三自由度并联抗冲击仿人机械足技术领域
本发明主要涉及仿人机器人领域，特指一种三自由度并联抗冲击仿人机械足。
背景技术
随着科技的发展和人们生活品质的提高，仿人机器人受到普遍的关注，并成为
智能机器人领域中最为活跃的热点之一。在仿人机器人结构中，机械足的设计尤其重要，这
是因为仿人机器人在行走过程中，当足部与地面接触时，会产生一定的冲击力，从而导致机
器人失去平衡或控制系统的破坏。现有的仿人机器人的机械足运动自由度偏少，难以真实地
模拟人足行走，而且缺乏一定的抗冲击能力。因此，设计一种运动自由度较多、自适应吸收
冲击力的机械足具有十分重要的意义。
发明内容
本发明需解决的技术问题是：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种
结构合理、具有三个运动自由度和抗冲击性能、并联模式的仿人机器人足。
为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种三自由度并联抗冲击仿人
机械足，它包括机械小腿、跗骨杆、跖骨杆、脚趾、跗骨冲击垫、跗骨弹簧、弓形脚底板、
脚背面、跖骨上弹簧A、橡胶柱A和橡胶柱B。
所述机械小腿通过踝铰链与所述跗骨杆相连，所述跗骨杆的一端通过跗骨铰链
与所述跖骨杆的一端相连；所述跖骨杆的另一端通过趾关节与所述脚趾相连；所述弓形脚底
板的两端分别通过跖骨下弹簧A、跖骨下弹簧B与所述跖骨板的两端相连；所述脚背面通过
跖骨上弹簧A和趾骨上弹簧B与所述跖骨杆的上部相连。
所述橡胶柱A和橡胶柱B均装设于所述跖骨杆与所述脚背面之间；所述跗骨弹
簧的两端分别连接所述脚背面和所述跗骨杆；所述跗骨冲击垫装设于所述跗骨杆的底部；所
述脚趾通过脚趾弹簧与所述脚背面的左端相连；所述跖骨上弹簧A、跖骨上弹簧B、跖骨下
弹簧A和跖骨下弹簧B始终处于拉伸状态；所述弓形脚底板为上凸型弹性薄板，其两端与所
述跗骨冲击垫在同一水平面上。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的三自由度并联抗冲击仿人机械足，设有弓形脚底板和跗骨冲击垫，
能够有效吸收来自地面的冲击能量。
(2)本发明的三自由度并联抗冲击仿人机械足，还设有橡胶柱A和橡胶柱B，
并通过跖骨上弹簧B和跖骨上弹簧A锁紧，能够有效吸收跖骨杆与脚背面之间的中间能量。
(3)本发明的三自由度并联抗冲击仿人机械足，具有三个运动自由度，能够实
现脚趾、跖骨杆、跗骨杆和机械小腿之间的相对运动。由此可知，本发明结构合理、具有三
个运动自由度和抗冲击性能，能够更加精确地模拟人足行走时的运动姿态和力学特性。
附图说明
图1是本发明的三自由度并联抗冲击仿人机械足的结构原理图。
图中，1—机械小腿；10—踝铰链；11—趾骨上弹簧B；12—脚趾弹簧；13—弓
形脚底板；14—跖骨下弹簧A；15—跖骨下弹簧B；16—橡胶柱B；2—跗骨杆；20—跗骨铰
链；3—跖骨杆；30—趾关节；4—脚趾；5—跗骨冲击垫；6—跗骨弹簧；7—脚背面；8—跖
骨上弹簧A；9—橡胶柱A。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明的三自由度并联抗冲击仿人机械足，包括机械小腿1、跗
骨杆2、跖骨杆3、脚趾4、跗骨冲击垫5、跗骨弹簧6、弓形脚底板13、脚背面7、跖骨上
弹簧A8、橡胶柱A9和橡胶柱B16；机械小腿1通过踝铰链10与跗骨杆2相连，跗骨杆2
的一端通过跗骨铰链20与跖骨杆3的一端相连。
参见图1所示，跖骨杆3的另一端通过趾关节30与脚趾4相连；弓形脚底板13
的两端分别通过跖骨下弹簧A14、跖骨下弹簧B15与跖骨板3的两端相连；脚背面7通过跖
骨上弹簧A8和趾骨上弹簧B11与跖骨杆3的上部相连；橡胶柱A9和橡胶柱B16均装设于
跖骨杆3与脚背面7之间；跗骨弹簧6的两端分别连接脚背面7和跗骨杆2；跗骨冲击垫5
装设于跗骨杆2的底部。
参见图1所示，脚趾4通过脚趾弹簧12与脚背面7的左端相连；跖骨上弹簧A8、
跖骨上弹簧B11、跖骨下弹簧A14和跖骨下弹簧B15始终处于拉伸状态；弓形脚底板13为
上凸型弹性薄板，其两端与跗骨冲击垫5在同一水平面上。
工作原理：脚趾4可绕趾关节30转动，冲击能量被脚趾弹簧12吸收；跖骨杆3
可绕跗骨铰链20转动，冲击能量被跖骨下弹簧A14和跖骨下弹簧B15吸收；机械小腿1可绕
踝铰链10转动，冲击能量被跗骨冲击垫5吸收；跖骨杆3多余的冲击能量可再次被橡胶柱
A9和橡胶柱B16所吸收。