[实用新型]一种仿生抓地防滑足

说明书

本实用新型公开了一种仿生抓地防滑足，包括支架、轴、第二拉簧、第一齿轮、第一齿轮架、第一支撑件、第一拉簧、第一仿生蹄、第一拉簧连杆、第三拉簧、第二拉簧连杆、第三拉簧连杆、轴承、第二齿轮、第二齿轮架、第二支撑件、第二仿生蹄组成；绕第一支撑件和第二支撑件小角度微调转动张开的第一仿生蹄和第一仿生蹄可以自适应不平整路况，与地面产生摩擦起到防滑作用；第一仿生蹄和第二仿生蹄底部呈镜像对称分布的仿生凹陷结构能够加强两蹄趾与路面间锁合作用；第一仿生蹄趾和第二仿生蹄趾的张开运动，有效保证了其与路面作用的抓地接触可靠性，起到防滑作用。

技术领域

本实用新型属于机械仿生工程技术领域，特别涉及一种应用于四足机器人的仿生抓地防滑足。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，仿生步行机器人在各个行业的众多领域被广泛应用，如军事侦察、物资运送、野外科考、抢险救灾等，代替人从事危险工作，极大地增大了人的工作安全性并降低了工作强度。在众多类型的足式机器人中，四足步行机器人不仅具有承载能力强、稳定性好、结构简单等显著特点，其还能够以静态步行方式实现结构路面及复杂地形上的行走，并可以动态步行方式实现高速运动，因而受到世界范围内研究者的广泛关注。

目前，多数四足机器人在水平路面具有稳定的静态/动态运动特性，个别能够攀爬具有较小坡度(≦30°)的路面。当斜坡角度超过30°时，四足机器人极易发生打滑现象，由此造成支撑腿与地面反作用力突然降低，使得机器人机身失控，导致失稳问题。世界范围内，研究人员针对这一问题，多从姿态控制算法、复杂牵引控制系统方面进行探索，取得了一定进展，但综合分析发现，面对大坡度路面时，目前仍未有较好的解决方案。

足部作为四足机器人机体在运动过程中唯一并首先与路面发生接触作用的部位，其结构决定了足与地面的力学作用界面特征，目前尚未受到足够重视，尤其是用于大角度攀爬的四足机器人的足部。调研发现，当前的四足机器人的足部多为圆弧面或球形的整体刚性设计，在足-斜坡路面接触作用中无法调整足部与地的接触状态和接触形式，因此难以保证有效的抓地防滑效果，进而限制了四足机器人在大角度斜坡路面下的运动稳定性。

研究表明，岩羊是动物中攀岩平衡能力最优的山地动物，它可以在悬崖峭壁(倾斜角度最高可达75°以上)间辗转腾挪，爬坡、下坡，甚至爬上树枝、在笔直的岩石上攀爬，运动灵活且稳定性佳，这与其步态和特殊的蹄趾结构有着密切联系。

经过观察分析，发现，岩羊的两个蹄趾可灵活分开和并拢，蹄趾间存在一条趾间韧带，并且其两个蹄趾底部分别有不规则凹陷结构，且近似呈对称分布。研究表明，当岩羊在不平整斜坡路面运动时，由于其两蹄趾间具有较大的运动裕度，蹄趾与路面发生接触作用后，易于受力张开，可卡住或夹住路面不平之处，最为重要的是，由于蹄趾的张开运动，使得蹄趾与路面间产生了垂直于行进方向的作用力，有效保证了其与路面作用的抓地接触可靠性；同时，蹄趾底部的凹陷结构能够进一步加强蹄趾与路面间扣合、锁合作用，辅助蹄趾的抓地功能，防止滑移，由此综合展现了极优的抓地防滑功能。而两蹄趾间的趾尖韧带，在岩羊蹄趾抓地运动中，不仅起到了约束蹄趾关节运动稳定性，还能够在蹄趾离地后，辅助蹄趾迅速归位，保证下一阶的运动接触作用。

综观上述四足机器人大角度斜坡攀爬易打滑失稳的研究现状，急需一种能够有效抓地防滑的仿生足。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有四足机器人足部采用圆弧面或球形整体式设计而导致的抓地防滑性能差的问题，而提供一种能克服上述缺点的仿生抓地防滑足。

本实用新型是基于具有优异防滑攀岩能力的岩羊的蹄趾部拓扑结构及趾间连接特征而得到的启示。

一种仿生抓地防滑足包括：支架、轴、第二拉簧、第一仿生蹄趾、第二仿生蹄趾；

第一仿生蹄趾由第一齿轮、第一齿轮架、第一支撑件、第一拉簧、第一仿生蹄、第一拉簧连杆、第三拉簧、第二拉簧连杆、第三拉簧连杆和轴承组成；