CN102765434B - 步行器腿部缓冲结构 - Google Patents

Abstract

一种步行器腿部缓冲结构，包括：足尖、弹簧、两组扭矩弹簧片、导杆、中央腿部连接轴、导杆套筒、足尖连接轴、第一腿部连接轴、若干腿部构件和第二腿部连接轴，足尖连接轴中间设置有引导孔，导杆一端穿射于引导孔且与足尖固接连接，弹簧设置在足尖和足尖连接轴之间与导杆套接连接，导杆另一端部分套接至导杆套筒内，导杆套筒连接至中央腿部连接轴中部，两组扭矩弹簧片设置在引导孔两侧且分别与足尖连接轴和第一腿部连接轴连接，腿部构件两两交叉设置在导杆两侧，且分别与第一腿部连接轴、中央腿部连接轴和第二腿部连接轴连接。本发明具有实现多向缓冲，且结构简单、操作方便、适用范围广泛、磨损小、灵活度高、稳定性高的优点。

Description

步行器腿部缓冲结构

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体涉及一种步行器腿部缓冲结构。

背景技术

地球表面约70%的陆地是轮式运输机器无法达到的区域，尤其是在突发灾难的区域，如：地震、塌方、厂房区内毒气泄漏等，一般的器械都无法有效、快速的将探测、救援设备运送到目的地。腿式步行器具有极大的灵巧性和地面适应性，能适应复杂地形下的运输工作。因此，对于军用、民用腿式机器人的研究有着重要的实际意义。

根据仿生研究显示，动物在行走过程中，由于腿部具备一定的弹性，可以极大的节省能量的消耗以及降低触地时对身体的冲击。在工程实际中，步行器往往需要运输较为沉重的设备，因此，承载能力是衡量其实际意义的重要指标之一。随着载荷的增大，对足部缓冲蓄能的能力的要求也越高。因此，步行器的腿部缓冲构造设计就显得尤为重要。目前，主要的实际方式是：把足尖作为单独一个滑块构件，腿部设有引导槽，引导足尖滑块构件在腿部往复运动，通过在足尖滑块和腿部之间安装的线性弹簧来吸收冲击振动、储蓄能量。这种设计的缺点在于，只有在弹簧的运动方向具有缓冲作用，在垂直于引导槽的方向不具备缓冲能力。当地面接触力不平行于引导槽方向的情况下，足尖滑块和引导槽之间会产生较大摩擦，一方面降低了缓冲效果，另一方面对构件产生较大磨损。特殊情况下，当地面接触力接近垂直弹簧运动方向时，连接足尖的滑动构件和引导槽之间会出现自锁现象，严重削弱了缓冲蓄能的能力。

综上所述，现有步行器的腿部缓冲结构存在缓冲作用方向单一，减震效果差、磨损大等问题，且易出现自锁现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种步行器腿部缓冲结构，以解决现有步行器腿部缓冲功能作用方向单一，减震效果差、磨损大，且易自锁的问题。

为达到上述目的，本发明提供一种步行器腿部缓冲结构，包括：足尖、弹簧、两组扭矩弹簧片、导杆、中央腿部连接轴、导杆套筒、足尖连接轴、第一腿部连接轴、若干腿部构件和第二腿部连接轴，足尖连接轴中间设置有引导孔，导杆一端穿射于引导孔且与足尖固接连接，弹簧设置在足尖和足尖连接轴之间与导杆套接连接，导杆另一端部分套接至导杆套筒内，导杆套筒连接至中央腿部连接轴中部，两组扭矩弹簧片设置在引导孔两侧且分别与足尖连接轴和第一腿部连接轴连接，腿部构件两两交叉设置在导杆两侧，且分别与第一腿部连接轴、中央腿部连接轴和第二腿部连接轴连接。

依照本发明较佳实施例所述的步行器腿部缓冲结构，其还包括一髋部连接轴和若干髋部连接件，髋部连接件分别与第二腿部连接轴和髋部连接轴连接，髋部连接轴与步行器髋部组件连接。

依照本发明较佳实施例所述的步行器腿部缓冲结构，每组扭矩弹簧片两端之间的初始距离是腿部构件长度的一半，且与髋部连接轴和第二腿部连接轴之间的距离相等。

依照本发明较佳实施例所述的步行器腿部缓冲结构，每组扭矩弹簧片包括若干弹簧片，且两组扭矩弹簧片包含的弹簧片数量相同。

依照本发明较佳实施例所述的步行器腿部缓冲结构，扭矩弹簧片通过转动轴承与足尖连接轴连接。

本发明的工作原理为：当足尖受到接触外力时，接触力可以分解为两个方向上的分力，分别是沿导杆方向的分力和垂直于导杆方向的分力。沿导杆方向的分力通过弹簧传递到足尖连接轴上，再传递到扭矩弹簧片上，形成第一条力传递路线。垂直于导杆方向的分力通过足尖连接轴上的引导孔侧壁，将力传递到了扭矩弹簧片上，形成第二条力传递路线。

另外，由于足尖连接轴两端都是转动轴承，在没导杆导引的情况下会自由转动，因此，足尖连接轴不能直接用于固定足尖。本发明通过导杆的限制和引导，固定了足尖并确保其不会发生旋转。

综上所述，本发明采用两级缓冲构造，与常规缓冲结构相比，该两级缓冲结构设计能实现沿腿部径向以及垂直腿部径向两个方向的缓冲。本发明操作方便、适用范围广泛，可以根据载荷的不同以及腿部柔性的不同，随意改变扭力弹簧的数量来进行缓冲调节，满足不同工作环境需要。另外，通过导杆导引，固定了足尖并确保其不会发生旋转。因此，与现有技术相比，本发明具有实现多向缓冲的能力，具有结构简单、操作方便、适用范围广泛、无磨损、灵活度高、稳定性高的优点。

附图说明

图1为本发明步行器腿部缓冲结构的结构示意图；

图2为本发明步行器腿部缓冲结构的结构侧视图。

具体实施方式

以下结合附图，具体说明本发明。

请同时参阅图1与图2，一种步行器腿部缓冲结构，包括：足尖1、弹簧2、两组扭矩弹簧片3、导杆4、中央腿部连接轴5、套筒6、足尖连接轴7、第一腿部连接轴8、若干腿部构件9、第二腿部连接轴10、髋部连接轴11和若干髋部连接件。足尖连接轴7中间设置有引导孔，导杆4一端穿射于引导孔且与足尖1固接连接，弹簧2设置在足尖1和足尖连接轴7之间与导杆4套接连接，导杆4另一端部分套接至导杆套筒6内并可自由滑动，导杆套筒6连接至中央腿部连接轴5中部，两组扭矩弹簧片3设置在引导孔两侧且分别与足尖连接轴7和第一腿部连接轴8连接，腿部构件9两两交叉设置在导杆4两侧，且分别与第一腿部连接轴8、中央腿部连接轴5和第二腿部连接轴10连接。髋部连接件分别与第二腿部连接轴10和髋部连接轴11连接，髋部连接轴11与步行器髋部组件连接。

本发明的核心在于采用两级缓冲结构实现多向缓冲，其中：

第一级缓冲结构是足尖引导机构，由上述的足尖1、弹簧2、导杆4、中央腿部连接轴5、套筒6、足尖连接轴7组成。其中，导杆4上端穿插在套筒6内并可自由滑动，导杆套筒6固连在中央腿部连接轴5中间，用以导引导杆4。导杆4穿过足尖连接轴7中间的引导孔，可上下自由滑动。第一级缓冲可以吸收导杆方向上的冲击和振动。同时，由于导杆4的限制和引导，确保足尖连接轴7不会发生旋转，也固定了足尖。

第二级缓冲作用通过两组扭矩弹簧片3实现，能同时实现沿腿部径向以及垂直腿部径向两个方向的缓冲。

本发明采用扭矩弹簧片3作为二级缓冲结构，两组扭矩弹簧片3分别通过转动轴承与足尖连接轴7连接，每组扭矩弹簧片3包括若干弹簧片，且两组扭矩弹簧片3包含的弹簧片数量相同，在实际应用中，可以根据载荷的不同以及腿部柔性的不同，随意改变扭力弹簧的数量来进行缓冲调节，能够满足不同工作环境对需要。每组扭矩弹簧片3两端之间的初始距离是腿部构件9长度的一半，且与髋部连接轴11和第二腿部连接轴10之间的距离相等。

本发明的工作原理为：当足尖1受到接触外力时，接触力可以分解为两个方向上的分力，分别是沿导杆4方向的分力和垂直于导杆4方向的分力。沿导杆4方向的分力通过弹簧2传递到足尖连接轴7上，再传递到扭矩弹簧片3上，形成第一条力传递路线。垂直于导杆方向的分力通过足尖连接轴7上的引导孔侧壁，将力传递到了扭矩弹簧片3上，形成第二条力传递路线。

另外，由于足尖连接轴7两端都是转动轴承，在没导杆4导引的情况下会自由转动，因此，足尖连接轴7无法直接用于固定足尖1。本发明通过导杆4的限制和引导，固定了足尖1并确保其不会发生旋转。

本发明采用两级缓冲构造，与常规缓冲结构相比，该两级缓冲结构设计能实现沿腿部径向以及垂直腿部径向两个方向的缓冲。同时，本发明结构简单、操作方便且适用范围广泛，可以根据载荷的不同以及腿部柔性的不同，随意改变扭力弹簧的数量来进行缓冲调节，满足不同工作环境需要。另外，本发明采用扭矩弹簧片作为缓冲补充和保护装置。一方面，实现垂直于导杆方向的分力缓冲，另一方面可以避免用足尖轴承直接接触地面，起到保护作用，同时，能够固定足尖不发生转动，增强稳定性。因此，与现有技术相比，本发明具有实现多向缓冲，且结构简单、操作方便、适用范围广泛、无磨损、灵活度高、稳定性高的优点。

以上所述，仅是本发明的较佳实施实例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种步行器腿部缓冲结构，其特征在于，包括：足尖、弹簧、两组扭矩弹簧片、导杆、中央腿部连接轴、导杆套筒、足尖连接轴、第一腿部连接轴、若干腿部构件和第二腿部连接轴，所述足尖连接轴中间设置有引导孔，所述导杆一端穿射于所述引导孔且与所述足尖固接连接，所述弹簧设置在所述足尖和足尖连接轴之间与所述导杆套接连接，所述导杆另一端部分套接至所述导杆套筒内，所述导杆套筒连接至所述中央腿部连接轴中部，所述两组扭矩弹簧片设置在所述引导孔两侧且分别与所述足尖连接轴和第一腿部连接轴连接，所述腿部构件两两交叉设置在所述导杆两侧，且分别与所述第一腿部连接轴、中央腿部连接轴和第二腿部连接轴连接。

2.如权利要求1所述的步行器腿部缓冲结构，其特征在于，还包括一髋部连接轴和若干髋部连接件，所述髋部连接件分别与所述第二腿部连接轴和髋部连接轴连接，所述髋部连接轴与步行器髋部组件连接。

3.如权利要求2所述的步行器腿部缓冲结构，其特征在于，所述每组扭矩弹簧片两端之间的初始距离是所述腿部构件长度的一半，且与所述髋部连接轴和第二腿部连接轴之间的距离相等。

4.如权利要求1所述的步行器腿部缓冲结构，其特征在于，所述每组扭矩弹簧片包括若干弹簧片，且两组扭矩弹簧片包含的弹簧片数量相同。

5.如权利要求1所述的步行器腿部缓冲结构，其特征在于，所述扭矩弹簧片通过转动轴承与所述足尖连接轴连接。