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CN107128392B - 一种适应软土地面的气动式机器人脚掌 - Google Patents

一种适应软土地面的气动式机器人脚掌 Download PDF

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CN107128392B CN201710306680.3A CN201710306680A CN107128392B CN 107128392 B CN107128392 B CN 107128392B CN 201710306680 A CN201710306680 A CN 201710306680A CN 107128392 B CN107128392 B CN 107128392B
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姜君
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    • B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D57/00—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track
    • B62D57/02—Vehicles characterised by having other propulsion or other ground- engaging means than wheels or endless track, alone or in addition to wheels or endless track with ground-engaging propulsion means, e.g. walking members
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Abstract

本发明公开了一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，包括上底盖、导气柱、若干上脚趾板、若干下脚趾板、气囊、下底盖、若干SMA弹簧。本发明与地面接触时，膨胀气囊压缩排气，起到缓冲减震的作用，同时SMA弹簧通电伸长，脚趾板向外展开，并且随着接触程度的增加，参与接触的工作面也在增加，增大了接触面积，下脚底板的两个工作面呈钝角，使得其在接触到一定程度时成爪状将周围土壤合拢到脚掌下方，起到聚土固土作用，提高了机器人脚掌支撑的稳定性，离开地面时，SMA弹簧断电，导气管向气囊中通气，脚掌恢复到接触前的膨胀状态，准备下一次的接触，对于每次与软土地面的接触都有缓冲防震、聚土固土的过程，保证了脚掌行走支撑的稳定性。

Description

一种适应软土地面的气动式机器人脚掌
技术领域
本发明涉及一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，属于机器人技术领域。
背景技术
目前，机器人的移动方式主要有轮式、履带式和腿式，而野外作业特种机器人行走中仍存在较多问题。在面对沼泽、沙漠等复杂环境时，机器人对于地形的适应问题尤为突出，传统轮式机器人难以解决该问题，履带式机器人虽然可以大幅度降低对地形的要求，但也存在灵活性差、维护成本高等缺点；腿式机器人由于每条腿能实现不同的动作，可以依靠腿的协调动作，离散地与不同地面接触，因此腿式机器人的地形适应能力更强。改进腿式机器人的脚掌和脚趾结构的设计方案，改善其脚部的防沉陷性能，是提高复杂软土环境下机器人行走稳定性的重要途径。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明提供一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，提高机器人对软土地面情况的适应能力，增强其地面支撑的可靠性，使其在软土等复杂地形环境下具有更稳定的行走能力。
一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，包括上底盖、导气柱、若干上脚趾板、若干下脚趾板、气囊、下底盖、若干SMA弹簧；所述气囊上口和下口分别与上底盖和下底盖密封连接；所述上脚趾板与上底盖周边铰接，同时上脚趾板下表面与气囊的外侧面粘合连接，所述下脚趾板与下底盖周边铰接，同时下脚趾板上表面与气囊外侧面粘合连接，所述上脚趾板与下脚趾板之间为铰链连接；所述导气柱两端分别安装在上底盖和下底盖的中心孔处，并与下底盖固连， 所述SMA弹簧设置在气囊内，且SMA弹簧一端套接在导气柱上，另一端固连在气囊内侧壁上。
优选地，所述下脚趾板包括第一工作脚趾板和第二工作脚趾板，且第一工作脚趾板与第二工作脚趾板呈钝角固定连接，下底盖底面、下脚趾板的第一工作脚趾板底面和第二工作脚趾板底面均为工作面。
优选地，所述上底盖和下底盖的上下表面中心处均设有凸起圆台，其中，上底盖下表面和下底盖上表面上的凸起圆台均位于气囊内部，且处于气囊内部的凸起圆台上设有容纳SMA弹簧的凹槽。
优选地，所述导气柱中空，且下底盖上表面的凸起圆台与导气柱连接处有圆周方向的导气通道。
优选地，上底盖和下底盖上设有供气囊上下口封闭连接的沟槽。
优选地，所述上脚趾板、下脚趾板和SMA弹簧数目相对应，共有三组。
优选地，所述气囊形状为圆柱型。
有益效果：本发明采用一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，当其与地面接触时，膨胀气囊压缩排气，起到缓冲减震的作用，同时SMA弹簧通电伸长，脚趾板向外展开，并且随着接触程度的增加，参与接触的工作面也在增加，增大了接触面积，下脚底板的两个工作面呈钝角，使得其在接触到一定程度时成爪状将周围土壤合拢到脚掌下方，起到聚土固土作用，提高了机器人脚掌支撑的稳定性，离开地面时，SMA弹簧断电，导气管向气囊中通气，脚掌恢复到接触前的膨胀状态，准备下一次的接触，对于每次与软土地面的接触都有缓冲防震、聚土固土的过程，保证了脚掌行走支撑的稳定性。
附图说明
图1是本发明的机器人脚掌膨胀状态示意图；
图2是本发明的机器人脚掌压缩状态示意图；
图3是本发明的机器人脚掌内部机构示意图；
图4是本发明的机器人脚掌下脚趾板结构示意图；
其中，1-上底盖，2-导气柱，3-上脚趾板，4-下脚趾板，401-第一工作脚趾板，402-第二工作脚趾板，5-气囊，6-下底盖，7-SMA弹簧。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1～3所示，一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，包括上底盖1、导气柱2、若干上脚趾板3、若干下脚趾板4、气囊5、下底盖6、若干SMA弹簧7；所述气囊5上口和下口分别与上底盖1和下底盖6密封连接；所述上脚趾板3与上底盖1周边铰接，同时上脚趾板3下表面与气囊5的外侧面粘合连接，所述下脚趾板4与下底盖6周边铰接，同时下脚趾板4上表面与气囊5外侧面粘合连接，所述上脚趾板3与下脚趾板4之间为铰链连接；所述导气柱2两端分别安装在上底盖1和下底盖6的中心孔处，并与下底盖6固连， 所述SMA弹簧7设置在气囊内，且SMA弹簧7一端套接在导气柱2上，另一端固连在气囊5内侧壁上。
优选地，如图4所示，所述下脚趾板4包括第一工作脚趾板401和第二工作脚趾板，且第一工作脚趾板401与第二工作脚趾板402呈钝角固定连接，下底盖6底面、下脚趾板4的第一工作脚趾板401底面和第二工作脚趾板402底面均为工作面。
优选地，所述上底盖1和下底盖6的上下表面中心处均设有凸起圆台，其中，上底盖1下表面和下底盖6上表面上的凸起圆台均位于气囊内部，且处于气囊5内部的凸起圆台上设有容纳SMA弹簧7的凹槽。
优选地，所述导气柱2中空，下底盖6上表面的凸起圆台与导气柱2连接处有圆周方向的导气通道。
优选地，上底盖1和下底盖6上设有供气囊5上下口封闭连接的沟槽。
优选地，所述上脚趾板3、下脚趾板4和SMA弹簧7数目相对应，共有三组。
优选地，所述气囊5形状为圆柱型。
本发明的工作原理如下：
脚掌落地前，向导气柱2通入气体，气体依次通过导气柱2和下底盖6上表面的导气通道进入气囊5中，此时，SMA弹簧7断电，如图1所示，脚掌到达膨胀状态，与地面接触时，导气管2停止通气，随着与地面接触程度的加大，压缩气囊5将空气从导气管2排出，上底盖1与下底盖6逐渐接近，此时，SMA弹簧7通电伸长起导向作用，上脚趾板3和下脚趾板4向四周展开，接触面由下底盖6底面增加为下底盖6底面、下脚趾板4的底面和内侧面，增大接触面积，三组下脚趾板4的内侧面呈爪状将土壤向脚掌正下方合拢，起到稳定固土作用，如图1-2所示，每一完整的步态动作脚掌均含有膨胀和压缩两种状态。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：包括上底盖(1)、导气柱(2)、若干上脚趾板(3)、若干下脚趾板(4)、气囊(5)、下底盖(6)、若干SMA弹簧(7)；所述气囊(5)上口和下口分别与上底盖(1)和下底盖(6)密封连接；所述上脚趾板(3)与上底盖(1)周边铰接，同时上脚趾板(3)下表面与气囊(5)的外侧面粘合连接，所述下脚趾板(4)与下底盖(6)周边铰接，同时下脚趾板(4)上表面与气囊(5)外侧面粘合连接，所述上脚趾板(3)与下脚趾板(4)之间为铰链连接；所述导气柱(2)两端分别安装在上底盖(1)和下底盖(6)的中心孔处，并与下底盖(6)固连， 所述SMA弹簧(7)设置在气囊内，且SMA弹簧(7)一端套接在导气柱(2)上，另一端固连在气囊(5)内侧壁上，所述SMA弹簧(7)通过通电加热。
2.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：所述下脚趾板（4）包括第一工作脚趾板（401）和第二工作脚趾板（402），且第一工作脚趾板（401）与第二工作脚趾板（402）呈钝角固定连接，所述下底盖(6)底面、下脚趾板（4）的第一工作脚趾板（401）底面和第二工作脚趾板（402）底面均为工作面。
3.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：所述上底盖(1)和下底盖(6)的上下表面中心处均设有凸起圆台，其中，上底盖(1)下表面和下底盖（6）上表面上的凸起圆台均位于气囊内部，且处于气囊(5)内部的凸起圆台上设有容纳SMA弹簧(7)的凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：所述导气柱(2)中空，下底盖(6)上表面的凸起圆台与导气柱(2)连接处有圆周方向的导气通道。
5.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：上底盖(1)和下底盖(6)上设有供气囊(5)上下口封闭连接的沟槽。
6.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：所述上脚趾板(3)、下脚趾板(4)和SMA弹簧(7)数目相对应，共有三组。
7.根据权利要求1所述的一种适应软土地面的气动式机器人脚掌，其特征在于：所述气囊（5）形状为圆柱形。
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