CN107972012B - 一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，属于机器人关节技术领域。它包括股骨，胫骨，胫骨盖A和胫骨盖B，装设于胫骨内部且可以自由滑动的股骨活塞，分别装设于胫骨盖A、胫骨盖B上，下导向柱和上导向柱；股骨活塞上开设有结构尺寸完全相同、但关于股骨中心线反向对称的正向锥形间隙和反向锥形间隙；压缩弹簧一端与胫骨盖A相连，另一端装设有可沿下导向柱自由滑动的压缩弹簧盖；自由弹簧的一端与胫骨盖B连接，另一端装设有自由弹簧盖。本发明是一种具有稳定初始长度、且可以自由伸缩变形的竖向伸缩关节。

Description

一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节

技术领域

本发明涉及机器人关节技术领域，特指一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节。

背景技术

随着机器人的技术发展，对于机器人关节的设计要求越来越高，现有技术的机器人关节设计具有足够的刚度，即关节不会发生变形；然而，这样的关节结构不能适用于柔性机器人的设计，因此，设计一种具有柔性可伸缩变形的机器人关节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，本发明提供一种具有稳定初始长度、且可以自由伸缩变形的可用作机器人腿的竖向伸缩关节。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，它包括股骨，空心圆桶状的胫骨，分别装设于所述胫骨上、下两端的胫骨盖A和胫骨盖B，装设于所述胫骨内部且可以自由滑动的股骨活塞，分别装设于所述胫骨盖A、所述胫骨盖B上，且位于所述胫骨内部的下导向柱和上导向柱。

所述股骨活塞初始位置位于所述胫骨的正中部，并将所述胫骨分割为胫骨上腔和胫骨下腔；所述股骨活塞上开设有结构尺寸完全相同、但关于所述股骨中心线反向对称的正向锥形间隙和反向锥形间隙。

所述两道锥形间隙为内径线性变化的圆形通孔，且最小内径等于所述上导向柱的外径；所述下导向柱和上导向柱为等截面圆柱形支杆，关于所述股骨的中心线反对称安装；压缩弹簧一端与所述胫骨盖A相连，另一端装设有可沿所述下导向柱自由滑动的压缩弹簧盖；自由弹簧的一端与所述胫骨盖B连接，另一端装设有自由弹簧盖。

所述股骨活塞位于初始位置时，所述胫骨下腔内部充满粘性液体，而所述胫骨上腔内部无粘性液体，所述股骨活塞的上、下端面分别与所述下导向柱、所述上导向柱平齐。

所述股骨活塞位于初始位置时，所述自由弹簧处于零伸长状态，所述自由弹簧盖与所述股骨活塞之间的距离为1-2mm。

所述股骨活塞在所述胫骨内部自由滑动时，所述压缩弹簧始终处于受压状态。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

(1)本发明的一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，采用弹簧力与液体压力相平衡的方式，其股骨活塞上设有两道反向的锥形间隙，使得粘性流体可以根据流动方向自动启闭流动间隙，从而使得粘性流体始终由大间隙流入，小间隙流出，实现了关节的变阻尼特性，从而实现了柔性关节。

(2)本发明的一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，股骨与胫骨可以发生一定距离的相对运动，且能够自动恢复到初始长度，从而实现了关节的竖向伸缩特性。

附图说明

图1是本发明的一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节的处于初始位置的结构示意图。

图2是本发明的一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节的处于压缩状态的结构示意图。

图中，1—股骨；2—胫骨盖A；3—压缩弹簧；4—自由弹簧；5—压缩弹簧盖；6—自由弹簧盖；7—下导向柱；8—上导向柱；9—正向锥形间隙；10—反向锥形间隙；11—胫骨上腔；12—胫骨下腔；13—粘性液体；14—胫骨盖B；15—直线轴承；16—胫骨；17—股骨活塞。

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和图2所示，本发明的一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，包括股骨1，空心圆桶状的胫骨16，分别装设于胫骨16上、下两端的胫骨盖A2和胫骨盖B14，装设于胫骨16内部且可以自由滑动的股骨活塞17，分别装设于胫骨盖A2、胫骨盖B14上，且位于胫骨16内部的下导向柱7和上导向柱8；其特征在于：股骨活塞17初始位置位于胫骨16的正中部，并将胫骨16分割为胫骨上腔11和胫骨下腔12两部分；股骨活塞17上开设有结构尺寸完全相同、但关于股骨1中心线反向对称的正向锥形间隙9和反向锥形间隙10；两道锥形间隙为内径线性变化的圆形通孔，且最小内径等于上导向柱8的外径；下导向柱7和上导向柱8为等截面圆柱形支杆，关于股骨1的中心线反对称安装；压缩弹簧3一端与胫骨盖A2相连，另一端装设有可沿下导向柱7自由滑动的压缩弹簧盖5；自由弹簧4的一端与胫骨盖B14连接，另一端装设有自由弹簧盖6。

股骨活塞17位于初始位置时，胫骨下腔12充满粘性液体13，而胫骨上腔11无粘性液体13，股骨活塞17的上、下端面分别与下导向柱7、上导向柱8平齐。

股骨活塞17位于初始位置时，自由弹簧4处于零伸长状态，自由弹簧盖6距离股骨活塞17的距离为1～2mm。

股骨活塞17在胫骨16内部自由滑动时，压缩弹簧3始终处于受压状态；当粘性液体13向上流动时，流体向上的动力将自动打开正向锥形间隙9，关闭反向锥形间隙10；当粘性液体13向下流动时，自动关闭正向锥形间隙9，打开反向锥形间隙10；

工作原理：股骨活塞17位于初始位置时，压缩弹簧3的作用力与胫骨下腔12内部的液体压力相平衡；当股骨1和股骨活塞17受到向下的外力作用时，相对于胫骨16向下运动，此时粘性液体13经正向锥形间隙9由胫骨下腔12流向胫骨上腔11，自由弹簧盖6与股骨活塞17之间的距离很快变为零，之后自由弹簧盖6在自由弹簧4的作用下关闭反向锥形间隙10；当股骨1运动到初始位置下方短暂静止后，由于压缩弹簧3的作用力小于自由弹簧4的作用力，此时股骨活塞17即使无外力作用，仍然可以有向上运动的趋势，但此时胫骨上腔11内部存在一定的粘性液体13，而正向锥形间隙9被压缩弹簧3所关闭，故粘性液体13在重力作用下经反向锥形间隙10由胫骨上腔11流向胫骨下腔12，直至股骨1回到初始位置，达到平衡状态。

Claims (1)

1.一种可用作机器人腿的竖向柔性伸缩膝关节，包括股骨(1)，空心圆桶状的胫骨(16)，分别装设于所述胫骨(16)上、下两端的胫骨盖A(2)和胫骨盖B(14)，装设于所述胫骨(16)内部且可以自由滑动的股骨活塞(17)，分别装设于所述胫骨盖A(2)、所述胫骨盖B(14)上，且位于所述胫骨(16)内部的下导向柱(7)和上导向柱(8)；其特征在于：所述股骨活塞(17)初始位置位于所述胫骨(16)的正中部，并将所述胫骨(16)分割为胫骨上腔(11)和胫骨下腔(12)两部分；所述股骨活塞(17)上开设有结构尺寸完全相同、但关于所述股骨(1)中心线反向对称的正向锥形间隙(9)和反向锥形间隙(10)；所述两道锥形间隙为内径线性变化的圆形通孔，且最小内径等于所述上导向柱(8)的外径；所述下导向柱(7)和上导向柱(8)为等截面圆柱形支杆，关于所述股骨(1)的中心线反对称安装；压缩弹簧(3)一端与所述胫骨盖A(2)相连，另一端装设有可沿所述下导向柱(7)自由滑动的压缩弹簧盖(5)；自由弹簧(4)的一端与所述胫骨盖B(14)连接，另一端装设有自由弹簧盖(6)；

所述股骨活塞(17)位于初始位置时，所述胫骨下腔(12)内部充满粘性液体(13)，而所述胫骨上腔(11)内部无粘性液体(13)，所述股骨活塞(17)的上、下端面分别与所述下导向柱(7)、所述上导向柱(8)平齐；

所述股骨活塞(17)位于初始位置时，所述自由弹簧(4)处于零伸长状态，所述自由弹簧盖(6)与所述股骨活塞(17)之间的距离为1～2mm；

所述股骨活塞(17)在所述胫骨(16)内部自由滑动时，所述压缩弹簧(3)始终处于受压状态。

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