定仿人机器人工作能力与效率的关键因素。行走机构中，足部机构是机器人位移接触地面的部位，因此足部设计十分重要。

目前，仿人机器人足部机构能够对机器人起到缓冲、优化步态的作用，但是并不能使机器人的行走更加平稳。究其原因时应为绝大多数足部机构着地面为平板，这样并不能提供很好的摩擦力，这是导致机器人不能沿直线行走重要原因之一。

中国专利申请公布CN101402380A提出了一种仿人机器人足部冲击吸收机构，通过减震器吸收脚底与地面接触产生的巨大冲击力，但是该种仿人机器人足部并不能增加机器人与地面之间的摩擦力。

现有技术的论文“Cat-inspired Mechanical Design of Self-Adaptive Toesfor a Legged Robot”阐述了一种爪式结构，能够扎入地面以提供足够的摩擦力。但是，该种机构只能用于相对柔软的地面上，才能使爪尖扎入地面，很难适应坚硬地面。若仿人机器人行走在坚硬地面(如柏油路面)时，足部的爪址会被损坏。

仿人机器人在单脚支撑期中，一只腿着地而另一只腿摆动，会使机器人自身绕支撑腿旋转。由于上半身不动，只有支撑脚底板的摩擦力能够平衡摆动腿的转动，再加上着地的冲击力反弹，十分容易与地面发生的相对滑动，使机器人直线行走能力大大下降。此外，仿人机器人的摆动腿着地的时候，由于机构、控制等缺陷不能很好的减小足底与地面的冲击力，冲击力频繁的冲击对刚性结构会有所损坏。另外，现有的仿人机器人不能很好的适应不同硬度的地面。

发明内容

本发明的目的是设计一种仿人机器人足部机构，其具有缓冲、增加摩擦力的功能，同时还能够适应不同的环境。同时，本发明还提供包括以上仿人机器人足部机构的仿人机器人。

本发明的技术方案如下。

一种仿人机器人的足部机构，包括：

脚底连接部件，其用于连接所述仿人机器人的小腿部分；

一个或多个爪趾机构，其安装在所述仿人机器人足部；每一个所述爪趾机构包括：机架、爪尖、连杆、第一弹性部件，以及一缓冲机构；所述爪趾机构具有适于在柔软地面行走的第一模式，以及适于在坚硬地面行走的第二模式。

优选地，所述机架与所述仿人机器人足部可拆卸地连接；所述爪尖的第一连接端与所述机架通过铰链连接，所述爪尖的第二连接端与所述连杆的一端通过铰链连接；所述第一弹性部件将所述爪尖的第三连接端与所述机架连接，从而在所述仿人机器人抬脚过程中提供恢复力。

优选地，所述缓冲机构包括滑槽、滑块、挡块、第二弹性部件，以及一弹性保持机构；所述连杆的另一端与所述滑块通过铰链连接；所述滑块能够在所述滑槽中滑动，所述第二弹性部件能够在所述仿人机器人抬脚过程中对所述滑块施加推力；所述弹性保持机构能够对所述挡块施加一弹性力，从而将所述滑块卡在所述滑槽中。

优选地，在所述缓冲机构还包括一缓冲块，所述缓冲块设置于所述滑槽下方，其能够在所述仿人机器人落脚时与地面接触。