CN108908301B - 机器人的下肢结构以及机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种机器人的下肢结构以及机器人，该种机器人的下肢结构能够准确且便捷地测量机器人的触地或离地效果，并且包括：下肢支杆，其内部具有空腔；直线传感器，其固定在所述空腔中；支杆轴，其第一端与所述直线传感器的滑动端连接；支撑部，其与所述支杆轴的第二端连接；以及弹性部件，其套设在所述支杆轴上，该弹性部件的第一端与所述下肢支杆连接，第二端与所述支撑部抵接。通过测量设置在下肢支杆中直线传感器数值的变化，可以作为机器人的支撑部件是否触地的判断依据，此外，由于弹性部件存在压紧力，利用支撑部件没有触地时以及触地发生碰撞接触时的直线传感器的数值不同，从而能够准确且方便地测量机器人的触地或者离地效果。

Description

机器人的下肢结构以及机器人

技术领域

本申请涉及一种支撑结构的改进，特别的，涉及一种机器人的下肢结构，此外，本申请还涉及一种具有该种下肢结构的机器人。

背景技术

目前，仿人机器人作为机器人技术领域的研究热点，一直被国内外各高校和研究所作为机器人技术研究的突破口，其中仿人机器人的结构设计，尤其是腿部的结构设计，作为其运动研究的基础至关重要。目前多数小腿机器人足底安装有力矩传感器，以作为判断机器人是否触地的设备，然而这种力矩传感器通常价格很昂贵并且测量方式复杂，使得机器人的制造成本和研发成本增加。此外，目前已开发的足式机器人，包括双足、四足和六足等多足机器人，其下肢结构设计鲜有通用性，从而增加了维护成本。

公开于本申请背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本申请的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种能够准确且便捷地测量机器人的触地或离地效果的机器人的下肢结构。

为了解决上述问题，本申请涉及一种机器人的下肢结构，其包括：下肢支杆，其内部具有空腔；直线传感器，其固定在所述空腔中；支杆轴，其第一端与所述直线传感器的滑动端连接；支撑部，其与所述支杆轴的第二端连接；以及弹性部件，其套设在所述支杆轴上，该弹性部件的第一端与所述下肢支杆连接，第二端与所述支撑部抵接。

进一步的，该下肢结构还可以包括：直线轴承，所述支杆轴设置在该直线轴承的轴承腔中；以及轴承套，其套设所述直线轴承并且设置在所述下肢支杆与所述弹性部件之间，该轴承套的第一端与所述下肢支杆连接，第二端的外沿与所述弹性部件的第一端抵接。

进一步的，该下肢结构还可以包括：挡块，其设置在所述下肢支杆与所述轴承套之间，该挡块与所述下肢支杆固定连接，并且与所述轴承套的第一端的外沿抵接。

进一步的，该下肢结构还可以包括：上挡块，其设置在所述下肢支杆的空腔中，并且与所述直线传感器的第一端抵接。

进一步的，该下肢结构还可以包括：下挡块，其设置在所述下肢支杆的空腔中，并且与所述直线传感器的第二端抵接。

进一步的，在所述下肢支杆的外壁上沿轴向方向依次布置有第一定位孔和第二定位孔，所述第一定位孔和第二定位孔与所述下肢支杆的空腔连通。

进一步的，该下肢结构还可以包括：防转部件，其包括防转块和防转销，所述防转块紧固在所述挡块与支杆轴的第一端之间，并且所述防转块外周设有通孔；所述防转销穿过支杆轴卡接在所述通孔中，以防止所述支杆轴的轴向转动。

进一步的，所述支撑部可以为支撑脚趾或者支撑脚掌，所述弹性部件可以为弹簧，所述支杆轴的第一端可以与所述直线传感器的滑动端螺纹连接。

本申请还涉及一种机器人，其包括本体以及与本体连接的至少一对下肢，其中，所述下肢可以包括上面所描述的机器人的下肢结构。

本申请的有益效果是：通过测量设置在下肢支杆中直线传感器数值的变化，可以作为机器人的支撑部件是否触地的判断依据，此外，由于弹性部件存在压紧力，利用支撑部件没有触地时以及触地发生碰撞接触时的直线传感器的数值不同，从而能够准确且方便地测量机器人的触地或者离地效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请的第一实施例的机器人的下肢结构的结构示意图；

图2为图1中沿A-A线的剖视结构示意图；

图3为本申请中的防转部件的结构示意图；

图4为本申请的第二实施例的机器人的下肢结构的结构示意图；

图5为图4中沿B-B线的剖视结构示意图；

图6为本申请的第三实施例的机器人的下肢结构的结构示意图；以及

图7为本申请的第三实施例的机器人的下肢结构的又一结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“抵接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

下面结合附图对本申请的具体实施例进行详细说明，其中，图1为本申请的第一实施例的机器人的下肢结构的结构示意图，图2为图1中沿A-A线的剖视结构示意图，图3为本申请中的防转部件的结构示意图。

请参见图1至图3，本申请的一种机器人的下肢结构可以用于机器人的小腿部分，所述下肢结构包括：下肢支杆1、直线传感器2、支杆轴3、支撑部4、弹性部件5。

所述下肢支杆1大致呈柱形并且该下肢支杆1的内部具有空腔。所述直线传感器2可以为直线位移传感器，其能够把直线机械位移量转换成电信号，为了达到这一效果，本申请将可变电阻滑轨定置在直线传感器的固定部位，而通过滑动端(例如，滑片或者滑动轴)的位移来测量不同的阻值，从而根据测量的不同阻值来判断滑动端的直线位移量。所述直线传感器2通过螺钉固定在下肢支杆1的空腔中，并且该直线传感器2的滑动端与所述支杆轴3的第一端通过螺纹固定连接，具体的，可以在直线传感器2的滑动端上形成有螺纹，而支杆轴3的第一端形成有螺纹孔，该直线传感器2的滑动端拧入到支杆轴3的第一端的螺纹孔中，所述支撑部4则与所述支杆轴3的第二端固定连接。

在本发明中，同一部件的第一端和第二端分别指该部件的相对端，例如，在本申请的下肢结构垂直于地面放置的情况下，所述支杆轴3的第一端指支杆轴3的上端，而支杆轴3的第二端指支杆轴3的下端。

所述弹性部件5可以为弹簧并且该弹性部件5套设在所述支杆轴3上，所述弹性部件5的第一端可以与所述下肢支杆1底部的法兰面直接地抵接，也可以与下肢支杆1底部的法兰面间接地抵接(如下详细描述)，而该弹性部件5的第二端与所述支撑部4直接地抵接。该弹性部件5不仅起到了缓冲作用，还可以使得直线传感器2进行快速复位。

此外，如图2所示，为了保证支杆轴3的平稳的直线运动，并且保证支杆轴3与部件内壁之间不产生过多摩擦，以确保测量精度，本申请的下肢结构还还包括：直线轴承6以及套设在该直线轴承6外部的轴承套7，所述支杆轴3设置在该直线轴承6的轴承腔中，从而能够在该直线轴承6的内部自由滑动。所述轴承套7设置在所述下肢支杆1与所述弹性部件5之间，该轴承套7设置在下肢支杆1与弹性部件5之间，从而使轴承套7的第一端的法兰面与所述下肢支杆1的底部连接，这样，作为一种优选的实施方案，所述弹性部件5的第一端与所述下肢支杆1底部的法兰面可以不是直接地抵接，而是间接地连接，而该轴承套7的第二端的底部的法兰面与所述弹性部件5的第一端则直接地抵接。

本申请的轴承套7的法兰面也可以与下肢支杆1底部间接地连接，具体的，在所述下肢支杆1与所述轴承套7之间设有挡块8，该挡块8具有圆形底部以及沿该圆形底部的外缘延伸的外周面，该圆形底部固定在下肢支杆1的底部与轴承套7的第一端的法兰面之间，圆形底部设有通孔，以使得所述直线传感器2的滑动端从该通孔中穿过，该挡块8的外周面设有固定孔，该下肢支杆1通过穿入该固定孔的螺钉14与所述挡块8固定连接。

进一步的，为了防止支杆轴3在直线轴承6内发生转动，本申请在支杆轴3与直线轴承6的滑动端之间的螺纹固定处设有防转部件，结合图2和图3所示，该防转部件包括防转块11和防转销12，所述防转块11具有中空腔体并且该转块11的外周设有通孔1c，该防转块11设置在所述挡块8与支杆轴3的第一端之间，并且通过直线传感器2的滑动端与支杆轴3之间的螺纹预紧力压紧，而所述防转销12穿过支杆轴3卡接在所述通孔1c中，从而防止了所述支杆轴3的轴向转动。此外，为了防止挡块8与防转块11之间产生触碰，在挡块8与防转块11之间设有铜制垫片15。

此外，在所述下肢支杆1的空腔中还设有上挡块9和下挡块10，所述上挡块9与所述直线传感器2的第一端抵接，所述下挡块10与所述直线传感器2的第二端抵接。上挡块9用于将直线传感器2固定在下肢支杆的空腔中，而下挡块10除了对直线传感器2也起到固定作用之外，利用下挡块10的自身长度，可以控制直线传感器2的测量行程，例如可以将直线传感器2的测量行程控制在2mm范围之内，从而可以提高直线传感器2的测量精度，使数值的检测精度更精确，从而更加容易地检测到机器人下肢离地或触地的效果。

进一步的，在沿所述下肢支杆1的轴向方向在所述下肢支杆1的外壁上依次布置有第一定位孔1a和第二定位孔1b，所述定位孔1a和1b可以为长条孔，并且与该下肢支杆1的空腔连通，其中的第一定位孔1a对应于所述上挡块9，第二定位孔2b对应于所述下挡块10。在安装时，所述上挡块9通过螺钉经由第一定位孔1a固定于下肢支杆1中，并且与直线传感器2的上部抵接，而下挡块10通过螺钉经由第二定位孔1b固定于下肢支杆1中，从而上挡块9和直下挡块10将直线传感器2固定于下肢支杆1的内部。

通过直线传感器2数值的变化，可以作为机器人的支撑部件(例如脚趾或者脚掌)是否触地的判断依据。由于弹性部件存在压紧力，使得支撑部件在没有触地时以及触地发生碰撞接触时的直线传感器2的数值不同，从而可以判断出机器人的触地或者离地效果。另外，根据传感器精度不同，可以调整所述下挡块10的长度，并在第二定位孔2b内调整螺钉固定位置，以适应不同精度的直线传感器2。

图4为本申请的第二实施例的机器人的下肢结构的结构示意图，图5为图4中沿B-B线的剖视结构示意图。

请参见图4和图5，在该实施例中，本申请移除了下挡块10，并且将直线传感器2整体下移，因此可以使用第二定位孔1b固定直线上挡块9，此时，可以利用直线传感器2的全部量程，此时弹簧收缩量也增大，在感测直线传感器2的信号以将其作为触地信号发生器使用的同时，还可以储存下肢结构与地面碰撞时弹簧产生的弹性势能，该弹性势能可以作为能量进行存储(例如，通过使控制电机反转而存储为电能)，也可以作为下肢抬起的启动能量，从而节省了能量的消耗。该实施例中的其他结构与本申请的第一实施例中的结构类似，这里不再做详细描述。

图6和图7为本申请的第三实施例的机器人的下肢结构的结构示意图。与本申请的第一实施例相比，图1和图2中的支撑部为支撑脚趾，从而以接触点的方式来判断机器人是否离地。图6和图7中的支撑部替换为支撑脚掌，从而以接触面的方式来判断机器人是否离地，虽然使测量难度增加，但是大大提高了测量精度，并且可以用于验证不同类型机器人的步态算法。同样地，该实施例中的其他结构与本申请的第一实施例中的结构类似，这里不再做详细描述。

此外，本申请还涉及一种机器人(图中未示)，其包括本体以及与本体连接的至少一对上面所描述的下肢结构，该下肢结构可以用于机器人的小腿部分，本申请所涉及的机器人包括但不限于双足机器人，四足机器人、六足机器人等多足机器人。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机器人的下肢结构，其特征在于，包括：

下肢支杆(1)，其内部具有空腔；

直线传感器(2)，其固定在所述空腔中；

支杆轴(3)，其第一端与所述直线传感器(2)的滑动端连接；

支撑部(4)，其与所述支杆轴(3)的第二端连接；以及

弹性部件(5)，其套设在所述支杆轴(3)上，该弹性部件(5)的第一端与所述下肢支杆(1)连接，第二端与所述支撑部(4)抵接；

直线轴承(6)，所述支杆轴(3)设置在该直线轴承(6)的轴承腔中；以及

轴承套(7)，其套设所述直线轴承(6)并且设置在所述下肢支杆(1)与所述弹性部件(5)之间，该轴承套(7)的第一端与所述下肢支杆(1)连接，第二端的外沿与所述弹性部件(5)的第一端抵接；

挡块(8)，其设置在所述下肢支杆(1)与所述轴承套(7)之间，该挡块(8)与所述下肢支杆(1)固定连接，并且与所述轴承套(7)的第一端的外沿抵接；

防转部件，其包括防转块(11)和防转销(12)，所述防转块(11)紧固在所述挡块(8)与支杆轴(3)的第一端之间，并且所述防转块(11)外周设有通孔(1c)；所述防转销(12)穿过支杆轴(3)卡接在所述通孔(1c)中，以防止所述支杆轴(3)的轴向转动。

2.根据权利要求1所述的机器人的下肢结构，其特征在于，还包括：

上挡块(9)，其设置在所述下肢支杆(1)的空腔中，并且与所述直线传感器(2)的第一端抵接。

3.根据权利要求2所述的机器人的下肢结构，其特征在于，还包括：

下挡块(10)，其设置在所述下肢支杆(1)的空腔中，并且与所述直线传感器(2)的第二端抵接。

4.根据权利要求1所述的机器人的下肢结构，其特征在于：

在所述下肢支杆(1)的外壁上沿轴向方向依次布置有第一定位孔(1a)和第二定位孔(1b)，所述第一定位孔(1a)和第二定位孔(1b)与所述下肢支杆(1)的空腔连通。

5.根据权利要求1所述的机器人的下肢结构，其特征在于：所述支撑部(4)为支撑脚趾或者支撑脚掌；所述弹性部件为弹簧。

6.根据权利要求1所述的机器人的下肢结构，其特征在于：所述支杆轴(3)的第一端与所述直线传感器(2)的滑动端螺纹连接。

7.一种机器人，其包括本体以及与本体连接的至少一对下肢，其特征在于：所述下肢包括如权利要求1至6任意一项所述的机器人的下肢结构。