专利名称：包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种机器人技术领域的机构，具体地说，是一种包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部机构。
背景技术：
现有涉及两足步行机器人(或是仿人机器人)中有关机器人腿部机构，大都采用12自由度，即两条腿各有6个自由度，如日本川田(Kawada)研发的HRP-2，本田(Honda)研发的ASIMO，韩国科学技术院(KAIST)研发的KHR-2。而对包含脚趾自由度的14自由度设计方案，国外也只是做了初步的探讨，并没有深入研究，而且对包含脚趾自由度的脚部机构的设计各异，没有一个具体的设计方案经对现有技术文献的检索发现，中国专利公开号为CN1474738A，发明名称为腿式移动步行机器人的腿部结构，该技术公开了一种包含12个自由度的两足步行机器人的腿部结构，它通过协调各个自由度在行走过程中的角度变化来达到稳定行走的目的，该技术忽略两个脚趾的自由度，这样的结构虽然不影响机器人的正常行走功能，但它限制了机器人的步行速度，行走步态的连贯性等。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部机构。本发明通过增加脚趾自由度使两足步行机器人的行走姿态更接近于人，能够实现下跪功能，同时在机构尺寸、驱动电机功率确定的情况下具有更强的上台阶功能，更快的行走速度。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括从动锥齿轮、电机支座、脚跟橡胶底面、齿轮减速器、编码器、直流减速电机、脚跟构件、脚趾构件、脚趾橡胶底面、从动锥齿轮轴、深沟球轴承、固定环、主动锥齿轮、锥齿轮销键、固定螺栓、固定端盖、轴套。这些部件之间的连接关系为脚跟构件与脚跟橡胶底面连接，脚趾构件与脚趾橡胶底面连接，编码器、直流减速电机、齿轮减速器组合后与电机支座连接，电机支座与脚跟构件连接，齿轮减速器输出轴与主动锥齿轮连接，从动锥齿轮通过固定环固定在从动锥齿轮轴上，从动锥齿轮轴通过螺栓和固定端盖固定在脚趾构件上，从动锥齿轮轴通过深沟球轴承设在脚跟构件，深沟球轴承通过轴套确定在从动锥齿轮的位置。
所述的深沟球轴承与脚跟构件为过盈配合。
所述的深沟球轴承与从动齿轮轴为过渡配合。
所述的直流减速电机与齿轮减速器同轴线串联。
所述的齿轮减速器与主动锥齿轮同轴线串联。
所述的主动锥齿轮与从动锥齿轮轴线垂直正交。
直流减速电机通过齿轮减速器将动力传给主动锥齿轮，带动主动锥齿轮旋转给定的角度，主动锥齿轮通过齿轮传动将该角度传给从动锥齿轮，由于从动锥齿轮与脚趾构件连接固定在一起的，也就等于脚趾构件转过了给定的角度，从而也就达到了用直流减速电机控制脚趾构件转角的目的。在整个脚部结构设计中，主动锥齿轮、齿轮减速器与直流减速电机同轴线串联布置，主动锥齿轮轴线与从动锥齿轮轴线垂直正交，直流减速电机安置与脚跟中，结构比较紧凑。
本发明通过锥齿轮传动的方式，使直流减速电机轴线与脚趾机构转动轴线垂直正交，有利于直流减速电机的安置，脚趾构件与脚跟构件接触地面的长度尺寸比接近1∶1，两者的转动轴线接近于脚趾构件的中心位置，这样保证了脚跟构件离地时机器人还有足够的支撑面积，脚趾构件的转动角度范围可达0～20°，在脚趾构件和脚跟构件的两边都分别连接有橡胶底面，当脚掌接触地面时，具有吸震作用，同时由于橡胶底面只是连接在脚趾构件和脚跟构件的两边，避免了整个脚掌接触地面，从而对不平地面的适应能力也就更强。
图1为本发明的结构主视2为本发明的结构俯视图具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括从动锥齿轮9、电机支座15、脚跟橡胶底面1、齿轮减速器2、编码器3、直流减速电机4、脚跟构件5、脚趾构件6、脚趾橡胶底面7、从动锥齿轮轴16、深沟球轴承17、固定环8、主动锥齿轮14、锥齿轮销键10、固定螺栓11、固定端盖12、轴套13。
以上部件之间的连接关系为脚跟构件5与脚跟橡胶底面1之间通过螺钉连接，脚趾构件6与脚趾橡胶底面7之间通过螺钉连接，编码器3、直流减速电机4、齿轮减速器2组合后与电机支座15螺钉连接，电机支座15与脚跟构件5螺钉连接，齿轮减速器2输出轴与主动锥齿轮14螺钉连接，从动锥齿轮9通过固定环8和锥齿轮销键10固定在从动锥齿轮轴16上，从动锥齿轮轴16通过固定螺栓11和固定端盖12固定在脚趾构件6上，从动锥齿轮轴16通过深沟球轴承17设在脚跟构件5，深沟球轴承17通过轴套13确定在从动锥齿轮轴16的位置。
所述的深沟球轴承17与脚跟构件5为过盈配合。
所述的深沟球轴承17与从动锥齿轮轴16为过渡配合。
所述的直流减速电机4与齿轮减速器2同轴线串联。
所述的齿轮减速器2与主动锥齿轮14同轴线串联。
所述的主动锥齿轮14与从动锥齿轮9轴线垂直正交。
所述的脚趾构件6与脚跟构件5接触地面的长度尺寸比接近1∶1。
所述的脚趾构件6与脚跟构件5的转动轴线处于脚趾构件6的中心位置。
权利要求
1.一种包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，包括从动锥齿轮(9)、电机支座(15)、脚跟橡胶底面(1)、齿轮减速器(2)、编码器(3)、直流减速电机(4)、脚跟构件(5)、脚趾构件(6)、脚趾橡胶底面(7)、从动锥齿轮轴(16)、深沟球轴承(17)、固定环(8)、主动锥齿轮(14)、锥齿轮销键(10)、固定螺栓(11)、固定端盖(12)、轴套(13)，其特征在于脚跟构件(5)与脚跟橡胶底面(1)连接，脚趾构件(6)与脚趾橡胶底面(7)连接，编码器(3)、直流减速电机(4)、齿轮减速器(2)组合后与电机支座(15)连接，电机支座(15)与脚跟构件(5)连接，齿轮减速器(2)输出轴与主动锥齿轮(14)连接，从动锥齿轮(9)通过固定环(8)和锥齿轮销键(10)固定在从动锥齿轮轴(16)上，从动锥齿轮轴(16)通过固定螺栓(11)和固定端盖(12)固定在脚趾构件(6)上，从动锥齿轮轴(16)通过深沟球轴承(17)设在脚跟构件(5)，深沟球轴承(17)通过轴套(13)确定在从动锥齿轮轴(16)的位置。
2.根据权利要求1所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的深沟球轴承(17)与脚跟构件(5)为过盈配合。
3.根据权利要求1或2所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的深沟球轴承(17)与从动锥齿轮轴(16)为过渡配合。
4.根据权利要求1所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的直流减速电机(4)与齿轮减速器(2)同轴线串联。
5.根据权利要求1或4所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的齿轮减速器(2)与主动锥齿轮(14)同轴线串联。
6.根据权利要求1所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的主动锥齿轮(14)与从动锥齿轮(9)轴线垂直正交。
7.根据权利要求1所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的脚趾构件(6)与脚跟构件(5)接触地面的长度尺寸比接近1∶1。
8.根据权利要求1或7所述的包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，其特征是，所述的脚趾构件(6)与脚跟构件(5)的转动轴线处于脚趾构件(6)的中心位置。
全文摘要
一种包含脚趾自由度的两足步行机器人脚部结构，属于机器人技术领域。本发明中，脚跟构件与脚跟橡胶底面连接，脚趾构件与脚趾橡胶底面连接，编码器、直流减速电机、齿轮减速器组合后与电机支座连接，电机支座与脚跟构件连接，齿轮减速器输出轴与主动锥齿轮连接，从动锥齿轮通过固定环固定在从动锥齿轮轴上，从动锥齿轮轴通过螺栓和固定端盖固定在脚趾构件上，从动锥齿轮轴通过深沟球轴承设在脚跟构件，深沟球轴承通过轴套确定在从动锥齿轮的位置。本发明驱动直流减速电机与脚趾构件轴线垂直正交，直流减速电机设在脚跟构件中，结构紧凑，同时通过橡胶底面起到减震作用的同时，避免了整个脚掌接触地面，使机器人对不平地面具有更强的适应性。
文档编号B25J11/00GK1895856SQ20061002797
公开日2007年1月17日 申请日期2006年6月22日 优先权日2006年6月22日
发明者高雪官, 方光荣, 王超 申请人:上海交通大学