CN113879420A - 一种被动切换的防滑足 - Google Patents

Abstract

本发明涉及四足机器人技术领域，公开一种被动切换的防滑足，包括足端座、主足座、卡扣组件、滑移检测组件和复位组件，所述主足座包括表面相连接的圆弧板和平板、及位两者之间的安装凸台，圆弧板和平板的表面粗糙；所述足端座设置在安装凸台上并能够旋转运动；所述足端座与平板之间抵触配合，并与圆弧板之间设置卡扣组件和复位组件；所述足端座上设置滑移检测组件，用于带动防滑足整体进行滑移，并在滑移达到设定阈值时，控制卡扣组件工作；所述卡扣组件控制主足座旋转运动，切换圆弧板和平板表面接触地面；所述复位组件用于控制主足座运动后复位。本发明在同一个足端实现了圆柱型和平底型的结合与主动切换，提高了机器人整机机动性与通过性能。

Description

一种被动切换的防滑足

技术领域

本发明涉及四足机器人技术领域，更具体的说，特别涉及一种被动切换的防滑足。

背景技术

腿足式机器人具有很好的通过性能，其足端设计是影响足地接触效果的关键。目前常见的机器人足端主要有平底型、圆柱型、球形和不规则型四种。圆柱形足端与硬质地面接触时是一条线，接触状态在平底和球形足之间，而与松软地面接触的形式类似于车轮。采用圆柱形足端的优点是落地阶段腿部可以绕着圆柱形足端的轴线旋转，在一定程度上弥补了缺失的踝关节自由度，对于复杂地形的适应能力好，便于对腿部进行控制。圆柱形足端结构比较简单，对复杂地形有良好的适应性，但附着能力差，容易出现滑移。平底形足端能够与平坦的地面充分接触，防滑能力较强。但是平底型足端难以适应崎岖地形，且需要设计多自由度关节结构作为踝关节连接腿和足，从而令足底可以随地形变化发生摆动，使得足底面与地面具有良好的接触。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种被动切换的防滑足，结合了圆柱型和平底型足端的优点，在同一个足端实现了两种结构的结合与主动切换，提高了机器人整机机动性与通过性能。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种被动切换的防滑足，包括足端座、主足座、卡扣组件、滑移检测组件和复位组件，所述主足座包括表面相连接的圆弧板和平板、及位于圆弧板和平板之间的安装凸台，所述圆弧板和平板的表面粗糙；

所述足端座设置在所述安装凸台上，两者之间能够旋转运动；所述足端座与所述平板之间抵触配合，并与所述圆弧板之间设置卡扣组件和复位组件；所述足端座上设置滑移检测组件，用于带动所述防滑足整体进行滑移，并在滑移达到设定阈值时，控制所述卡扣组件工作；所述卡扣组件控制所述主足座旋转运动，切换圆弧板和平板表面接触地面；所述复位组件用于控制所述主足座运动后复位。

进一步的，所述足端座包括支座组件、支座轴和导轨，所述支座组件包括支撑座、设置在所述支撑座上的连接板和限位块，所述连接板与外部机器人腿部连接，所述支撑座通过支座轴与安装凸台连接，并与所述圆弧板和平板之间分别设置有导轨；所述限位块的端部与所述平板的表面抵触配合；所述支撑座和圆弧板之间设置所述卡扣组件，并和圆弧板之间的导轨上设置所述复位组件；所述卡扣组件与所述限位块的位置相对应。

进一步的，所述支撑座上相对形成有圆柱形的凸部，所述限位块位于所述凸部的外表面；所述凸部表面与所述圆弧板的内表面贴合，两个所述凸部之间安装所述安装凸台，并通过所述支座轴连接。

进一步的，所述卡扣组件包括卡舌、弹簧、卡轴和控制线，所述卡轴的一端设置在所述足端座上，另一端设置有弹簧并套装有卡舌，所述卡舌与所述圆弧板的内表面相配合，所述卡舌上还设置连接所述滑移检测组件的控制线。

进一步的，所述滑移检测组件包括副足座、第一导轮和第二导轮，所述副足座的表面粗糙并能够带动所述防滑足进行滑移，所述副足座也连接在安装凸台上并位于所述足端座的一侧；所述第一导轮和第二导轮两者设置在所述足端座上，两者的布置方向垂直；所述控制线依次绕过第二导轮和第一导轮后，由所述副足座的侧面引出。

进一步的，所述副足座的侧面沿背离所述足端座方向还设置与所述第一导轮平行的导柱，所述控制线绕过所述导柱后引出。

进一步的，所述圆弧板和平板两者粗糙的表面均布有花纹或凸起；所述副足座为扇形结构，扇形面也设置有花纹或凸起，并比所述圆弧板和平板两者的表面更粗糙。

进一步的，所述圆弧板的中部向圆心方向延伸形成圆柱形的安装凸台，所述安装凸台的表面与所述圆弧板、平板的外沿之间设置斜面进行过渡；所述斜面上设置用于安装第一导轨和第二导轨的安装槽。

进一步的，所述复位组件采用复位弹簧。

进一步的，所述限位块与所述平板配合的表面设置成弧面。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明中通过主足座采用圆柱型和平底型两种结构接触地面，通过滑移检测机构带动卡扣组件工作，控制主足座旋转运动和限位，并通过复位组件控制复位实现主足座在两种触地面之间切换，实现主足座从圆柱型足端向平底型足端的切换，增大了足地附着系数，通过圆柱型底实现足端的广域适应性，通过平底型底实现高附着力，即实现了足式机器人在无滑移情况下通过圆柱型足底触地实现广域地形适应，而在滑移条件下自动切换为平底型足底实现高附着系数，在一个足端上同时具有圆柱型和平底型两种足底的优点，提高机器人的整机性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1为本发明中被动切换的防滑足的结构示意图。

图2为本发明中被动切换的防滑足的***图。

图3为本发明中主足座的结构示意图。

图4为本发明中支座组件的结构示意图。

图5为本发明中滑移检测组件和支座组件的结构示意图。

图6为本发明中滑移检测组件和支座组件的另一结构示意图。

附图标记说明如下：1-足端座；2-主足座；3-卡扣组件；4-滑移检测组件；5-复位组件；11-支座组件；12-支座轴；13-第一导轨；14-第二导轨；101-连接板；102-支撑座；103-限位块；104-凸部；105-通孔；106-安装孔；107-卡孔；108-线孔；21-圆弧板；22-平板；23-安装凸台；24-安装槽；25-卡槽；31-卡舌；32-弹簧；33-卡轴；34-控制线；41-副足座；42-第一导轮；43-第二导轮；44-导柱。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文在说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，例如，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设置于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。

此外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

参阅图1和图2所示，本发明实施例提供一种被动切换的防滑足，包括足端座1、主足座2、卡扣组件3、滑移检测组件4和复位组件5。

参阅图3所示，所述主足座2的前端为圆柱型，后端为平底型，即包括表面相连接的圆弧板21和平板22、及位于两者之间的安装凸台23，所述圆弧板21和平板22的表面粗糙。

所述足端座1设置在所述安装凸台23上，两者之间能够旋转运动；所述足端座1与所述平板22之间抵触配合，并与所述圆弧板21之间设置卡扣组件3和复位组件5；所述足端座1上设置滑移检测组件4，用于带动所述防滑足整体进行滑移，并在滑移达到设定阈值时，控制所述卡扣组件3工作；所述卡扣组件3控制所述主足座2旋转运动，切换圆弧板21和平板22的表面接触地面；所述复位组件5用于控制所述主足座2运动后复位。

参阅图4所示，所述足端座1包括支座组件11、支座轴12和导轨，所述支座组件11包括连接板101、支撑座102和限位块103，所述支撑座102与所述连接板101连接，并设置有限位块103。

所述连接板101与外部机器人的腿部连接，所述支撑座102通过支座轴12设置在安装凸台23上，并与所述圆弧板21和平板22之间分别设置有导轨。所述限位块103的端部与所述平板22的表面抵触配合，对所述主足座2旋转运动进行限位。所述支撑座102和圆弧板21之间设置有卡扣组件3，所述卡扣组件3与限位块103位置相对应，用于控制所述主足座2旋转运动。所述支撑座102和圆弧板21之间的导轨上设置有复位组件5，用于控制所述主足座2运动后进行复位。

具体的，所述支座组件11的支撑座102与所述圆弧板21、平板22之间分别设置有第一导轨13和第二导轨14，所述复位组件5位于所述第一导轨13上。所述支座组件11的支撑座102通过支座轴12连接在安装凸台23上，即所述足端座1和所述主足座2两者构成旋转副，所述主足座2可以在所述导轨的作用下绕支座轴12进行转动。所述主足座2向前旋转受到复位组件5和卡扣组件3的限制，向后旋转受到限位块103的限制。

本发明实施例中，所述主足座2在一般状态下以圆柱型底即圆弧板21粗糙的表面接触地面，当滑移检测组件4带动防滑足整体发生滑移时，并控制卡扣组件3工作时，所述主足座2受地面摩擦力可以绕支座轴12旋转，然后平底型底即平板22粗糙的表面接触地面，所述主足座2离开地面不受力时受复位组件5作用可以复位，整体结构简单，并可以实现在圆柱型足底和平底型足底之前进行切换，提高机器人整机机动性与通过性能。

进一步的，所述支撑座102上相对形成有圆柱形的凸部104，所述限位块103位于所述凸部104的外表面。所述凸部104表面与所述圆弧板21的内表面贴合，两个所述凸部104之间安装所述安装凸台23，并通过所述支座轴12连接，方便安装也保证结构紧凑。具体的，为了保证安装和工作的可靠性，所述支撑座102的顶端连接所述连接板101，所述支撑座102的中部设置安装所述导轨的通孔105。所述凸部104上沿轴向设置有安装支座轴12的安装孔106。

进一步的，所述限位块103与所述平板22配合的表面设置成弧面，方便两者进行配合，从而保证限位的可靠性。

进一步的，所述圆弧板21和平板22两者粗糙的表面均布有花纹或凸起，以增大摩擦力。

进一步的，所述卡扣组件3包括卡舌31、弹簧32、卡轴33和控制线34，所述卡轴33的一端设置在所述足端座1的支撑座102上，另一端设置有弹簧32并套装有卡舌31，所述卡舌31与所述圆弧板21的内表面相配合，所述卡舌31上设置有连接所述滑移检测组件4的控制线34。具体的，其中一个所述凸部104与所述圆弧板21之间设置所述卡扣组件3，所述卡轴33的一端设置在所述支撑座102对应的卡孔107中，另一端设置在所述圆弧板21对应的卡槽25内。

本发明实施例中，所述滑移检测组件4通过控制线34的拉伸控制所述卡扣组件3工作，当控制线34拉动卡舌31，使所述卡舌31缩回所述支撑座102的卡孔107中，可以释放所述主足座2，使所述主足座2可以绕支座轴12进行旋转。当控制线34松弛时，在弹簧32的作用下，使所述卡舌31弹出并位于所述圆弧板21的卡槽25中，对所述主足座2进行限位。

进一步的，参阅图5和图6所示，所述滑移检测组件4包括副足座41、第一导轮42和第二导轮43，所述副足座41通过旋转副连接在支座轴12上并位于所述支撑座102的一侧，可以绕支座轴12进行旋转。所述副足座41的表面粗糙并能够带动所述防滑足整体进行滑移。所述第一导轮42和第二导轮43两者设置在所述支撑座102上，两者的布置方向垂直，用于引出所述控制线34，所述控制线34依次绕过第二导轮43、第一导轮42后，由所述副足座41侧面引出。

进一步的，所述副足座41的侧面沿背离所述支撑座102方向还设置与所述第一导轮42平行的导柱44，方便引出所述控制线34，所述控制线34由所述卡孔107穿过，并穿过所述支撑座102上对应的线孔108后，依次绕过第二导轮43和第一导轮42后，最后绕过所述导柱44后引出。通过所述第一导轮42和第二导轮43改变控制线34的传递方向，从而方便实现对卡舌31进行控制。

具体的，所述滑移检测组件4与所述卡扣组件3分别位于两个凸部104上，所述第一导轮42和第二导轮43两者与所述卡扣组件3分别位于所述凸部104轴线的两侧，所述第一导轮42与所述凸部104轴线平行，所述第二导轮43与所述凸部104轴线垂直，这样便于改变所述控制线34的传递方向。

进一步的，所述副足座41为扇形结构，扇形面上设置花纹或凸起，所述副足座41的扇形面比主足座2的表面更粗糙，这样可以增大副足座41的滑移效果，避免主足座2和副足座41两者同时发生滑移，而无法打开卡扣组件3，也就无法实现平面型和圆柱型之间的切换，可以保证防滑足工作的可靠性。

进一步的，所述圆弧板21的中部向圆心方向延伸形成圆柱形的安装凸台23，所述安装凸台23的表面与所述圆弧板21、平板22的外沿之间设置斜面进行过渡。所述斜面上设置用于安装第一导轨13和第二导轨14的安装槽24，这样方便进行安装和连接，从而保证所述主足座2旋转的可靠性。

进一步的，所述复位组件5采用复位弹簧，结构简单、功能可靠，也可以采用其它能够实现复位功能的部件。

本发明提供的被动切换的防滑足的工作过程如下：

当防滑足整体触地发生滑移时，所述主足座2受卡扣组件3的阻挡不发生旋转，副足座41的粗糙面接触地面，并受到滑移作用力发生旋转，当旋转达到设定阈值时拉动控制线34，并打开卡扣组件3，使所述主足座2发生旋转运动，由圆柱型足底切换为摩擦力更大的平底型足地，从而遏制防滑足的滑移作用。当防滑足离地时由复位组件5推动所述主足座2完成从平底型足端向圆柱型足端的切换。当所述主足座2接触地面不发生滑移或滑移力不到阈值时，所述主足座2以圆柱型足底接触地面，从而实现广域适应。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种被动切换的防滑足，其特征在于：包括足端座、主足座、卡扣组件、滑移检测组件和复位组件，所述主足座包括表面相连接的圆弧板和平板、及位于圆弧板和平板之间的安装凸台，所述圆弧板和平板的表面粗糙；

所述足端座设置在所述安装凸台上，两者之间能够旋转运动；所述足端座与所述平板之间抵触配合，并与所述圆弧板之间设置卡扣组件和复位组件；所述足端座上设置滑移检测组件，用于带动所述防滑足整体进行滑移，并在滑移达到设定阈值时，控制所述卡扣组件工作；所述卡扣组件控制所述主足座旋转运动，切换圆弧板和平板表面接触地面；所述复位组件用于控制所述主足座运动后复位。

2.根据权利要求1所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述足端座包括支座组件、支座轴和导轨，所述支座组件包括支撑座、设置在所述支撑座上的连接板和限位块，所述连接板与外部机器人腿部连接，所述支撑座通过支座轴与安装凸台连接，并与所述圆弧板和平板之间分别设置有导轨；所述限位块的端部与所述平板的表面抵触配合；所述支撑座和圆弧板之间设置所述卡扣组件，并和圆弧板之间的导轨上设置所述复位组件；所述卡扣组件与所述限位块的位置相对应。

3.根据权利要求2所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述支撑座上相对形成有圆柱形的凸部，所述限位块位于所述凸部的外表面；所述凸部表面与所述圆弧板的内表面贴合，两个所述凸部之间安装所述安装凸台，并通过所述支座轴连接。

4.根据权利要求1所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述卡扣组件包括卡舌、弹簧、卡轴和控制线，所述卡轴的一端设置在所述足端座上，另一端设置有弹簧并套装有卡舌，所述卡舌与所述圆弧板的内表面相配合，所述卡舌上还设置连接所述滑移检测组件的控制线。

5.根据权利要求4所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述滑移检测组件包括副足座、第一导轮和第二导轮，所述副足座的表面粗糙并能够带动所述防滑足进行滑移，所述副足座也连接在安装凸台上并位于所述足端座的一侧；所述第一导轮和第二导轮两者设置在所述足端座上，两者的布置方向垂直；所述控制线依次绕过第二导轮和第一导轮后，由所述副足座的侧面引出。

6.根据权利要求5所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述副足座的侧面沿背离所述足端座方向还设置与所述第一导轮平行的导柱，所述控制线绕过所述导柱后引出。

7.根据权利要求5所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述圆弧板和平板两者粗糙的表面均布有花纹或凸起；所述副足座为扇形结构，扇形面也设置有花纹或凸起，并比所述圆弧板和平板两者的表面更粗糙。

8.根据权利要求1所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述圆弧板的中部向圆心方向延伸形成圆柱形的安装凸台，所述安装凸台的表面与所述圆弧板、平板的外沿之间设置斜面进行过渡；所述斜面上设置用于安装第一导轨和第二导轨的安装槽。

9.根据权利要求1所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述复位组件采用复位弹簧。

10.根据权利要求2所述的被动切换的防滑足，其特征在于：所述限位块与所述平板配合的表面设置成弧面。

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