CN109625119A - 一种点足和平足可转换下肢结构 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种点足和平足可转换下肢结构，涉及行走设备领域，下肢结构包括脚板、阻尼器、小腿主体、连杆转化机构和驱动装置，阻尼器分别与脚板、脚趾连接；连杆转化机构包括点足连杆、点足曲柄、平足连杆、平足曲柄和套环，套环套设于小腿主体的外周，点足连杆的一端与套环铰接，点足连杆的另一端与点足曲柄的一端铰接，点足曲柄的另一端与脚板的前端铰接，平足连杆的一端与套环铰接，平足连杆的另一端与平足曲柄的一端铰接，平足曲柄的另一端与脚板的后端铰接。本发明实施例利用自身的锁死特性使得下肢结构仅需要较小的力矩驱动就可以实现下肢结构状态的转换，实现快速稳定地行走，并且与地面支撑时不需要动力装置消耗能量。

Description

一种点足和平足可转换下肢结构

技术领域

本发明实施例涉及行走设备领域，具体涉及一种点足和平足可转换下肢结构。

背景技术

平足机器人由于与地面接触面积大，稳定性好，但是触地抬起过程时间较长，很难做到快速行走。点足机器人与地面接触面积小，一般只能实现动态稳定，很难实现完全静止状态下的稳定，但是点足机器人可以实现快速行走。目前的腿足式机器人没有一款机器人能够将点足与平足结合，实现不同结构下的稳定和快速行走。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种点足和平足可转换下肢结构，以解决现有技术中的腿足式机器人不能快速且稳定的行走，腿足式机器人行走过程中受到地面的冲击较大以及耗能高的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种点足和平足可转换下肢结构，所述点足和平足可转换下肢结构包括：

脚板，所述脚板的前端铰接有脚趾；

阻尼器，所述阻尼器分别与所述脚板、脚趾连接，所述阻尼器用于减少所述脚趾触地时传递给所述脚板的冲击；

小腿主体，所述小腿主体的下端与所述脚板铰接；

连杆转化机构，所述连杆转化机构包括点足连杆、点足曲柄、平足连杆、平足曲柄和套环，所述套环套设于所述小腿主体的外周，所述点足连杆的一端与所述套环铰接，所述点足连杆的另一端与所述点足曲柄的一端铰接，所述点足曲柄的另一端与所述脚板的前端铰接，所述平足连杆的一端与所述套环铰接，所述平足连杆的另一端与所述平足曲柄的一端铰接，所述平足曲柄的另一端与所述脚板的后端铰接；

驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述点足连杆和所述平足连杆围绕其与所述套环的铰接点转动。

本发明实施例的特征还在于，所述小腿主体的下端通过螺栓与所述脚板铰接。

本发明实施例的特征还在于，所述套环呈环状结构，所述套环的外侧对称设置有第一连接耳和第二连接耳，所述点足连杆的一端通过第一销轴与所述第一连接耳铰接，所述平足连杆的一端通过第二销轴与所述第二连接耳铰接。

本发明实施例的特征还在于，所述点足连杆、点足曲柄、平足连杆、平足曲柄处于同一平面内。

本发明实施例的特征还在于，所述驱动装置包括动力装置、驱动杆、点足驱动件和平足驱动件，所述驱动杆与所述套环铰接；所述动力装置与所述驱动杆连接，以驱动所述驱动杆转动；所述点足驱动件的一端固定套设于所述第一销轴远离所述第一连接耳的一端，所述点足驱动件的另一端设置有点足抵靠部，所述点足抵靠部与所述驱动杆前端的下表面相抵靠，所述平足驱动件的一端固定套设于所述第二销轴远离所述第二连接耳的一端，所述平足驱动件的另一端设置有平足抵靠部，所述平足抵靠部与所述驱动杆后端的下表面相抵靠。

本发明实施例的特征还在于，所述动力装置为舵机、步进电机或伺服电机。

本发明实施例的特征还在于，所述平足抵靠部与所述平足驱动件一体成型，所述点足抵靠部与所述点足驱动件一体成型。

本发明实施例的特征还在于，所述阻尼器为液压阻尼器。

本发明实施例具有如下优点：

1、本发明实施例的驱动装置通过连杆转化机构驱动脚板转动，从而实现脚板在点足状态和平足状态之间的切换，使下肢结构实现快速稳定地行走。

2、本发明实施例通过设置阻尼器减少下肢结构在行走过程中受到地面的冲击。

3、本发明实施例的点足和平足可转换下肢结构利用自身的锁死特性使得下肢结构仅需要较小的力矩驱动就可以实现下肢结构状态的转换，并且与地面支撑时不需要动力装置消耗能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种点足和平足可转换下肢结构的立体结构示意图；

图2为图1中的点足和平足可转换下肢结构围绕小腿主体的轴线顺时钟旋转90度之后的结构示意图；

图3为本发明实施例1提供的一种点足和平足可转换下肢结构处于点足状态下的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的一种点足和平足可转换下肢结构处于平足状态下的结构示意图。

附图标记说明：10、脚板；20、阻尼器；30、小腿主体；40、连杆转化机构；11、脚趾；41、点足连杆；42、点足曲柄；43、平足连杆；44、平足曲柄；45、套环；51、驱动杆；52、点足驱动件；53、平足驱动件；451、第一连接耳；452、第二连接耳；521、点足抵靠部；531、平足抵靠部。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和2所示，该点足和平足可转换下肢结构(以后称为下肢结构)包括脚板10、阻尼器20、小腿主体30、连杆转化机构40和驱动装置。脚板10与脚趾11均为板状结构，脚趾11与脚板10的前端铰接，当脚趾11与脚板10处于水平面内时，下肢结构处于平足状态，当脚板10与地面成一夹角时，下肢结构处于点足状态，通过设置脚板10可增大下肢结构与地面的接触面积，进而提高下肢结构的稳定性。

阻尼器20用于减少脚趾11触地时传递给脚板10的冲击，阻尼器20在本实施例中为液压阻尼器，当然并不限定于此，阻尼器20还可为弹簧阻尼器，液压阻尼器的一端与脚板10铰接，液压阻尼器的另一端与脚趾11铰接。行走过程中脚趾11先触地，脚趾11围绕其与脚板10的铰接点向后转动一定角度，并将受到的冲击传递给液压阻尼器，液压阻尼器被压缩，将大部分冲击吸收，从而起到很好的缓冲作用。

小腿主体30呈管状结构，小腿主体30的下端通过螺栓与脚板10铰接，使用螺栓连接小腿主体30与脚板10可方便脚板10的安装和拆卸，管状结构的小腿主体30在满足结构强度的同时，有效减少下肢结构的重量。

如图3和4所示，连杆转化机构40包括点足连杆41、点足曲柄42、平足连杆43、平足曲柄44和套环45，套环45呈环状结构，套环45固定套设于小腿主体30的外周，套环45的外侧对称设置有第一连接耳451和第二连接耳452，第一连接耳451与第二连接耳452上设置有可供销轴穿过的通孔，第一销轴穿过第一连接耳451的通孔后与点足连杆41的一端紧固连接，从而实现点足连杆41的一端与第一连接耳451铰接，当第一销轴转动时，点足连杆41随同第一销轴转动。点足连杆41的另一端与点足曲柄42的一端铰接，点足曲柄42的另一端与脚板10的前端铰接。当下肢机构处于点足状态下，点足连杆41、点足曲柄42、脚板10和小腿主体30构成的点足四杆机构处于该机构的死点位置(此时，点足连杆41与点足曲柄42共线)，此过程中脚趾11触地，并不需要动力装置输出动力维持结构的稳定，因此减小了能量消耗，节约能源；同时，由于是脚趾11先触地，脚趾11会将受到的冲击传递给液压阻尼器，液压阻尼器被压缩，将大部分冲击吸收，因此起到很好的缓冲作用。第二销轴穿过第二连接耳452的通孔后与平足连杆43的一端紧固连接，从而实现平足连杆43的一端与第二连接耳452铰接，当第二销轴转动时，平足连杆43随同第二销轴一同转动。平足连杆43的另一端与平足曲柄44的一端铰接，平足曲柄44的另一端与脚板10的后端铰接。当下肢机构处于平足状态下，平足连杆43、平足曲柄44、脚板10和小腿主体30构成的平足四杆机构处于该机构的死点位置(此时，平足连杆43与平足曲柄44共线)，此过程脚趾11与脚板10均触地，以提高下肢结构的稳定性。进一步的，为了减小部件之间的磨损，点足连杆41、点足曲柄42、平足连杆43、平足曲柄44处于同一平面内。

驱动装置用于驱动点足连杆41和平足连杆43围绕其与套环45的铰接点转动，驱动装置包括动力装置(未示出)、驱动杆51、点足驱动件52和平足驱动件53，驱动杆51由前端压杆与后端压杆构成，前端压杆的后端与后端压杆的前端连接，前端压杆的轴线与后端压杆的轴线呈一夹角。驱动杆51与套环45铰接，动力装置为舵机、步进电机或伺服电机，优选项为伺服电机，动力装置的动力输出轴与驱动杆51连接，动力输出轴与驱动杆51和套环45铰接点同轴设置，在动力装置驱动下，驱动杆51可围绕其与套环45的铰接点转动。点足驱动件52的一端固定套设于第一销轴远离第一连接耳451的一端，点足驱动件52的另一端设置有点足抵靠部521，点足抵靠部521与驱动杆51前端的下表面相抵靠，点足抵靠部521为圆柱形金属块，优选的，点足抵靠部521与点足驱动件52一体成型，既降低生产成本，又提高结构强度。平足驱动件53的一端固定套设于第二销轴远离第二连接耳452的一端，平足驱动件53的另一端设置有平足抵靠部531，平足抵靠部531与驱动杆51后端的下表面相抵靠。平足抵靠部531也为圆柱形金属块，优选的，平足抵靠部531与平足驱动件53一体成型。当动力装置带动驱动杆51逆时针转动时，驱动杆51通过点足驱动件52带动点足连杆41随同第一销轴转动，使点足四杆机构脱离该机构的死点位置，并最终使平足四杆机构处于该机构的死点位置，从而完成下肢结构从点足状态转换到平足状态；由于转化过程中动力装置只需输出较小的力矩就可以实现下肢结构状态的转换，因此，能量消耗较小。当动力装置带动驱动杆51顺时针转动时，驱动杆51通过平足驱动件53带动平足连杆43随同第二销轴转动，使平足四杆机构脱离该机构的死点位置，并最终使点足四杆机构处于该机构的死点位置，从而完成下肢结构从平足状态转换到点足状态，在下肢机构行走过程中，下肢结构反复在点足状态与平足状态之间转换，从而实现下肢结构快速稳定地行走。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述点足和平足可转换下肢结构包括：

脚板，所述脚板的前端铰接有脚趾；

阻尼器，所述阻尼器分别与所述脚板、脚趾连接，所述阻尼器用于减少所述脚趾触地时传递给所述脚板的冲击；

小腿主体，所述小腿主体的下端与所述脚板铰接；

连杆转化机构，所述连杆转化机构包括点足连杆、点足曲柄、平足连杆、平足曲柄和套环，所述套环套设于所述小腿主体的外周，所述点足连杆的一端与所述套环铰接，所述点足连杆的另一端与所述点足曲柄的一端铰接，所述点足曲柄的另一端与所述脚板的前端铰接，所述平足连杆的一端与所述套环铰接，所述平足连杆的另一端与所述平足曲柄的一端铰接，所述平足曲柄的另一端与所述脚板的后端铰接；

驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述点足连杆和所述平足连杆围绕其与所述套环的铰接点转动。

2.根据权利要求1所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述小腿主体的下端通过螺栓与所述脚板铰接。

3.根据权利要求1或2所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述套环呈环状结构，所述套环的外侧对称设置有第一连接耳和第二连接耳，所述点足连杆的一端通过第一销轴与所述第一连接耳铰接，所述平足连杆的一端通过第二销轴与所述第二连接耳铰接。

4.根据权利要求3所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述点足连杆、点足曲柄、平足连杆、平足曲柄处于同一平面内。

5.根据权利要求4所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述驱动装置包括动力装置、驱动杆、点足驱动件和平足驱动件，所述驱动杆与所述套环铰接；所述动力装置与所述驱动杆连接，以驱动所述驱动杆转动；所述点足驱动件的一端固定套设于所述第一销轴远离所述第一连接耳的一端，所述点足驱动件的另一端设置有点足抵靠部，所述点足抵靠部与所述驱动杆前端的下表面相抵靠，所述平足驱动件的一端固定套设于所述第二销轴远离所述第二连接耳的一端，所述平足驱动件的另一端设置有平足抵靠部，所述平足抵靠部与所述驱动杆后端的下表面相抵靠。

6.根据权利要求5所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述动力装置为舵机、步进电机或伺服电机。

7.根据权利要求5或6所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述平足抵靠部与所述平足驱动件一体成型，所述点足抵靠部与所述点足驱动件一体成型。

8.根据权利要求7所述的点足和平足可转换下肢结构，其特征在于，所述阻尼器为液压阻尼器。