【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及機器人，具體涉及一種足式機器人的地形自適應足部結構及工作方法。
技術介紹
1、足式機器人技術作為人工智能和機器人學領域的前沿研究方向，隨著科技的不斷進步而得到了迅速的發展。足式機器人模擬生物的行走模式，具有在復雜地形中自主行走的能力，被廣泛應用于災難救援、服務機器人、探險探測等眾多領域。隨著全球科技創新的深入，特別是人工智能、機器學習、傳感技術和材料科學等領域的突破，足式機器人的研究進入了一個新的發展階段，不僅在運動控制、環境感知和人機交互等方面取得了顯著的進展，而且在提升機器人的自主性、適應性和智能化水平方面也展現出了巨大的潛力和廣闊的應用前景。
2、足式機器人研究的熱點領域包括增強機器人的地形適應能力、提升自我學習與決策制定能力、以及增加其在極端環境下的生存能力。盡管雙足機器人已經得到了廣泛而深入的研究，雙足機器人在精確執行任務時常因地形適應性不足而受限。目前研究多專注于提升足式機器人在硬地面上的運動能力，忽略了對占比巨大的軟地形的適應能力，如沙灘、草坪、泥土等。傳統的雙足機器人足部設計傾向于采用細長條形，這一設計在實際環境中往往限制了機器人的移動能力。例如cassie雙足機器人的細長足部便是此類設計的一個典型例子。目前雙足機器人研究多專注于提升足式機器人在硬地面上的運動能力，忽略了對占比巨大的軟地形的適應能力，如沙灘、草坪、泥土等，因此，現有的機器人足部結構在復雜地形中行走時的穩定性不足。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的問題，本專利技術提供一種
2、本專利技術的技術方案如下：
3、在本專利技術的第一方面，提供了一種足式機器人的地形自適應足部結構，包括兩個附骨板，所述兩個附骨板之間設置有中間足部，每個附骨板均與中間足部通過鉸接的方式連接，所述附骨板的底部設置有針刺；所述中間足部上設置有多種傳感器和電機，所述電機的輸出軸通過鍵槽與帶搖臂的齒輪組連接，齒輪組的搖臂通過連桿與附骨板連接，通過電機改變附骨板的轉動角度。
4、在本專利技術的一些實施方式中，所述附骨板的底部和中間足部的底部均設置有橡膠墊，所述針刺穿過橡膠墊從橡膠墊的下表面露出。
5、在本專利技術的一些實施方式中，所述中間足部上設置有第一圓孔和第二圓孔，所述第一圓孔內安裝有銷釘，所述銷釘與機器人足部機體鉸接；所述第二圓孔與操作桿鉸接連接。
6、在本專利技術的一些實施方式中，所述齒輪組包括相互嚙合的主動齒輪和從動齒輪，所述主動齒輪與電機的輸出軸相連，通過電機驅動主動齒輪旋轉，進而帶動從動齒輪旋轉。
7、在本專利技術的一些實施方式中，所述傳感器包括加速度傳感器、聲學傳感器、溫度傳感器、觸覺傳感器和電容傳感器，其中，所述聲學傳感器和溫度傳感器設置在中間足部的上表面，所述觸覺傳感器和電容傳感器設置在中間足部的下表面，所述加速度傳感器設置在中間足部的一側。
8、在本專利技術的一些實施方式中，所述針刺采用固定針刺或者可變形針刺，所述固定針刺通過螺栓直接安裝在附骨板上，所述可變形針刺通過彈簧安裝在附骨板內，可變形針刺能夠在附骨板內部在豎直方向上進行有限范圍的移動。
9、在本專利技術的一些實施方式中，所述針刺的形狀為梯形、圓筒形、交叉十字形或彎曲形。
10、在本專利技術的一些實施方式中，所述附骨板的外形輪廓模仿山羊足的外部輪廓。
11、在本專利技術的一些實施方式中，所述中間足部上設置有走線槽和水平槽，用于安放響應線路。
12、在本專利技術的第二方面，提供了一種足式機器人的地形自適應足部結構的工作方法，包括：
13、電機回轉，輸出轉矩，帶動齒輪組回轉，通過連桿進而帶動附骨板轉動；
14、通過獲取多種傳感器采集的信息，根據采集的信息對地形進行分析，實時控制附骨板轉動的角度，以實現足式機器人的全地形運動。
15、本專利技術一個或多個技術方案具有以下有益效果：
16、(1)本專利技術提供的地形自適應足部結構，是對山羊足部的仿生結構，在機器人足部中央部位兩側，增設了兩個模仿山羊足輪廓的附骨段，兩個附骨段直接與中間部分連接，且在附骨段和中間部分底部加裝了硅脂，以起到緩沖作用。增大的接觸面積，可有效減少滑動現象。延長的附骨段將增加額外的接觸點，賦予機器人額外的穩定性和摩擦力，從而在崎嶇不平的地形上顯著提升機器人的穩定性。
17、(2)本專利技術供的地形自適應足部結構，是可主動/被動適應復雜地形的機器人足，通過將附骨、針刺等結構集成，將顯著影響足部的下陷深度和摩擦阻力。此設計的主要優勢之處在于，在保證雙足機器人高效硬地運動能力的同時，提高其在軟地面上的運動效率，實現雙足機器人的全地形運動。
18、(2)本專利技術提出的機器人足部集成五種傳感器，分別為觸覺傳感器、電容傳感器、聲學傳感器、溫度傳感器以及加速度傳感器。這些傳感器陣列不僅可以精確地捕捉足部與地面接觸的細節信息，還能為地形識別和足部動作控制提供全面的數據支持。
19、(3)本專利技術經過優化的軟體材料和傳感器布局，使自制的傳感器在捕捉地面細微變化方面的性能得到了顯著提升，從而為機器人提供了更豐富、更精確的地面接觸信息。該技術不僅優化了傳感器與足部的整體集成方案，也實現了成本效益的大幅優化，最重要的是，顯著提高了機器人在復雜地形中的穩定性和適應性。
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1.一種足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，包括兩個附骨板，所述兩個附骨板之間設置有中間足部，每個附骨板均與中間足部通過鉸接的方式連接，所述附骨板的底部設置有針刺；所述中間足部上設置有多種傳感器和電機，所述電機的輸出軸通過鍵槽與帶搖臂的齒輪組連接，齒輪組的搖臂通過連桿與附骨板連接，通過電機改變附骨板的轉動角度。
2.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述附骨板的底部和中間足部的底部均設置有橡膠墊，所述針刺穿過橡膠墊從橡膠墊的下表面露出。
3.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述中間足部上設置有第一圓孔和第二圓孔，所述第一圓孔內安裝有銷釘，所述銷釘與機器人足部機體鉸接；所述第二圓孔與操作桿鉸接連接。
4.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述齒輪組包括相互嚙合的主動齒輪和從動齒輪，所述主動齒輪與電機的輸出軸相連，通過電機驅動主動齒輪旋轉，進而帶動從動齒輪旋轉。
5.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述傳感器包括加
6.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述針刺采用固定針刺或者可變形針刺，所述固定針刺通過螺栓直接安裝在附骨板上，所述可變形針刺通過彈簧安裝在附骨板內，可變形針刺能夠在附骨板內部在豎直方向上進行有限范圍的移動。
7.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述針刺的形狀為梯形、圓筒形、交叉十字形或彎曲形。
8.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述附骨板的外形輪廓模仿山羊足的外部輪廓。
9.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述中間足部上設置有走線槽和水平槽，用于安放響應線路。
10.一種如權利要求1-9任一項所述的足式機器人的地形自適應足部結構的工作方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.一種足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，包括兩個附骨板，所述兩個附骨板之間設置有中間足部，每個附骨板均與中間足部通過鉸接的方式連接，所述附骨板的底部設置有針刺；所述中間足部上設置有多種傳感器和電機，所述電機的輸出軸通過鍵槽與帶搖臂的齒輪組連接，齒輪組的搖臂通過連桿與附骨板連接，通過電機改變附骨板的轉動角度。
2.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述附骨板的底部和中間足部的底部均設置有橡膠墊，所述針刺穿過橡膠墊從橡膠墊的下表面露出。
3.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述中間足部上設置有第一圓孔和第二圓孔，所述第一圓孔內安裝有銷釘，所述銷釘與機器人足部機體鉸接；所述第二圓孔與操作桿鉸接連接。
4.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在于，所述齒輪組包括相互嚙合的主動齒輪和從動齒輪，所述主動齒輪與電機的輸出軸相連，通過電機驅動主動齒輪旋轉，進而帶動從動齒輪旋轉。
5.如權利要求1所述的足式機器人的地形自適應足部結構，其特征在...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王啟先，韓家楨，王勇，謝玉東，張志剛，霍志璞，
申請(專利權)人：山東大學，
類型：發明
國別省市：
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