(19)中华人民共和国国家知识产权局 ▣张▣ (12)发明专利申请 (10)申请公布号CN105564529A (43)申请公布日2016.05.11 (21)申请号201610024635.4 (22)申请日2016.01.14 (71)申请人大连理工大学 地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路 2号 (72)发明人王福吉葛翕禹马建伟张晨 李军尹宏俊周黎明 (74)专利代理机构大连理工大学专利中心 21200 代理人关慧贞 (51)1nt.Cl. B62D57032(2006.01) 权利要求书1页说明书3页附图3页 (54)发明名称 一种足式机器人仿生足底机构 (57)摘要 本发明一种足式机器人仿生足底机构属于机 器人技术领域，涉及一种具有大附着力和减震功 能的机器人仿生足底机构。仿生足底机构采用爪 子钢板、脚学橡胶垫、脚跟圆锥钉、脚尖三角钉实 现鸡爪足部仿生设计，保证足部机构具有大附着 力和减震功能，采用拉伸弹簧实现了足部仿生足 底的自复位功能，用三维力传感器测量足部受力 大小。仿生足底由爪子钢板、脚跟圆锥钉、连接 螺钉脚掌橡胶垫、脚跟圆锥钉、脚尖三角钉连接螺 钉、脚尖三角钉构成。仿生足部机构中采用脚掌橡 胶垫、脚尖三角钉、脚跟圆锥钉和爪子钢板实现鸡 爪足部仿生设计，爪子钢板前端具有弹性开口，使 足部机构的减震和大附着力性能更好，可以适应 不同路况。 279594901 石
CN105564529A 权利要求书 1/1页 1.一种足式机器人仿生足底机构，其特征是，仿生足底机构采用爪子钢板、脚掌橡胶 垫、脚跟圆锥钉、脚尖三角钉实现鸡爪足部仿生设计，保证足部机构具有大附着力和减震功 能，采用拉伸弹簧实现了足部仿生足底的自复位功能，用三维力传感器测量足部受力大小： 所述仿生足部机构中，仿生足底(9)由爪子钢板(10)、脚跟圆锥钉(20)、连接螺钉脚掌 橡胶垫(21)、脚跟圆锥钉(22)、脚尖三角钉连接螺钉(23)、脚尖三角钉(24)构成：具有防滑 和减震功能的脚掌橡胶垫(21)粘接在爪子钢板(10)下面，脚掌橡胶垫(21)具有花纹状的脚 掌橡胶垫凸棱(21b),脚掌橡胶垫(21)上表面开有六个均布的脚掌橡胶垫螺纹孔(21a):爪 子钢板(10)前端有三个爪子钢板脚尖(10a),三个爪子钢板脚尖(10a)之间有弹性开口 (10b),三个脚尖三角钉(24)分别通过三个脚尖三角钉连接螺钉(23)安装在爪子钢板(10) 的钢板脚尖(10a)下面，爪子钢板(10)前端还具有弹性开口(10b),爪子钢板(10)后端是爪 子钢板脚跟(10c)为圆弧形，2个脚跟圆锥钉(22)分别通过两个脚跟圆锥钉连接螺钉(20)安 装在爪子钢板脚跟(10c)下面：球窝(8)装在球窝座(7)中，球头杆(5)的球头安装在球窝(8) 中：球副挡圈(6)具有六个均布通孔，六个球副挡圈连接螺钉(14)通过球副挡圈(6)通孔将 球副挡圈(6)固定在球窝座(7)上，球头杆(5)的球头与球窝(8)两者构成球副结构，球副之 间为间隙配合：球头杆(5)为中空结构，球头杆(5)的上端具有阶梯止口，转接板(4)安装在 阶梯止口上，半圆插圈(15)具有三个通孔，用半圆插圈连接螺钉(16)穿过半圆插圈(15)三 个通孔将转接板(4)固定在三维力传感器(3)上：小腿连接板(1)通过小腿连接板连接螺钉 (2)安装在三维力传感器(3)的上面，小腿连接板(1)的上端连接机器人的腿部结构；有三个 弹簧挂钩(18)周向均布：弹簧挂钩(18)通过弹簧挂钩连接螺钉(19)连接在小腿连接板(1) 上，装有弹簧吊耳销(12)的3个弹簧吊耳(13)周向均布安装在球窝座(7)上，有三个拉伸弹 簧(17)周向均布，拉伸弹簧(17)的一端挂在弹簧挂钩(18)处，另一端挂在弹簧吊耳销(12) 上。 2
CN105564529A 说明书 1/3页 一种足式机器人仿生足底机构 技术领域 [0001] 本发明属于机器人技术领域，涉及一种具有大附着力和减震功能的机器人仿生足 底机构。 背景技术 [0002]足式机器人的应用越来越广，国内外对足式机器人技术及足部机构进行了深入的 研究，使得足式机器人对足部的要求不断提高。如专利公开号为CN102001370A,发明人李满 天等的发明专利“六足机器人的足部机构”中公开了一种六足机器人的足部机构，采用深沟 球轴承和周向均布弹簧脚掌结构，其针对于支撑刚度低且分布不均的松软路面，具有接触 面积大、无相对滑动、地面自适应性强的特点，但其自由度少，附着力小。专利公开号为 CN103204191A,发明人王福吉等的发明专利“一种机器人的足端机构”中公开了一种机器人 足端机构，直接采用橡胶足底进行防滑设计，提供附着力，但其设计不能适应所有路面，不 能提供足够大的附着力。专利公开号为CN104973157,发明人为王福吉等的发明专利“一种 足式机器人足底快换机构”中公开了一种机器人足底快换机构，采用足底快换机构可以根 据不同的路况更换不同的足底。 发明内容 [0003]本发明为了克服现有技术的不足，发明了一种足式机器人仿生足底机构，通过仿 照鸡爪形状，采用爪子钢板、脚掌橡胶垫、脚尖三角钉、脚跟圆锥钉结构，实现防滑和减震功 能，采用拉伸弹簧，实现足底的复位功能，用三维力传感器测量足部受力大小，结构紧凑，重 量轻。 [0004]本发明采取的技术方案是一种足式机器人仿生足底机构，其特征是，一种足式机 器人仿生足底机构，其特征是，仿生足底机构采用爪子钢板、脚掌橡胶垫、脚跟圆锥钉、脚尖 三角钉实现鸡爪足部仿生设计，保证足部机构具有大附着力和减震功能，采用拉伸弹簧实 现了足部仿生足底的自复位功能，用三维力传感器测量足部受力大小： [0005]所述仿生足部机构中，仿生足底9由爪子钢板10、脚跟圆锥钉20、连接螺钉脚掌橡 胶垫21、脚跟圆锥钉22、脚尖三角钉连接螺钉23、脚尖三角钉24构成：具有防滑和减震功能 的脚掌橡胶垫21粘接在爪子钢板10下面，脚掌橡胶垫21具有花纹状的脚掌橡胶垫凸棱21b, 脚掌橡胶垫21上表面开有六个均布的脚掌橡胶垫螺纹孔21；爪子钢板10前端有三个爪子 钢板脚尖10a,三个爪子钢板脚尖10a之间有弹性开口10b,三个脚尖三角钉24分别通过三个 脚尖三角钉连接螺钉23安装在爪子钢板10的钢板脚尖10a下面，爪子钢板10后端是爪子钢 板脚跟10c为圆弧形，两个脚跟圆锥钉22分别通过两个脚跟圆锥钉连接螺钉20安装在爪子 钢板脚跟10c下面；球窝8装在球窝座7中，球头杆5的球头安装在球窝8中：球副挡圈6具有六 个均布通孔，六个球副挡圈连接螺钉14通过球副挡圈6通孔将球副挡圈6固定在球窝座7上， 球头杆5的球头与球窝8两者构成球副结构，球副之间为间隙配合：球头杆5为中空结构，球 头杆5的上端具有阶梯止口，转接板4安装在阶梯止口上，半圆插圈15具有三个通孔，用半圆 3
CN105564529A 说明书 2/3页 插圈连接螺钉16穿过半圆插圈15三个通孔将转接板4固定在三维力传感器3上：小腿连接板 1通过小腿连接板连接螺钉2安装在三维力传感器3的上面，小腿连接板1的上端连接机器人 的腿部结构：弹簧挂钩18有三个，周向均布：弹簧挂钩18通过弹簧挂钩连接螺钉19连接在小 腿连接板1上，装有弹簧吊耳销12的3个弹簧吊耳13周向均布安装在球窝座7上，拉伸弹簧17 有三个，周向均布，拉伸弹簧17的一端挂在弹簧挂钩18处，另一端挂在弹簧吊耳销12上。 [0006]本发明的有益效果是仿生足部机构中采用脚掌橡胶垫、脚尖三角钉、脚跟圆锥钉 和爪子钢板实现鸡爪足部仿生设计，脚掌橡胶垫使结构重量轻，爪子钢板前端具有弹性开 口，使结构的减震性能和附着力更好。 附图说明 [0007]图1是足式机器人仿生足底机构的轴测图，图2是足式机器人仿生足底机构的K-K 剖视图，图3是足式机器人仿生足底机构足底的仰视图，图4是脚掌橡胶垫的轴测图。图中： 1-小腿连接板，2-小腿连接板连接螺钉，3-三维力传感器，4-转接板，5-球头杆，6-球副挡 圈，7-球窝座，8-球窝，仿生足底9,10-爪子钢板，10a-爪子钢板脚尖，10b-弹性开口，10c-爪 子钢板脚跟，11-球窝座连接螺钉，12-弹簧吊耳销，13-弹簧吊耳，14-球副挡圈连接螺钉， 15-半圆插圈，16-插圈连接螺钉，17-拉伸弹簧，18-弹簧挂钩，19-弹簧挂钩连接螺钉，20-脚 跟圆锥钉连接螺钉，21-脚掌橡胶垫，21-脚掌橡胶垫螺纹孔，21b-脚掌橡胶垫凸棱，22-脚 跟圆锥钉，23-脚尖三角钉连接螺钉，24-脚尖三角钉。 具体实施方式 [0008]下面结合附图和技术方案详细说明本发明的具体实施。 [0009]附图1、2、3、4是本发明的一个实施例，足式机器人的仿生足底机构由一个小腿连 接板1、八个小腿连接板连接螺钉2、一个三维力传感器3、一个转接板4、一个球头杆5、一个 球副挡圈6、一个球窝座7、一个球窝8、仿生足底9、一个爪子钢板10、六个球窝座连接螺钉 11、三个弹簧吊耳销12、三个弹簧吊耳13、六个球副挡圈连接螺钉14、两个半圆插圈15、六个 插圈连接螺钉16、三个拉伸弹簧17、三个弹簧挂钩18、三个弹簧挂钩连接螺钉19、两个脚跟 圆锥钉连接螺钉20、一个脚掌橡胶垫21、两个脚掌圆锥钉22、九个脚尖三角钉连接螺钉23以 及三个脚尖三角钉24组成。小腿连接板1上的力通过三维力传感器3、球头杆5、球窝8、球窝 座7传到爪子钢板10。 [0010]爪子钢板10有三个爪子钢板脚尖10a,三个爪子钢板脚尖10a之间有弹性开口10b, 使爪子钢板脚尖10具有弹性，爪子钢板脚跟10c为圆弧结构，脚跟圆锥钉22为圆锥形状，脚 尖三角钉24为三棱锥形状，脚跟圆锥钉22和脚尖三角钉24在行进过程中可以插入地面，脚 掌橡胶垫21的脚掌橡胶垫凸棱21b部分相当于花纹结构，以上部分实现了鸡爪脚底部分的 仿生，具有防滑和减震功能。 [0011]球头杆5和球窝8之间构成球副机构，球副机构为间隙配合，将仿生足的上半部分 和下半部分连接起来，下半部分通过球副挡圈6和球副挡圈连接螺钉14压紧连接，上半部分 通过半圆插圈15和半圆插圈连接螺钉16压紧连接，球副机构可以摆动和回转，当仿生足遇 到崎岖不平路面时，爪子钢板10可以绕着球副机构摆动，使与小腿连接板1连接的小腿受力 情况不会应为路面不平发生变化，球副机构相当于鸡爪的踝关节，三维力传感器3可以感知 4
CN105564529A 说明书 3/3页 路面受力大小，方便对机器人进行控制：三个拉伸弹簧17周向均布，当爪子钢板10发生摆动 并且仿生足抬起后，三个拉伸弹簧17对于爪子钢板10周向具有一定的复位力，保证下次仿 生足落下时爪子钢板水平且爪子钢板脚尖10a一直向前，实现了仿生足底的自复位功能。 5
CN105564529A 说明书附图 1/3页 短 点。 8 a 22 K 图1 6
CN105564529A 说明书附图 2/3页 19 18 7 K-K 图2 10 24 /0 它1 22 20 0心 3 图3 7
CN105564529A 说明书附图 3/3页 21 210 21o 图4 8