CN107097867B - 一种柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，具体公开了一种柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构。其中的柔性连接件包括中间轴和刚性接头，每两个刚性接头之间设有固定接头，所述的中间轴依次穿过刚性接头和固定接头并与固定接头连接；所述的固定接头包括套筒和叶片，每两个叶片之间形成连接空间；所述刚性接头与固定接头接触的一端与连接空间的形状相对应的凸台，相邻两个刚性接头上的凸台交替插入相邻的连接空间；所述的刚性接头包括端部接头和中间接头，端部接头远离凸台的一端设有连接孔，中间接头的外表面设有连接缺口。通过上述的柔性连接件将组成机器人脚部的四个脚掌进行连接，解决了机器人的脚掌在任意方向上与地面倾斜时机器人会翻到的问题。

Description

一种柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构。

背景技术

双足机器人是一种能够模仿人类行走方式的新型机器人。与人类的行走轨迹类似，双足机器人行走轨迹由离散的点组成，因此在理论上它也能适应各种类型的地面。双足机器人具有和人类一样的形体结构，适合在为人类设计的各种环境中工作，已经部分取代人类在工厂中工作，并可参与救火、救灾及抗洪抢险等危险任务。双足机器人已成为智能机器人研究领域中最具代表性的课题之一。

双足机器人行走过程中的姿态保持是双足机器人研究中的一个重大难点。双足机器人在脚掌落地时，如果脚底与地面不平行，而是呈一定角度，则会导致机器人中心不稳，很可能会发生翻倒，严重情况下会损坏机器人本体。

公开号为CN 102180206B的中国发明专利公开了一种具有柔性关节的机器人脚部机构。该发明专利利用柔性铰链连接脚掌板进而脚趾板，并利用弹簧板连接脚掌板和脚跟板，实现了脚部前后方向的旋转，能很好的解决脚掌落地时与地面在前后方向上倾斜而导致的机器人翻倒问题。但是若脚掌落地时脚底平面在侧向上与地面呈一定角度，则仍旧有可能发生侧翻。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构，通过柔性连接件将组成脚部的四个脚掌进行连接，解决了机器人的脚掌在任意方向上与地面倾斜时机器人会翻到的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：一种柔性连接件，包括中间轴和至少三个刚性接头，每两个所述的刚性接头之间设有一个柔性材料制成的固定接头，所述的中间轴依次穿过刚性接头和固定接头并与固定接头连接；所述的固定接头包括套筒和环形均匀分布在套筒外侧的叶片，每两个所述的叶片之间形成连接空间；所述刚性接头与固定接头接触的一端环形均匀分布有与连接空间的形状相对应的凸台，相邻两个刚性接头上的凸台交替插入相邻的连接空间内；所述的刚性接头包括两个端部接头和至少一个中间接头，所述端部接头远离凸台的一端设有连接孔，所述中间接头的外表面设有连接缺口。

作为优选，所述的固定接头由橡胶制成。

作为优选，所述的固定接头通过套筒与中间轴键连接。

采用上述方案具有以下有益效果：

所述连接件用于两个被连接件和中间轴的连接，其中一个被连接件与两个端部接头上的连接孔连接，另一个被连接件通过一个连接圈套设在中间接头的外侧，并通过连接缺口与中间接头进行连接。当一个被连接件在外力的作用下绕中间轴转动时，固定接头上的叶片会发生形变，同时叶片形变的弹力带动另一个被连接件同步转动；由于固定接头与中间轴连接，所以当外力消失时，弹性材料制成的叶片会回复原状并同时带动端部接头、中间接头以及两个被连接件回复原状。

所述的连接件不仅能实现两个被连接件和中间轴的有效连接，还能在两个被连接件受到绕中间轴周向上的外力时，起到一定的缓冲作用，并在外力消失时，带动两个被连接件回复原状。

一种机器人的足部结构，包括至少两排脚掌且每排包括至少两个脚掌；每排所述的脚掌为一个脚掌组，所述脚掌组内的每两个相邻的脚掌之间设有第一连接件，每两个相邻的脚掌组之间设有第二连接件；所述的第一连接件和第二连接件为如上所述的柔性连接件且第一连接件和第二连接件相对垂直分布。

所述脚掌组内的每两个相邻的脚掌之间设有第一连接件，每两个相邻的脚掌组之间设有第二连接件；当脚掌与地面接触时，如果脚掌与地面之间不平行，则脚掌无法全部同时与地面接触；当机器人的脚前掌或脚后跟先着地时，此时第二连接件受力发生转动，直至脚掌与地面平行；当机器人的脚部内侧或外侧先着地时，第一连接件受力发生转动，直至脚掌与地面平行；当机器人脚步的一个顶角先着地时，第一连接件和第二连接件同时发生转动，直至脚掌与地面平行。综上所述，机器人脚部与地面接触时，地面在任意方向上发生倾斜，都能通过第一连接件和第二连接件的转动很好的适应，以确保脚掌与地面平行接触，防止机器人发生翻到。

作为优选，所述脚掌的数量为四个。

作为优选，所述的脚掌包括脚板和脚背，所述的脚板和脚背可拆连接。

作为优选，所述的脚板上设有连接柱，所述连接柱的外侧设有滑槽；所述的脚背包括盖板和位于盖板两侧的连接板，所述的连接板的内侧设有与滑槽对应的滑块，所述的脚掌和脚背通过滑块和滑槽可拆连接。连接时，滑槽和滑块对其，滑块从滑槽的一端插入。

作为优选，所述脚板面向脚背的一面的两端分别连接有挡板，所述的脚背位于两个挡板之间。挡板能防止脚板和脚背在沿滑槽长度方向相对运动。

作为优选，所述的脚板和脚背之间设有压力传感器。压力传感器用于测量地面与脚掌之间的压力，并将所测量到的数据传递到机器人的控制系统，有助于控制系统了解机器人脚部与地面的接触情况，从而更好的调整机器人姿态，保持平衡。

作为优选，所述脚背上连接有垂直于脚板的立柱，所述的压力传感器位于立柱和脚板之间并在立柱和压力传感器之间设有弹性垫。弹性垫可以防止损坏压力传感器，提高设备的使用寿命。

附图说明

图1为本实施例中柔性连接件的结构示意图；

图2为本实施例中柔性连接件的使用状态图；

图3为本实施例中机器人足部结构的结构示意图；

图4为本实施例中机器人足部结构的脚掌结构示意图；

图5为本实施例中机器人足部结构的脚掌结构的剖视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

如图1所示，一种柔性连接件，包括中间轴3和至少三个刚性接头，每两个所述的刚性接头之间设有一个橡胶制成的固定接头2，所述的中间轴3依次穿过刚性接头和固定接头2并与固定接头2键连接；所述的固定接头2包括套筒23和环形均匀分布在套筒23外侧的叶片22，每两个所述的叶片22之间形成连接空间21；所述刚性接头与固定接头2接触的一端环形均匀分布有与连接空间21的形状相对应的凸台13，相邻两个刚性接头上的凸台13交替插入相邻的连接空间21内；所述的刚性接头包括两个端部接头11和至少一个中间接头12，所述端部接头11远离凸台13的一端设有连接孔111，所述中间接头12的外表面设有连接缺口121。

如图2所述，所述连接件用于两个被连接件4和中间轴3的连接，其中一个被连接件4与两个端部接头11上的连接孔111连接，另一个被连接件4通过一个连接圈套设在中间接头12的外侧，并通过连接缺口121与中间接头12进行连接。当一个被连接件4在外力的作用下绕中间轴3转动时，固定接头2上的叶片22会发生形变，同时叶片22形变的弹力带动另一个被连接件4同步转动；由于固定接头2与中间轴3连接，所以当外力消失时，弹性材料制成的叶片22会回复原状并同时带动端部接头11、中间接头12以及两个被连接件4回复原状。上述的连接件不仅能实现两个被连接件4和中间轴3的有效连接，还能在两个被连接件4受到绕中间轴3周向上的外力时，起到一定的缓冲作用，并在外力消失时，带动两个被连接件4回复原状。

如图3所示，一种机器人的足部结构，包括至少两排脚掌6且每排包括至少两个脚掌6；每排所述的脚掌6为一个脚掌组7，所述脚掌组7内的每两个相邻的脚掌6之间设有第一连接件51，每两个相邻的脚掌组7之间设有第二连接件52；所述的第一连接件51和第二连接件52为如上所述的柔性连接件且第一连接件51和第二连接件52相对垂直分布。当脚掌6与地面接触时，如果脚掌6与地面之间不平行，则脚掌6无法全部同时与地面接触；当机器人的脚前掌或脚后跟先着地时，此时第二连接件52受力发生转动，直至脚掌6与地面平行；当机器人的脚部内侧或外侧先着地时，第一连接件51受力发生转动，直至脚掌6与地面平行；当机器人脚步的一个顶角先着地时，第一连接件51和第二连接件52同时发生转动，直至脚掌6与地面平行。综上所述，机器人脚部与地面接触时，地面在任意方向上发生倾斜，都能通过第一连接件51和第二连接件52的转动很好的适应，以确保脚掌6与地面平行接触，防止机器人发生翻到。

进一步的，如图4所示，所述的脚掌6包括脚板65和脚背61，所述的脚板65上设有连接柱651，所述连接柱651的外侧设有滑槽652；所述的脚背61包括盖板612和位于盖板612两侧的连接板613，所述的连接板613的内侧设有与滑槽652对应的滑块611，所述的脚掌6和脚背61通过滑块611和滑槽652可拆连接。连接时，滑槽652和滑块611对其，滑块611从滑槽652的一端插入。所述脚板65面向脚背61的一面的两端分别连接有挡板66，所述的脚背61位于两个挡板66之间。挡板66能防止脚板65和脚背61在沿滑槽652长度方向相对运动。

更进一步的，如图5所示，所述的脚板65和脚背61之间设有压力传感器64。压力传感器64用于测量地面与脚掌6之间的压力，并将所测量到的数据传递到机器人的控制系统，有助于控制系统了解机器人脚部与地面的接触情况，从而更好的调整机器人姿态，保持平衡。所述脚背61上连接有垂直于脚板65的立柱62，所述的压力传感器64位于立柱62和脚板65之间并在立柱62和压力传感器64之间设有弹性垫63。弹性垫63可以防止损坏压力传感器64，提高设备的使用寿命。

以上所述的柔性连接件及使用该连接件的机器人足部结构，通过柔性连接件将组成脚部的四个脚掌进行连接，解决了机器人的脚掌在任意方向上与地面倾斜时机器人会翻到的问题。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性连接件，其特征在于：包括中间轴（3）和至少三个刚性接头，每两个所述的刚性接头之间设有一个弹性材料制成的固定接头（2），所述的中间轴（3）依次穿过刚性接头和固定接头（2）并与固定接头（2）连接；所述的固定接头（2）包括套筒（23）和环形均匀分布在套筒（23）外侧的叶片（22），每两个所述的叶片（22）之间形成连接空间（21）；所述刚性接头与固定接头（2）接触的一端环形均匀分布有与连接空间（21）的形状相对应的凸台（13），相邻两个刚性接头上的凸台（13）交替插入相邻的连接空间（21）内；所述的刚性接头包括两个端部接头（11）和至少一个中间接头（12），所述端部接头（11）远离凸台（13）的一端设有连接孔（111），所述中间接头（12）的外表面设有连接缺口（121）。

2.根据权利要求1所述的柔性连接件，其特征在于：所述的固定接头（2）由橡胶制成。

3.根据权利要求1或2所述的柔性连接件，其特征在于：所述的固定接头（2）与中间轴（3）键连接。

4.一种机器人的足部结构，其特征在于：包括至少两排脚掌（6）且每排包括至少两个脚掌（6）；每排所述的脚掌（6）为一个脚掌组（7），所述脚掌组（7）内的每两个相邻的脚掌（6）之间设有第一连接件（51），每两个相邻的脚掌组（7）之间设有第二连接件（52）；所述的第一连接件（51）和第二连接件（52）为如权利要求1-3中任一项所述的柔性连接件且第一连接件（51）和第二连接件（52）相对垂直分布。

5.根据权利要求4所述的机器人足部结构，其特征在于：所述脚掌（6）的数量为四个。

6.根据权利要求4或5所述的机器人足部结构，其特征在于：所述的脚掌（6）包括脚板（65）和与脚板（65）可拆连接的脚背（61）。

7.根据权利要求6所述的机器人足部结构，其特征在于：所述的脚板（65）上设有连接柱（651），所述连接柱（651）的外侧设有滑槽（652）；所述的脚背（61）包括盖板（612）和位于盖板（612）两侧的连接板（613），所述的连接板（613）的内侧设有与滑槽（652）对应的滑块（611），所述的脚掌（6）和脚背（61）通过滑块（611）和滑槽（652）可拆连接。

8.根据权利要求7所述的机器人足部结构，其特征在于：所述脚板（65）面向脚背（61）的一面的两端分别连接有挡板（66），所述的脚背（61）位于两个挡板（66）之间。

9.根据权利要求7或8所述的机器人足部结构，其特征在于：所述的脚板（65）和脚背（61）之间设有压力传感器（64）。

10.根据权利要求9所述的机器人足部结构，其特征在于：所述脚背（61）上连接有垂直于脚板（65）的立柱（62），所述的压力传感器（64）位于立柱（62）和脚板（65）之间并在立柱（62）和压力传感器（64）之间设有弹性垫（63）。