一种具有仿生距‑腿、距‑跟关节的完全被动双足步行机

摘要

本发明公开了一种具有仿生距‑腿、距‑跟关节的完全被动双足步行机，包括髋部总成、腿部总成、距‑腿关节总成、距‑跟关节总成、左脚掌、右脚掌、脚趾总成，腿部总成布置在髋部总成和距‑腿关节总成之间，构成步行机的主体部分；距‑跟关节总成布置在距‑腿关节总成与脚掌之间，脚趾总成分布在脚掌的两侧。本发明的足部关节主要包含距‑腿关节总成与距‑跟关节总成，步行机的足部关节模拟人类足部的踝关节、距跟关节在空间内的生理角度进行设计。同时脚趾在弹簧的作用下可以实现行走过程中的弹性启动。本发明通过利用被动行走原理以及引入仿生距‑腿、距‑跟关节得到了行走能效最优和提高双足步行机行走稳定性和自然性的有益效果。

主权项

一种具有仿生距‑腿、距‑跟关节的完全被动双足步行机，其特征在于：包括髋部总成(1)、腿部总成(2)、距‑腿关节总成(3)、距‑跟关节总成(4)、左脚掌(5)、右脚掌(6)、脚趾总成(7)；腿部总成(2)布置在髋部总成(1)和距‑腿关节总成(3)之间，构成步行机的主体部分；距‑跟关节总成(4)布置在距‑腿关节总成(3)与脚掌之间，脚趾总成(7)分布在脚掌的两侧；脚掌包括左脚掌(5)和右脚掌(6)；所述的髋部总成(1)包含配重(11)、髋部横梁(13)、第一轴承座(14)、髋部连接件(110)，配重(11)通过配重固定销(12)插接在髋部横梁(13)上，第一轴承座(14)对称分布，分别通过第一圆柱销(15)插接在髋部横梁(13)上，髋关节轴(17)的旋转运动及空间相对位置由第一轴承座(14)、成对使用的第一深沟球轴承(16)、卡簧(18)共同确定，髋部连接件(110)由第二圆柱销(19)与髋关节轴(17)确定固连关系；所述的腿部总成(2)包含第一弹簧挂件(21)和圆管(24)，对称分布的圆管(24)构成双足步行机的腿部主体部分，圆管(24)通过第四圆柱销(23)插接在髋部连接件(110)上，第一弹簧挂件(21)通过第三圆柱销(22)插接在圆管(24)上；所述的距‑腿关节总成(3)对称分布，距‑腿关节总成(3)包含腿部连接件(31)、第一距‑腿关节构件(34)、第二距‑腿关节构件(314)，腿部连接件(31)通过第五圆柱销(37)固连在圆管(24)上，成对使用的第一螺栓(32)、第一螺母(33)使第一距‑腿关节构件(34)与腿部连接件(31)固连在一起；成对使用的第三螺母(38)、第三螺栓(39)使对称分布的第二轴承座(311)固连在第二距‑腿关节构件(314)上；第一距‑腿关节构件(34)的旋转运动及空间相对位置由第二轴承座(311)和嵌入其中的第二深沟球轴承(310)共同确定；由于第二距‑腿关节构件(314)在装配时在水平面内有偏角，这就使距‑腿关节的旋转轴在水平面内具有这一偏角；在确定第二距‑腿关节构件(314)偏转的角度之后，成对使用的第二螺栓(35)、第二螺母(36)使第二距‑腿关节构件(314)保持确定的位置；第二弹簧挂件(312)通过第七圆柱销(49)固连在第一距‑跟关节构件(41)上；对称布置的第一弹簧(313)布置在第一弹簧挂件(21)和第二弹簧挂件(312)之间，在双足步行机行走的过程中起到能量转化、辅助行走的作用；所述的距‑跟关节总成(4)位于距‑腿关节总成(3)的下方，距‑跟关节总成(4)包含第一距‑跟关节构件(41)、第一连接轴(47)、脚部连接件(414)，在双足步行机的左右两足中，脚部连接件(414)通过成对使用的第五螺栓(412)、第五螺母(413)分别固连在左脚掌(5)、右脚掌(6)上；第五螺栓(412)、第五螺母(413)还起到将第四轴承座(45)固连在脚部连接件(414)上的作用；而第三轴承座(42)则通过成对使用的第四螺栓(410)、第四螺母(411)固连在脚部连接件(414)上；通过更换不同的脚部连接件(414)可以使距‑跟关节的旋转轴在矢状面形成偏角；通过第六圆柱销(44)，第一距‑跟关节构件(41)与第一连接轴(47)形成相对确定的运动关系；而第一连接轴(47)的旋转运动和空间相对位置关系由嵌入第三轴承座(42)的第三深沟球轴承(43)及嵌入第四轴承座(45)的角接触球轴承(48)确定；通过第六圆柱销(44)的插接作用，第三弹簧挂件(46)固连在第一连接轴(47)上，使距‑跟关节构件(41)保持确定的空间相对位置；对称分布的第二弹簧(415)布置在第三弹簧挂件(46)与铰接在左脚掌(5)、右脚掌(6)上的第三弹簧挂件(416)之间，同样起到能量转化和辅助行走的作用；所述的脚趾总成(7)位于脚掌的两侧且对称分布，脚趾总成(7)包含第三弹簧(72)、脚趾构件(75)、脚趾(77)，脚趾构件(75)通过成对使用的第六螺栓(73)、第六螺母(74)分别固连在左脚掌(5)、右脚掌(6)上，脚趾(77)通过第二连接轴(76)与脚趾构件(75)形成铰接；第四弹簧挂件(71)成对使用，以螺纹连接的方式分别与脚趾(77)、左脚掌(5)、右脚掌(6)固连；成对的第四弹簧挂件(71)之间布置有第三弹簧(72)，第三弹簧(72)的使用可使双足步行机在被动行走中实现行走过程中的弹性启动，使步态更加接近人类。