[发明专利]可控角度的机器人被动足部及应用该被动足的机器人

说明书

本发明公开了可控角度的机器人被动足部及应用该被动足的机器人，包括转动部分和非转动部分，所述转动部分与非转动部分通过弹簧片连接，从而实现保证自由度的同时对足部主体相对运动的限制及自动回位；所述转动部分包括足部主体为仿人体足弓骨骼结构；所述非转动部分包括腿足连接件、固定轴和定位齿轮；所述腿足连接件用于连接机器人腿部和足部主体；所述固定轴用于连接腿足连接件、足部主体和定位齿轮；所述定位齿轮用于调整足部主体与腿足连接件之间的角度，且定位齿轮通过弹簧片连接足部主体，实现足部主体的自动回位。

技术领域

本发明属于仿人机器人技术领域，具体涉及可控角度的机器人被动足部及应用该被动足的机器人。

背景技术

双足机器人的足部是和地面直接接触的部位，故对机器人的稳定性起着至关重要的作用。类比人类的行走，机器人的足部在行走状态时也具有转动的规律性，同时需要保持一定的转动自由度。结合这些特点，在部分应用领域对机器人具有轻量化、易操控的需求背景下，被动控制的机器人足部展现出广阔的应用空间。

一般情况下，人类的踝关节可以实现三个自由度的转动，即勾脚和绷脚(俯仰)、外八字和内八字(偏航)、内外侧倾斜(滚动)。但在行走过程中，脚掌相对于腿部只有勾脚和绷脚方向的转动。基于这一特征，机器人足部的结构设计可以大大简化，本发明以被动控制为目标，提出一种通过弹簧片实现的，兼顾转动规律性和自由度的机器人足部结构。

在机器人的足部设计中，零件结构和装配复杂程度依需求和应用环境的不同而呈现出多样化的趋势。例如中国发明专利CN201720399086.9提供一种多环节柔性仿生足，腿足之间采用万向节连接，并在各方向布置弹簧以达到自动回位效果，但万向节的设计对于双足机器人的偏航转动限制能力有限，弹簧的回弹控制难以保证；中国发明专利201921091385.1提供了一种以活塞杆作为腿足连接的机器人足部，对崎岖路面的减震能力和适应性强；中国发明专利201911323449.0提供一种具有弹性扩张足弓结构的柔性机器人足部，其对人体足弓缓冲作用的动态模拟是一大亮点，但是以上两项发明结构复杂，器件繁多，无法应用于有轻量化需求的小型机器人。

上述发明专利对于机器人脚掌的俯仰摆动幅度均有严格的限制，所提供的机器人足部位置在安装后就已固定，无法实现脚掌与地面初始角度的调节。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本申请提出了可控角度的机器人被动足部及应用该被动足的机器人，能实现仿人足部的俯仰转动、自动回位以及初始角度的调节；可满足机器人小型化、轻量化的需求。

本发明所采用的技术方案如下：

可控角度的机器人被动足部，包括转动部分和非转动部分，所述转动部分与非转动部分通过弹簧片连接，从而实现保证自由度的同时对足部主体相对运动的限制及自动回位；所述转动部分包括足部主体为仿人体足弓骨骼结构；所述非转动部分包括腿足连接件、固定轴和定位齿轮；所述腿足连接件用于连接机器人腿部和足部主体；所述固定轴用于连接腿足连接件、足部主体和定位齿轮；所述定位齿轮用于调整足部主体与腿足连接件之间的角度，且定位齿轮通过弹簧片连接足部主体，实现足部主体的自动回位。

进一步，腿足连接件包括连接平面，连接平面用于与机器人腿部末端连接；连接平面相对的两个侧壁面分别向下设有固定板，两块固定板相互平行；两块固定板的末端均为平滑的半圆形，其中一块固定板上开设有主安装孔；在另一块固定板的内侧固定安装有限位柱，限位柱沿轴开设有固定轴通道，固定轴通道与主安装孔相对设置且在同一条轴线上；在限位柱所在的固定板的外侧固定装有定位齿通道。

进一步，所述足部主体包括轴承安装座、前脚掌板和后脚跟板；轴承安装座内部为轴承空间；在轴承安装座的底部位置向外延伸出承接弧，在承接弧内弧面的两端分别加工有限位切面，限位切面分别为前脚侧限位切面和后脚侧限位切面，利用两个限位切面限制足部主体旋转到前脚或者后脚处的极限位置。