[实用新型]一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置

说明书

本实用新型提供了一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置，包括脚部驱动器和脚掌四连杆机构，脚掌四连杆机构上还连接有前脚掌和后脚掌，脚掌四连杆机构包括中足，中足两侧通过中足关节分别铰接有前掌缓冲器和后掌缓冲器，脚部驱动器通过连杆与中足铰接有后掌缓冲器的一侧铰接；后掌缓冲器通过后足关节和后脚掌铰接，前掌缓冲器和前脚掌通过前足关节铰接，中足和前脚掌之间还铰接有前掌连杆，前掌连杆的中部和后足关节之间铰接有固定连杆。本实用新型的方案与普通多足机器人的足部结构相比，脚部具有多个独立自由度，重要关节具备柔顺性，从而提高脚部的快速运动能力、平衡能力、对多种地形的适应能力，并加大其完成复杂动作的可能性。

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体涉及一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置。

背景技术

多足机器人在行走过程中通过各脚掌触地进行支撑，其落脚点是离散的，这种离散不仅局限于平面内，也可存在于三维空间内，所以较之轮式及履带式机器人，步足机器人对各类地形的适应性较强，可在非结构化的环境下行走、工作。然而，目前多足机器人的脚部结构多为半球形、水滴形和圆形等简单结构直接包裹小腿杆顶端，限制了机体运动的灵活性与适应性。此外，已有的机器人脚部结构很多是至少二个电机驱动的运动机构，运动控制较为复杂，难以快速响应多变的地形状态。

多足步行式机器人目前在实际的运动过程中，其脚部机构的灵活性与适应性仍需进一步增强。当前的机器人脚部运动机构中的可动关节大多采用刚性关节，固然能带来更高的定位控制精度，但由于在运动过程中，脚部是最先受到冲击，也是承受最大冲击力的部位，所以脚部的刚性关节比其他部位更容易受到破坏。

为了使机器人提升运动时的功能利用率和抗冲击能力，采用弹性+刚性构件设计柔性关节，实现脚部关节处的缓冲吸振的效果。然而，目前在机器人脚部的踝关节及以下部位的应用柔性关节的实例甚少。为了使腿足式机器人能够适应更广泛的地形、更灵敏的机器人与环境的交互能力，亟需对具有柔性关节的脚部机构进行结构设计，改善脚部机构的控制方式，提高机器人在复杂地形环境下行走稳定性和控制精度。

发明内容

针对上述现有技术不足与缺陷，本实用新型的目的在于，提供一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置，解决现有技术中传统的足式机器人脚部运动机构的机动性能差、适应多样地形的能力弱、承载能力小、控制精度低的技术问题。

为了达到上述目的，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种单驱动力的可自适应地形的多自由度脚部装置，包括脚部驱动器和与脚部驱动器铰接的脚掌四连杆机构，所述的脚掌四连杆机构上还连接有前脚掌和后脚掌，所述的脚掌四连杆机构包括中足，所述的中足两侧通过中足关节分别铰接有前掌缓冲器和后掌缓冲器，所述的脚部驱动器通过连杆与中足铰接有后掌缓冲器的一侧铰接；

所述的后掌缓冲器通过后足关节和后脚掌铰接，所述的前掌缓冲器和前脚掌通过前足关节铰接，所述的中足和前脚掌之间还铰接有前掌连杆，所述的前掌连杆的中部和后足关节之间铰接有固定连杆。

本实用新型还具有如下技术特征：

所述的前掌连杆的中部铰接有弹性元件，弹性元件的另一端与中足铰接，所述的前掌连杆的中部还铰接有拉伸弹簧，所述的拉伸弹簧的另一端与前脚掌铰接。

所述的脚部驱动器包括壳体和固定在壳体内部的驱动装置。

所述的驱动装置包括电机组件、主动齿轮和从动齿轮；所述的电机组件包括电机、电机支架和主动齿轮，电机通过电机支架固定在壳体上，驱动主动齿轮运动；所述的主动齿轮，与从动齿轮啮合传动；所述的从动齿轮与滚珠螺母连接；

滚珠螺母与丝杠上端的一段螺纹形成螺旋副，所述的滚珠螺母安装到上套筒中，所述的上套筒通过轴承安装到壳体上；

所述的丝杠的下端为直杆并伸出壳体，丝杠下端直杆部分与连杆铰接。