1.本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种触地反馈的六足机器人的足式结构。
背景技术：
2.随着人工智能技术的发展，足式机器人以其对地形的高适应性和灵巧性而越来越多的出现在人们的视野中。为提高足式机器人对地形的适应能力，良好的足端反馈必不可少。针对于触地反馈装置，目前的应用于足式机器人上的主流技术有两种：一种是采用测关节力矩的方式来判断足端是否落地，但这种技术需要采用电流/电压检测求力矩的方式来判断是否落地，算法复杂且受温度等因素影响大，采用内置机械扭矩测量的方式价格昂贵。还有一种技术是在足端配置传感器，即在设计中采用了力传感器反馈腿部活动状态。但是这类传感器的价格昂贵，且对安装和使用的要求也较高因此，改进机器人足底的触地感知方式成为了足式机器人机构设计的重要问题。
技术实现要素：
3.针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种触地反馈的六足步行机器人足式结构，结构简单、成本较低，能使机器人感知到足部是否触地，从而及时进行相应的步态、姿态的调整，以便适应复杂地形，也能起到一定减震缓冲的作用，提升机器人运动的稳定性。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括反馈单元、足端单元和固定单元，反馈单元与足端单元相连接，固定单元再将反馈单元和足端单元连接固定。反馈单元主要是利用了编码器、圆柱凸轮和锥齿轮传动进行信息反馈的；足端单元采用了弹簧和橡胶减震器进行了缓冲；固定单元通过左外壳和右外壳，用卡槽和螺钉将反馈单元和足端单元限位固定。
5.作为本发明的一种优选的技术方案，所述的反馈单元由两个相同的锥齿轮、圆柱凸轮固定板、法兰边轴承、圆柱凸轮、圆柱凸轮卡槽套筒、随动器螺母、凸轮随动器和编码器组成的；其中两个相同的锥齿轮垂直配合，处于水平放置状态下的锥齿轮的内径孔与圆柱凸轮固定板的圆孔同轴心配合，且固定板有一定深度的阶梯状槽口，将法兰边轴承嵌入阶梯状槽口中，同时圆柱凸轮的上端通过轴承内孔和锥齿轮内孔同轴心配合，固定在槽口的轴承使得圆柱凸轮在处于竖直状态下能进行旋转运动；圆柱凸轮卡槽套筒与圆柱凸轮同轴心配合，同时凸轮随动器通过套筒上的圆孔和凸轮卡槽相配合，随动器沿着圆柱凸轮的槽口轨迹进行运动，圆柱凸轮卡槽套筒做竖直方向上具有周期性的双向线性运动，同时带动凸轮及与凸轮配合的锥齿轮进行旋转运动，锥齿轮的转动带动与其垂直配合的锥齿轮的转动；锥齿轮和编码器的转轴相配合，锥齿轮带动编码器的转轴转动，从而使编码器接收到反馈信号。
6.作为本发明的一种优选的技术方案，所述的足端单元包括连接杆、弹簧、工程塑料直线轴承和橡胶减震器；连接杆的上端和圆柱凸轮卡槽套筒底部设有的圆柱槽口同心配合，其下端有一定深度的螺纹孔，橡胶减震器上端带有的外螺纹与螺纹孔配合；工程塑料轴
承嵌入左外壳和右外壳的组合体的下端的槽口；弹簧与连接杆同轴配合，其上下端在处于原长状态下时分别与固定单元中的外壳结合体底部、橡胶减震器橡胶球的上端面接触。橡胶不仅能增加足部与地面接触的摩擦力，而且在缓冲上也有较大的作用。当六足机器人进行步态运动时，足端受力弹簧压缩，连接杆内收，反馈单元进行沿杆向上的线性运动到旋转运动的转化过程；当六足机器人抬起足端进行下一步态运动时，足端弹簧反弹，予以橡胶减震器沿着杆向下的力，反馈单元进行沿杆向下的线性运动到旋转运动的转化过程。
7.作为本发明的一种优选的技术方案，所述的固定单元包括左外壳、右外壳、螺丝、螺母和舵机；左外壳实体的部分有柱状深槽口，右外壳对应的部分有相同长度的圆柱，两外壳对齐配合，同时两外壳在四个紧固孔的对齐配合情况下，通过螺丝和螺母进行紧固；左外壳和右外壳拼接后的组合体上端有一定深度的凹槽，再将舵机嵌入凹槽。左右外壳上固定圆柱凸轮固定板的孔设置成了可调整位置的长直槽口。
8.作为本发明的一种优选的技术方案，所述的凸轮随动器的另一端是具有一定长度的外螺纹，该外螺纹通过圆柱凸轮卡槽套筒上的圆孔和随动器螺母配合在一起，固定在套筒上。编码器通过右外壳上的通孔将转轴和竖直状态放置下的锥齿轮同轴配合在一起，同时右外壳上对应的螺纹孔和固定编码器上的螺纹孔对齐紧固。
9.本发明的有益效果是：
10.1.本发明所述的一种触地反馈的六足机器人足式结构，其结构简单、成本较低，能使机器人感知到足部是否触地，从而及时进行相应的步态、姿态的调整，以便适应复杂地形，也能起到一定减震缓冲的作用，提升机器人运动的稳定性。
11.2.本发明所属的一种触地反馈的六足机器人足式结构，其传感反馈方式灵敏迅速，相较于力传感器等方式成本更低，控制更加方便。
附图说明
12.下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
13.图1为本发明的立体结构示意图。
14.图2为本发明的反馈单元的立体结构示意图。
15.图3为本发明的足端单元的立体结构示意图。
16.图4为本发明的固定单元的立体结构示意图。
17.图5为本发明的足端单元的弹簧处于原长状态下的主视图。
18.图6为本发明的足端单元的弹簧处于压缩状态下的主视图。
19.图7为本发明的左视图和右视图。
20.图8为本发明的法兰边轴承嵌入凸轮固定板的a-a处剖视图。
21.图中：反馈单元1、足端单元2、固定单元3、锥齿轮11、锥齿轮12、圆柱凸轮固定板13、法兰边轴承14、圆柱凸轮15、圆柱凸轮卡槽套筒16、随动器螺母17、凸轮随动器18、编码器19、连接杆21、工程塑料直线轴承22、弹簧23、橡胶减震器24、左外壳31、右外壳32、螺丝33、螺母34和舵机35。
具体实施方式
22.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结
合具体实施方式，进一步阐述本发明。
23.一种触地反馈的六足机器人足式结构，包括反馈单元1、足端单元2和固定单元3，反馈单元1与足端单元2相连接，固定单元3再将反馈单元1和足端单元2连接固定。
24.如图1至图2所示，本发明所述的一种触地反馈的六足机器人足式结构，所述的反馈单元1由两个相同的锥齿轮11和12、圆柱凸轮固定板13、法兰边轴承14、圆柱凸轮15圆柱凸轮卡槽套筒16、随动器螺母17、凸轮随动器18和编码器19组成的；其中两个相同的锥齿轮垂直配合，处于水平放置状态下的锥齿轮12的内径孔与圆柱凸轮固定板13的圆孔同轴心配合，且固定板有一定深度的阶梯状槽口，将法兰边轴承14嵌入卡槽中，同时圆柱凸轮15的上端通过轴承内孔和锥齿轮内孔同轴心配合，固定在槽口的轴承使得圆柱凸轮在处于竖直状态下能进行旋转运动；圆柱凸轮卡槽套筒16与圆柱凸轮15同轴心配合，同时凸轮随动器18通过套筒上的圆孔和凸轮卡槽相配合，随动器沿着圆柱凸轮的槽口轨迹进行运动，圆柱凸轮卡槽套筒16做竖直方向上具有周期性的双向线性运动，同时带动凸轮及与凸轮配合的锥齿轮12进行旋转运动，锥齿轮12的转动带动与其垂直配合的锥齿轮11的转动；锥齿轮11和编码器19的转轴相配合，锥齿轮11带动编码器19的转轴转动，从而使编码器接收到反馈信号。
25.如图1至图3所示，本发明所述的一种触地反馈的六足机器人足式结构，所述的足端单元2包括连接杆21、工程塑料直线轴承22、弹簧23和橡胶减震器24；连接杆21的上端和圆柱凸轮卡槽套筒16底部设有的圆柱槽口同心配合，其下端有一定深度的螺纹孔，橡胶减震器24上端带有的外螺纹与螺纹孔配合；工程塑料轴承22嵌入左右外壳的组合体的下端的槽口；弹簧23与连接杆21同轴配合，其上下端在处于原长状态下时分别与固定单元3中的外壳结合体底部、橡胶减震器24橡胶球的上端面接触。橡胶不仅能增加足部与地面接触的摩擦力，而且在缓冲上也有较大的作用。当六足机器人进行步态运动时，足端受力弹簧压缩，连接杆21内收，反馈单元1进行沿杆向上的线性运动到旋转运动的转化过程；当六足机器人抬起足端进行下一步态运动时，足端弹簧反弹，予以橡胶减震器24沿着杆向下的力，反馈单元1进行沿杆向下的线性运动到旋转运动的转化过程。
26.如图1至图4所示，本发明所述的一种触地反馈的六足机器人足式结构，所述的固定单元3包括左外壳31、右外壳32、螺丝33、螺母34和舵机35；左外壳31实体的部分有柱状深槽口，右外壳32对应的部分有相同长度的圆柱，两外壳对齐配合，同时两外壳在四个紧固孔的对齐配合情况下，通过螺丝33和螺母34进行紧固；左外壳31和右外壳32拼接后的组合体上端有一定深度的凹槽，再将舵机35嵌入卡槽。左右外壳上固定圆柱凸轮固定板13的孔设置成了可调整位置的长直槽口。
27.如图2所示，本发明所述的一种触地反馈的六足机器人足式结构，凸轮随动器18的另一端是具有一定长度的外螺纹，该外螺纹通过圆柱凸轮卡槽套筒16上的圆孔和随动器螺母17配合在一起，固定在套筒上。编码器19通过右外壳上的通孔将转轴和竖直状态放置下的锥齿轮11同轴配合在一起，同时右外壳上对应的螺纹孔和固定编码器19上的螺纹孔对齐紧固。
28.本发明的反馈方式主要涉及到反馈单元的特定机构，就是利用一对锥齿轮和带有特定轨迹卡槽的圆柱齿轮，设计了反馈单元的传动机构，将足端的双向线性运动转换为旋转运动，从而带动与锥齿轮配合的编码器的转轴转动，进行数据的接收和处理，再对机器人
进行相应的调整。在足端的橡胶减震器接触地面时，足端单元受力沿连接杆方向向上进行线性运动，与其相连接的反馈单元的套筒在凸轮随动器的限制下沿着圆柱凸轮的卡槽轨迹向上进行运动，凸轮的转动带动水平放置的锥齿轮，从而带动与编码器相连接的竖直放置的(与水平放置的锥齿轮垂直配合)锥齿轮转动，该锥齿轮转动带动编码器的转轴转动；当足端的橡胶减震器离开地面时，受压力的弹簧回弹，足端单元受力沿连接杆方向向下进行线性运动，与其相连接的反馈单元的套筒在凸轮随动器的限制下沿着圆柱凸轮的卡槽轨迹向下进行运动，凸轮的转动带动水平放置的锥齿轮，从而带动与编码器相连接的竖直放置的(与水平放置的锥齿轮垂直配合)锥齿轮转动，该锥齿轮转动带动编码器的转轴转动，从而将足端在单位时间内的变化量转化为一串数字脉冲信号。在进行步态运动时，六足机器人本身的重量不发生改变，即足端受到地面的支撑力不变；而凸轮卡槽轨迹的最高点到最低点的距离也是一定的，但在接触不同的地面或者环境时，力的作用时间不一样，从而使得凸轮转动的圈数不一样，即对于软硬程度不同的地面，足端在单位时间内的伸缩量(变化量)不同，反映到编码器的转轴转速不同，藉由此反馈出不同地面或者环境的数据，判断此种地面或环境是否适合机器人按照原来的步态正常进行，进而对步态做出调整和优化。
29.本发明的主要优点是：与目前应用在足式机器人上的主流技术相比较，本发明结构简单、稳定可靠、成本较低，能使机器人感知到足部是否触地，从而及时进行相应的步态、姿态的调整，以便适应复杂地形，也能起到一定减震缓冲的作用，提升机器人运动的稳定性。且传感反馈方式灵敏迅速，相较于力传感器等方式成本更低，控制更加方便。
30.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。