CN108407917B - 具有密封冷却关节的机器人腿结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有密封冷却关节的机器人腿结构，包括上肢、下肢、连接上肢和下肢的关节和与下肢底端铰接的足部，所述上肢上与一个直线驱动器的固定部前端铰接，所述下肢与所述直线驱动器的伸缩部末端铰接，所述上肢与下肢可相对转动，其特征在于：所述关节具有V字形的两翼，两翼中的一侧为紧固座，另一侧倾斜延伸出第一铰链座，紧固座与第一铰链座的相交处为关节转动轴，所述关节转动轴与位于下肢顶端的第二铰链座铰接；所述下肢中心处沿长度方向设置有热交换仓，所述热交换仓内插接有第一换热杆和与第一换热杆底端连接的第二换热杆，所述下肢的两个侧壁上对称设置有磁铁槽。本发明具有结构紧凑、冷却功耗低的特点。

Description

具有密封冷却关节的机器人腿结构
【技术领域】
本发明涉及机器人腿部结构的技术领域，特别是涉及一种具有密封冷却关节的机器人腿结构。
【背景技术】
机器人技术发展现状中，其移动方式主要有两种：一种是采用轮足或履带结构驱动，另一种是仿生行走方式，后者因具有非连续接触特性，在地面不平或有障碍物等恶劣环境下更具优势，是当前的研究热点。
机器人腿结构是属于上述仿生行走研究中的一个重要领域，但是研究多集中在力传递、振动和稳定性控制等方向，在机器人腿关节温度控制方面的研究仅局限于采用伺服电机对关节进行直驱的结构中，而实际上在采用直线驱动器对上下肢进行驱动的结构方式中，关节摩擦温度的控制同样不可忽略，目前鲜有相关技术的文献。
仿生机器人腿结构，为了适应复杂环境，其结构均有简洁性的需求，而目前的温控方案，结构均过于冗杂，尚未发现有对直线驱动器型机器人腿关节提供封闭式冷却的现有技术，此为提出本发明的初衷。
【发明内容】
本发明的目的就是解决现有技术中的问题，提出一种具有密封冷却关节的机器人腿结构，具有结构紧凑、冷却功耗低的特点。
为实现上述目的，本发明提出了一种具有密封冷却关节的机器人腿结构，包括上肢、下肢、连接上肢和下肢的关节和与下肢底端铰接的足部，所述上肢上部与一个直线驱动器的固定部前端铰接，所述下肢与所述直线驱动器的伸缩部末端铰接，所述上肢与下肢可相对转动，其特征在于：所述关节具有V字形的两翼，两翼中的一侧为紧固座，另一侧倾斜延伸出第一铰链座，紧固座与第一铰链座的相交处为关节转动轴，所述关节转动轴与位于下肢顶端的第二铰链座铰接；所述下肢中心处沿长度方向设置有热交换仓，所述热交换仓内插接有第一换热杆和与第一换热杆底端连接的第二换热杆，所述第一换热杆上端与所述关节的第一铰链座之间设置有连杆，所述连杆两端分别与第一铰链座和第一换热杆铰接；所述下肢的两个侧壁上对称设置有磁铁槽，所述磁铁槽内异向相对地嵌装有钕铁硼磁钢，所述磁铁槽外部设置盖板，所述热交换仓的底部与所述磁铁槽的下边沿平齐；所述下肢内部靠近前壁处设置有连通下肢上下两端的第一集线槽，所述下肢的后壁上在磁铁槽的高度位置设置有多个阵列的通风孔；所述下肢的任意侧壁上还设置有一个风扇槽，所述风扇槽与热交换仓的下部之间通过一个位于下肢本体上的风道连通，所述风扇槽内设置有排气风扇；所述第一换热杆的底端设置有台阶板，所述第二换热杆内部为中空仓，顶部设置有第一装配槽，靠近顶端的侧壁上设置有第二装配槽，所述台阶板从第二装配槽处移入第二换热杆，并可在第二换热杆的中空仓内移动，此时，第一换热杆中较细的一段位于所述第一装配槽内；所述第二换热杆为磁冷工质材料。
作为优选，所述直线驱动器为液压驱动器，直线驱动器的固定部为液压缸，直线驱动器的伸缩部为活塞杆。
作为优选，所述上肢内靠近前壁处还设置有连通上肢上下两端的第二集线槽。
作为优选，所述第一换热杆的台阶板与第二换热杆的内侧壁之间均具有空隙，在上肢和下肢相对弯曲转动时，台阶板的上端面抵住第二换热杆的上端并带动第二换热杆向上移动。
作为优选，所述排气风扇的控制线从第一集线槽中穿设。
作为优选，所述风道的加工工艺为，从下肢后壁上分别钻削连通热交换仓的第一孔道和连通风扇槽的第二孔道，并从下肢底部钻削同时连通第一孔道和第二孔道的第三孔道，并在第一孔道、第二孔道和第三孔道的孔口处设置丝堵密封。
作为优选，位于下肢两侧的两个磁铁槽与热交换仓连通。
作为优选，所述上肢的后壁上设置有大于直线驱动器固定部长度的容纳槽。
本发明的有益效果：本发明通过将机器人腿的上肢和下肢之间的关节进行结构设计，并在下肢内部设置热交换仓和集成的磁场空间，在通过设置与关节形成联动的第二换热杆，实现了在机器人腿下肢内通过磁制冷技术对关节进行冷却，该技术方案优势明显，冷却装置具有极高的集成紧凑性，并且冷却过程中的换热动作是利用机器人腿原有的行走运动来带动的，而且磁冷却过程中第一换热杆和第二换热杆之间的摩擦可忽略不计，没有产生新的能耗，所以具有低功耗的特点。
本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【附图说明】
图1是本发明的整体后侧结构示意图；
图2是本发明的整体前侧结构示意图；
图3是图2中的A部放大图；
图4是本发明中下肢相对上肢弯曲转动后的结构示意图；
图5是图4中的B部放大图；
图6是本发明中下肢的结构示意图；
图7是本发明的分解结构示意图；
图8是本发明中第一换热杆的结构示意图；
图9是本发明中第二换热杆的结构示意图。
图中：1-上肢、2-下肢、3-关节、4-直线驱动器、5-足部、6-排气风扇、7-盖板、8-连杆、9-第一换热杆、10-第二换热杆、11-钕铁硼磁钢、101-容纳槽、102-第二集线槽、201-第三孔道、202-第二孔道、203-第一孔道、204-通风孔、205-第一集线槽、206-热交换仓、207-磁铁槽、208-风扇槽、209-第二铰链座、301-第一铰链座、302-紧固座、10a-第二装配槽、10b-第一装配槽、901-台阶板。
【具体实施方式】
参阅图1～图9，本发明一种具有密封冷却关节的机器人腿结构，包括上肢1、下肢2、连接上肢1和下肢2的关节3和与下肢2底端铰接的足部5，所述上肢1上部与一个直线驱动器4的固定部前端铰接，所述下肢2与所述直线驱动器4的伸缩部末端铰接，所述上肢1与下肢2可相对转动，其特征在于：所述关节3具有V字形的两翼，两翼中的一侧为紧固座302，另一侧倾斜延伸出第一铰链座301，紧固座302与第一铰链座301的相交处为关节转动轴，所述关节转动轴与位于下肢2顶端的第二铰链座209铰接；所述下肢2中心处沿长度方向设置有热交换仓206，所述热交换仓206内插接有第一换热杆9和与第一换热杆9底端连接的第二换热杆10，所述第一换热杆9上端与所述关节3的第一铰链座301之间设置有连杆8，所述连杆8两端分别与第一铰链座301和第一换热杆9铰接；所述下肢2的两个侧壁上对称设置有磁铁槽207，所述磁铁槽207内异向相对地嵌装有钕铁硼磁钢11，所述磁铁槽207外部设置盖板7，所述热交换仓206的底部与所述磁铁槽207的下边沿平齐；所述下肢2内部靠近前壁处设置有连通下肢2上下两端的第一集线槽205，所述下肢2的后壁上在磁铁槽207的高度位置设置有多个阵列的通风孔204；所述下肢2的任意侧壁上还设置有一个风扇槽208，所述风扇槽208与热交换仓206的下部之间通过一个位于下肢2本体上的风道连通，所述风扇槽208内设置有排气风扇6；所述第一换热杆9的底端设置有台阶板901，所述第二换热杆10内部为中空仓，顶部设置有第一装配槽10b，靠近顶端的侧壁上设置有第二装配槽10a，所述台阶板901从第二装配槽10a处移入第二换热杆10，并可在第二换热杆10的中空仓内移动，此时，第一换热杆9中较细的一段位于所述第一装配槽10b内；所述第二换热杆10为磁冷工质材料，如具有巨磁效应的GdSiGe系合金。
所述直线驱动器4为液压驱动器，直线驱动器4的固定部为液压缸，直线驱动器4的伸缩部为活塞杆。
所述上肢1内靠近前壁处还设置有连通上肢1上下两端的第二集线槽102。
所述第一换热杆9的台阶板901与第二换热杆10的内侧壁之间均具有空隙，在上肢1和下肢2相对弯曲转动时，台阶板901的上端面抵住第二换热杆10的上端并带动第二换热杆10向上移动。
所述排气风扇6的控制线从第一集线槽205中穿设。
所述风道的加工工艺为，从下肢2后壁上分别钻削连通热交换仓206的第一孔道203和连通风扇槽208的第二孔道202，并从下肢2底部钻削同时连通第一孔道203和第二孔道202的第三孔道201，并在第一孔道203、第二孔道202和第三孔道201的孔口处设置丝堵密封。
位于下肢2两侧的两个磁铁槽207与热交换仓206连通。
所述上肢1的后壁上设置有大于直线驱动器5固定部长度的容纳槽101。
本发明工作过程：
当直线驱动器4的伸缩部外伸时，下肢2被带动相对上肢1以关节3为支点进行弯曲转动而使上肢1与下肢2的夹角变大，具有直立趋向的特征，此时第一换热杆9在连杆8的带动下，在热交换仓206内向下移动，第二换热杆10因为失去台阶板901的支撑而同时在热交换仓206内下移，当第二换热杆10底部接触到热交换仓206的底部时，第一换热杆9继续下移就会与第二换热杆10脱离，而位于热交换仓206底部的第二换热杆10因为磁冷工质材料的特性原因，在钕铁硼磁钢11形成的高强度磁场内产生磁热效应而放热，放出的热量被排气风扇6及时排出，而且第一换热杆9因与第二换热杆10脱离，所以热量不会传递到与第一换热杆9通过连杆8连接的关节3上去；当直线驱动器4的伸缩部在伸缩的过程中，下肢2被带动相对上肢1以关节3为支点进行弯曲转动，此时，第一换热杆9在连杆8的带动下，在热交换仓206内向上移动，第二换热杆10因为台阶板901在上移过程中抵住了第二换热杆10的顶部端面而在热交换仓206内上移，并上移至磁铁槽207的上方，脱离磁场环境，第二换热杆10因磁热效应的逆效应作用而发生吸热现象，此时因为第二换热杆10与第一换热杆9通过端部连接，进而将关节3处的热量进行传递吸收，实现关节3的冷却。
本发明，通过将机器人腿的上肢和下肢之间的关节进行结构设计，并在下肢内部设置热交换仓和集成的磁场空间，在通过设置与关节形成联动的第二换热杆，实现了在机器人腿下肢内通过磁制冷技术对关节进行冷却，该技术方案优势明显，冷却装置具有极高的集成紧凑性，并且冷却过程中的换热动作是利用机器人腿原有的行走运动来带动的，而且磁冷却过程中第一换热杆和第二换热杆之间的摩擦可忽略不计，没有产生新的能耗，所以具有低功耗的特点。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明简单变换后的方案均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种具有密封冷却关节的机器人腿结构，包括上肢、下肢、连接上肢和下肢的关节和与下肢底端铰接的足部，所述上肢上部与一个直线驱动器的固定部前端铰接，所述下肢与所述直线驱动器的伸缩部末端铰接，所述上肢与下肢可相对转动，其特征在于：所述关节具有V字形的两翼，两翼中的一侧为紧固座，另一侧倾斜延伸出第一铰链座，紧固座与第一铰链座的相交处为关节转动轴，所述关节转动轴与位于下肢顶端的第二铰链座铰接；所述下肢中心处沿长度方向设置有热交换仓，所述热交换仓内插接有第一换热杆和与第一换热杆底端连接的第二换热杆，所述第一换热杆上端与所述关节的第一铰链座之间设置有连杆，所述连杆两端分别与第一铰链座和第一换热杆铰接；所述下肢的两个侧壁上对称设置有磁铁槽，所述磁铁槽内异向相对地嵌装有钕铁硼磁钢，所述磁铁槽外部设置盖板，所述热交换仓的底部与所述磁铁槽的下边沿平齐；所述下肢内部靠近前壁处设置有连通下肢上下两端的第一集线槽，所述下肢的后壁上在磁铁槽的高度位置设置有多个阵列的通风孔；所述下肢的任意侧壁上还设置有一个风扇槽，所述风扇槽与热交换仓的下部之间通过一个位于下肢本体上的风道连通，所述风扇槽内设置有排气风扇；所述第一换热杆的底端设置有台阶板，所述第二换热杆内部为中空仓，顶部设置有第一装配槽，靠近顶端的侧壁上设置有第二装配槽，所述台阶板从第二装配槽处移入第二换热杆，并可在第二换热杆的中空仓内移动，此时，第一换热杆中较细的一段位于所述第一装配槽内；所述第二换热杆为磁冷工质材料。
2.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述直线驱动器为液压驱动器，直线驱动器的固定部为液压缸，直线驱动器的伸缩部为活塞杆。
3.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述上肢内靠近前壁处还设置有连通上肢上下两端的第二集线槽。
4.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述第一换热杆的台阶板与第二换热杆的内侧壁之间均具有空隙，在上肢和下肢相对弯曲转动时，台阶板的上端面抵住第二换热杆的上端并带动第二换热杆向上移动。
5.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述排气风扇的控制线从第一集线槽中穿设。
6.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述风道的加工工艺为，从下肢后壁上分别钻削连通热交换仓的第一孔道和连通风扇槽的第二孔道，并从下肢底部钻削同时连通第一孔道和第二孔道的第三孔道，并在第一孔道、第二孔道和第三孔道的孔口处设置丝堵密封。
7.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述位于下肢两侧的两个磁铁槽与热交换仓连通。
8.如权利要求1所述的具有密封冷却关节的机器人腿结构，其特征在于：所述上肢的后壁上设置有大于直线驱动器固定部长度的容纳槽。
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