CN109397337B - 一种机器人腿减震机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器人腿减震机构，属于机器人配件领域。所述机器人腿减震机构包括：摩擦芯、夹钳装置、弹性元件、安装板和两个支撑腿；摩擦芯包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，第一侧壁和第三侧壁为摩擦芯上相反布置的两个侧壁，摩擦芯的底部安装在安装板上，两个支撑腿分别与摩擦芯的第一侧壁和第三侧壁相对布置，每个支撑腿与摩擦芯之间均设置有第一滑动装置，第一滑动装置被配置为使支撑腿与摩擦芯沿支撑腿的长度方向发生相对滑动，弹性元件的底部固定在安装板上。双重减震作用能够使该机器人腿减震机构具有良好的减震效果，能够有效抵抗较大的冲击力，且该机器人腿减震机构结构稳固能够重复多次使用。

Description

一种机器人腿减震机构

技术领域

本发明涉及机器人配件领域，特别涉及一种机器人腿减震机构。

背景技术

目前，机器人的作用多种多样，其包括足式跳跃机器人等。足式跳跃机器人上设置有躯干、腿部和足部，使得足式跳跃机器人能够在地面进行跳跃。但是，在地球上受重力作用的影响，当足式机器人跳跃落地时，会对足式机器人的躯干产生很大的冲击力，这个冲击力容易震坏足式机器人躯干内部的仪器和传感器。常常采用在足式机器人的腿部安装减震器实现减震作用，该减震器包括壳体和活塞，活塞安装在壳体内，将壳体分成第一腔室和第二腔室，足式机器人的腿部伸入第一腔室内并安装在活塞上，第一腔室和第二腔室内均设置有液压油，足式机器人的足部可以固定在壳体上，由于液压油的缓冲效果不佳，这使得该减震器的减震效果不理想，其遇到较大的冲击力仍会对足式机器人造成危害。

因此，亟需一种能够有效对抗强冲击力的机器人减震装置。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种机器人腿减震机构。

所述技术方案如下：

本发明提供了一种机器人腿减震机构，所述机器人腿减震机构包括：摩擦芯、夹钳装置、弹性元件、安装板和两个平行布置的支撑腿。

所述摩擦芯包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁和所述第三侧壁为所述摩擦芯上相反布置的两个侧壁，所述摩擦芯的底部安装在所述安装板上，所述两个支撑腿分别与所述摩擦芯的第一侧壁和所述第三侧壁相对布置，每个所述支撑腿与所述摩擦芯之间均设置有第一滑动装置，所述第一滑动装置被配置为使所述支撑腿与所述摩擦芯沿所述支撑腿的长度方向发生相对滑动，所述弹性元件的底部固定在所述安装板上，所述弹性元件的顶部固定在所述支撑腿的底部上。

所述夹钳装置包括：夹钳框和活塞，所述夹钳框套设在所述摩擦芯和所述两个支撑腿外，且所述夹钳框固定在所述支撑腿上，所述夹钳框上设有凹槽，所述凹槽与所述摩擦芯的第四侧壁相对设置，所述活塞密封滑动设置在所述凹槽内，所述活塞与所述凹槽围成空腔，所述夹钳框上开设有通道，所述通道将所述夹钳框的外壁与所述空腔连通。

具体地，所述第一滑动装置包括：相互配合的第一滑块和第一滑槽。

进一步地，所述夹钳装置还包括：摩擦块和可动摩擦块，所述摩擦块布置在所述夹钳框与所述摩擦芯的第四侧壁之间并固定在所述夹钳框上，所述可动摩擦块布置在所述活塞与所述摩擦芯的第二侧壁之间并固定在所述活塞上。

具体地，所述摩擦块上朝向所述摩擦芯的第四侧壁的侧壁为摩擦侧壁，所述可动摩擦块上朝向所述摩擦芯的第二侧壁的侧壁为摩擦侧壁。

具体地，所述机器人腿减震机构还包括两个护板，所述两个护板分别布置在所述两个支撑腿的外侧，每个所述护板与对应的所述支撑腿之间设置第二滑动装置，所述第二滑动装置被配置为使所述护板与所述支撑腿沿所述支撑腿的长度方向发生相对滑动。

进一步地，所述第二滑动装置包括：相互配合的第二滑块和第二滑槽。

具体地，所述支撑腿的顶部固定有第一传感器组件，所述安装板的顶面上固定有第二传感器组件，所述第一传感器组件和所述第二传感器组件均包括加速度传感器和速度传感器。

进一步地，所述机器人腿减震机构还包括减震器，所述弹性元件为弹簧，所述减震器设置在所述弹性元件内，且所述减震器的一端固定在所述安装板上，所述减震器的另一端固定在所述支撑腿的底部。

具体地，所述摩擦芯的外壁上开设有安装槽，所述安装槽内安装有冷却管。

具体地，所述机器人腿减震机构还包括液压管，所述液压管的一端安装在所述通道上，所述液压管的另一端伸出所述夹钳框外。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例提供的机器人腿减震机构，通过弹性元件和夹钳装置的相互配合，能够进行即时且效果可控的减震，具体地，在机器人腿减震机构进行减震时，当冲击力较小时，即冲击力小于摩擦力，此时摩擦芯与支撑腿不发生相对滑动，使机器人腿表现为刚性结构减震，这样能够保持机器人行走或奔跑姿态的精准；当冲击力较大时，即冲击力大于摩擦力与弹性元件弹力之和时，摩擦芯与支撑腿可发生相对滑动，用于抵抗该较大的冲击力，使机器人腿减震机构表现为柔性结构减震，弹性元件可产生变形可进一步实现减震作用，双重减震作用能够使该机器人腿减震机构具有良好的减震效果，能够有效抵抗较大的冲击力，且该机器人腿减震机构结构稳固能够重复多次使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的机器人腿减震机构的剖视结构示意图；

图2是本发明实施例提供的图1的A-A向结构示意图；

图3是本发明实施例提供的夹钳装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

本发明实施例提供了一种机器人腿减震机构，该机器人腿减震机构适用于安装在机器人腿上，如图1所示，该机器人腿减震机构包括：摩擦芯1、夹钳装置2、弹性元件3、安装板4和两个平行布置的支撑腿5。

结合图2，摩擦芯1包括第一侧壁、第二侧壁1a、第三侧壁和第四侧壁1b。第一侧壁和第三侧壁为摩擦芯1上相反布置的两个侧壁，摩擦芯1的底部安装在安装板4上，两个支撑腿5分别与摩擦芯1的第一侧壁和第三侧壁相对布置，每个支撑腿5与摩擦芯1之间均设置有第一滑动装置6，第一滑动装置6被配置为使支撑腿5与摩擦芯1沿支撑腿5的长度方向发生相对滑动，弹性元件3的底部固定在安装板4上，弹性元件3的顶部固定在支撑腿5的底部上。在实现时，摩擦芯1可以为长方体型结构。其中，摩擦芯1的第二侧壁1a和第四侧壁1b相互平行，且第二侧壁1a和第四侧壁1b均可以为相对较光洁的表面。

如图3所示，夹钳装置2包括：夹钳框2a和活塞2c，夹钳框2a套设在摩擦芯1和两个支撑腿5外，且夹钳框2a固定在支撑腿5上，夹钳框2a上设有凹槽，凹槽与摩擦芯1的第四侧壁1b相对设置，活塞2c密封滑动设置在凹槽内，活塞2c与凹槽围成空腔a，夹钳框2a上开设有通道2d，通道2d将夹钳框2a的外壁与空腔a连通。在实现时，摩擦芯1、夹钳框2a和两个支撑腿5均可以由金属材料制成，进一步地，可以由钢材料制成。进一步地，摩擦芯1可以包括基体和附着在基体的外壁的外壳层，其中，基体可以为金属材料，外壳层可以为非金属材料，具体可以为耐磨的非金属材料(例如石棉材料或陶瓷材料)。

具体地，该夹钳装置2还可以包括：摩擦块2b和可动摩擦块2f，摩擦块2b布置在夹钳框2a与摩擦芯1的第四侧壁1b之间并固定在夹钳框2a上，可动摩擦块2f布置在活塞2c与摩擦芯1的第二侧壁1a之间并固定在活塞2c上。摩擦块2b和可动摩擦块2f能够增加夹钳框2a与摩擦芯1之间的摩擦力，在摩擦时可释放出大量的热量能够抵消大部分冲击力，可进一步实现减震效果。在实现时，摩擦块2b和可动摩擦块2f均可以由粉末冶金的耐磨金属或非金属制成。

如图2所示，第一滑动装置6可以包括：相互配合的第一滑块6a和第一滑槽6b。第一滑块6a和第一滑槽6b能够保证每个支撑腿5与摩擦芯1之间紧密地连接并实现滑动，这样能够有效保证机器人腿减震机构的减震效果。

进一步地，第一滑块6a的横截面可以为梯形。这样能够有效避免第一滑块6a和第一滑槽6b分离，从而能够保证机器人腿减震机构具有良好的稳定性。

具体地，摩擦块2b上朝向摩擦芯1的第四侧壁1b的侧壁为摩擦侧壁，可动摩擦块2f上朝向摩擦芯1的第二侧壁1a的侧壁为摩擦侧壁。相对较粗糙的摩擦侧壁能够增加摩擦芯1与摩擦块2b以及摩擦芯1与可动摩擦块2f之间的摩擦力，通过摩擦力做功消耗冲击力的能量，从而保证机器人腿减震机构具有良好的减震效果。在实现时，摩擦芯1的第二侧壁1a与可动摩擦块2f配合作为摩擦副，第四侧壁1b和摩擦块2b配合作为摩擦副。根据滑动摩擦力公式：F＝uF_N，式中，F_N为正压力，u是动摩擦因数，且u与相互接触的摩擦副材料和粗糙度有关，在摩擦副材料和粗糙度条件的范围都确定的情况下，可以通过模拟机器人腿部滑动工作时的各个条件，实验测得该摩擦副的动摩擦因数u的具体数值，而正压力F_N由夹钳夹力所控制，因此，机器人腿减震机构的摩擦副这部分的滑动摩擦力F是可测和可控的。

具体地，该机器人腿减震机构还可以包括两个护板7，两个护板7分别布置在两个支撑腿5的外侧，每个护板7与对应的支撑腿5之间设置第二滑动装置8，第二滑动装置8被配置为使护板7与支撑腿5沿支撑腿5的长度方向发生相对滑动。护板7能够限定支撑腿5的位置，从而避免支撑腿5与摩擦芯1发生滑脱。

进一步地，第二滑动装置8可以包括：相互配合的第二滑块8a和第二滑槽8b。第二滑块8a和第二滑槽8b能够保证每个护板7与支撑腿5之间紧密地连接并实现滑动，这样能够有效保证机器人腿减震机构的减震效果。在实现时，第二滑块8a的横截面可以为梯形。

再次参见图1，弹性元件3可以为弹簧。弹簧能够吸收冲击力且具有良好的减震效果，而且弹簧的价格较低，能够降低机器人腿减震机构的加工成本。同时，弹簧结构简单，且弹簧具有良好的可靠性，这样能够降低机器人腿减震机构的使用成本。

在实现时，安装板4的顶面上安装有摩擦芯安装座13，摩擦芯1安装在摩擦芯安装座13上。摩擦芯安装座13用于安装摩擦芯1。

具体地，支撑腿5的顶部固定有第一传感器组件14，该第一传感器组件14可以包括加速度传感器和速度传感器；安装板4的顶面上固定有第二传感器组件15，该第二传感器组件15可以包括加速度传感器和速度传感器。第一传感器组件14和第二传感器组件15能够时时了解机器人的腿部和足部的加速度以及速度，在机器人自身质量m和加速度a已知的前提下，根据物理学中的公式：F＝ma可以得到冲击力F的大小；或者根据动量和动量定理算出平均冲击力，具体地，动量p＝mv，动量定理Ft＝p'-p，其中，F为冲击力，t为作用时间，v为速度，根据动量和动量定理公式，计算出平均冲击力F。计算工作可利用机器人身上携带的计算机完成，这样能够提前调整夹钳装置2输出的压力，从而预设合适的摩擦力用于抵抗冲击力。

进一步地，该机器人腿减震机构还可以包括减震器9，减震器9设置在弹性元件3内，且减震器9的一端固定在安装板4上，减震器9的另一端固定在支撑腿5的底部。减震器9阻尼吸能，能够辅助弹性元件3进一步增强减震效果，且减震器9可在市场购买到，这样能够降低机器人腿减震机构的加工难度和制造成本。

再次参见图2，摩擦芯1的外壁上可以开设有安装槽1c，安装槽1c内安装有冷却管10。在实现时，冷却管10可以为金属管，冷却管10可以通过软管(图中未示)与冷却水箱(图中未示)连通，此外，冷却管10上还可以设置有水泵(图中未示)，水泵用于将冷却水箱中的冷却水输送至冷却管10内，冷却管10内的冷却水流经摩擦芯1后再流回冷却水箱中，通过冷却管10能够对摩擦芯1进行降温，使摩擦芯1能够保持较低的温度，避免摩擦芯1与摩擦块2b的摩擦过程中因温度过高而缩短机器人腿减震机构的使用寿命。

再次参见图3，该机器人腿减震机构还可以包括液压管11，液压管11的一端安装在通道2d上，液压管11的另一端伸出夹钳框2a外。在实现时，液压管11可以通过软管(图中未示)与液压油箱(图中未示)连通。液压管11上可以设置有液压泵(图中未示)，液压泵用于将液压油箱中的液压油输送至液压管11内，通过液压管11能够将液压油输送至空腔a内，同时，空腔a内的液压油还能够通过液压管11再流回液压油箱中。

在实现时，该机器人腿减震机构还可以包括固定在支撑腿5上的夹钳安装座12，夹钳框2a固定在夹钳安装座12。夹钳框2a可以通过夹钳安装座12固定在支撑腿5上。为了安装方便，夹钳框2a可以为长方形框架结构。

本发明实施例提供的机器人腿减震机构的工作原理如下：

在实现时，支撑腿5可以与机器人腿b连接，安装板4可以安装在机器人足c的顶部，在机器人开始工作前，先通过通道2d向空腔a中通入液压油，并通过空腔a内液压油的油压来控制夹钳装置2对摩擦芯1的压力大小，具体地，空腔a内的液压油驱动活塞2c向摩擦芯1运动，使活塞2c与摩擦芯1接触并保持正压力作用在摩擦芯1上，从而控制夹钳装置2与摩擦芯1之间的摩擦力的大小。机器人落地时，当冲击力较小时，即冲击力小于摩擦力，此时摩擦芯1与支撑腿5不发生相对滑动；当冲击力较大时，即冲击力大于摩擦力与弹性元件弹力之和时，摩擦芯1与支撑腿5可发生相对滑动，用于抵抗该较大的冲击力，弹性元件3可产生变形，弹性元件3通过压缩也能够吸收冲击力，可进一步实现减震作用。当机器人腿减震机构不需要减震时，空腔a内的液压油可以泄走，从而减少或解除夹钳装置2的夹力，利用弹性元件3使支撑腿5复位至初始状态。

本发明实施例提供的机器人腿减震机构，通过弹性元件和夹钳装置的相互配合，能够进行即时且效果可控的减震，具体地，在机器人腿减震机构进行减震时，当冲击力较小时，即冲击力小于摩擦力，此时摩擦芯与支撑腿不发生相对滑动，使机器人腿表现为刚性结构减震，这样能够保持机器人行走或奔跑姿态的精准；当冲击力较大时，即冲击力大于摩擦力与弹性元件弹力之和时，摩擦芯与支撑腿可发生相对滑动，用于抵抗该较大的冲击力，使机器人腿减震机构表现为柔性结构减震，弹性元件可产生变形可进一步实现减震作用，双重减震作用能够使该机器人腿减震机构具有良好的减震效果，能够有效抵抗较大的冲击力，且该机器人腿减震机构结构稳固能够重复多次使用。同时，两个平行布置的支撑腿能够提高机器人腿减震机构的稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种机器人腿减震机构，其特征在于，所述机器人腿减震机构包括：摩擦芯、夹钳装置、弹性元件、安装板和两个平行布置的支撑腿；

所述摩擦芯包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁和第四侧壁，所述第一侧壁和所述第三侧壁为所述摩擦芯上相反布置的两个侧壁，所述摩擦芯的底部安装在所述安装板上，两个所述支撑腿分别与所述摩擦芯的第一侧壁和所述第三侧壁相对布置，每个所述支撑腿与所述摩擦芯之间均设置有第一滑动装置，所述第一滑动装置被配置为使所述支撑腿与所述摩擦芯沿所述支撑腿的长度方向发生相对滑动，所述弹性元件的底部固定在所述安装板上，所述弹性元件的顶部固定在所述支撑腿的底部上；

所述夹钳装置包括：夹钳框和活塞，所述夹钳框套设在所述摩擦芯和所述两个支撑腿外，且所述夹钳框固定在所述支撑腿上，所述夹钳框上设有凹槽，所述凹槽与所述摩擦芯的第四侧壁相对设置，所述活塞密封滑动设置在所述凹槽内，所述活塞与所述凹槽围成空腔，所述夹钳框上开设有通道，所述通道将所述夹钳框的外壁与所述空腔连通；

所述夹钳装置还包括：摩擦块和可动摩擦块，所述摩擦块布置在所述夹钳框与所述摩擦芯的第四侧壁之间并固定在所述夹钳框上，所述可动摩擦块布置在所述活塞与所述摩擦芯的第二侧壁之间并固定在所述活塞上。

2.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述第一滑动装置包括：相互配合的第一滑块和第一滑槽。

3.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述摩擦块上朝向所述摩擦芯的第四侧壁的侧壁为摩擦侧壁，所述可动摩擦块上朝向所述摩擦芯的第二侧壁的侧壁为摩擦侧壁。

4.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述机器人腿减震机构还包括两个护板，所述两个护板分别布置在两个所述支撑腿的外侧，每个所述护板与对应的所述支撑腿之间设置第二滑动装置，所述第二滑动装置被配置为使所述护板与所述支撑腿沿所述支撑腿的长度方向发生相对滑动。

5.根据权利要求4所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述第二滑动装置包括：相互配合的第二滑块和第二滑槽。

6.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述支撑腿的顶部固定有第一传感器组件，所述安装板的顶面上固定有第二传感器组件，所述第一传感器组件和所述第二传感器组件均包括加速度传感器和速度传感器。

7.根据权利要求6所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述机器人腿减震机构还包括减震器，所述弹性元件为弹簧，所述减震器设置在所述弹性元件内，且所述减震器的一端固定在所述安装板上，所述减震器的另一端固定在所述支撑腿的底部。

8.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述摩擦芯的外壁上开设有安装槽，所述安装槽内安装有冷却管。

9.根据权利要求1所述的机器人腿减震机构，其特征在于，所述机器人腿减震机构还包括液压管，所述液压管的一端安装在所述通道上，所述液压管的另一端伸出所述夹钳框外。

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