CN110053683A - 一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，属于机器人领域。它包括两组分别装设于机械大腿A、机械大腿B上的小腿足驱动机构，两组采用铰接方式分别装设于机械大腿A、机械大腿B上的漫步足小腿机构，装设于两组漫步足小腿机构上的两组滚动足小腿机构；两组漫步足小腿机构结构完全相同，均包括连接板、小腿杆A和小腿杆、脚底板、螺纹滑动杆、调节螺母、滑动套筒和抗压缩螺旋弹簧；脚底板中部开设有可通过滚轮的滚轮通孔；两组滚动足小腿机构结构完全相同，包括滚轮支架、步进电机B和滚轮。本发明所述机器人小腿足其结构合理紧凑、既能够实现滚动前进又能够进行漫步前进、依靠弹簧压力控制运动模式切换，使用价值高。

Description

一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足

技术领域

本发明主要涉及机器人领域，特指一种可用于机器人的压力控制运动模式切换的机器人小腿足。

背景技术

机器人的双足其类似于人类双足交替前进的运动方式。机器人的小腿足结构决定了其运动方式和运动的稳定性，现有的双足机器人均采用单一的运动方式，或者是漫步前进亦或者是滚动前进。漫步前进稳定性好，但摩擦力大；滚动前进耗能少，但稳定性较差。因此，需要设计一种可自由切换运动模式的机器人小腿足，具有重要的使用价值。

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，本发明提供一种结构合理紧凑、既能够实现滚动前进又能够进行漫步前进、依靠弹簧压力控制运动模式切换的机器人小腿足。

为了解决上述问题，本发明提出的解决方案为：一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，包括机器人主体、机械大腿A、机械大腿B及两组分别固定装设于机械大腿A与机械大腿B上的小腿足驱动机构，两组采用铰接方式分别装设于所述机械大腿A、机械大腿B上的漫步足小腿机构，分别装设于两组漫步足小腿机构上的两组滚动足小腿机构，其特征在于：

所述两组小腿足驱动机构结构完全相同，均包括分别固定装设于所述机械大腿A与机械大腿B上的齿轮轴A、与所述齿轮轴A啮合传动的齿轮B、以及固定装设于所述漫步足小腿机构上的步进电机A；所述齿轮B固定装设于所述步进电机A的输出轴上，所述步进电机A的输出轴穿过一凸台支架上的滚动轴承并装设在其凸台支架上，所述凸台支架固定装设于所述漫步足小腿机构上；

其机械大腿A与机械大腿B的下端与所述漫步足小腿机构的上端均采用销钉铰接装设，所述两组漫步足小腿机构结构完全相同，均包括连接板，固定装设于所述连接板下端面且相互平行的小腿杆A和小腿杆，装设于所述小腿杆A和小腿杆下端的脚底板（38），固定装设于所述连接板下端面且位于所述小腿杆A和小腿杆之间的螺纹滑动杆，装设于所述螺纹滑动杆上高度可调节的调节螺母和滑动套筒，装设于所述螺纹滑动杆上并且其两端分别与所述调节螺母和滑动套筒连接的抗压缩螺旋弹簧；

所述两组滚动足小腿机构结构完全相同，均包括滚轮支架、采用电机支柱装设于所述滚轮支架上的步进电机B、装设于所述步进电机B输出轴上的滚轮，所述步进电机B输出轴穿过装并装设于所述滚轮支架上的滚动轴承，所述滚轮支架上端固定装设于所述滑动套筒的下端，并在其所述脚底板中部开设有可自由通过滚轮的滚轮通孔。

优选的，所述螺纹滑动杆的上部设有与所述调节螺母相配合的外螺纹，其下部为光杆，所述光杆可自由穿过装设于所述滑动套筒上部的直线轴承。

优选的，所述抗压缩螺旋弹簧为载荷能力大的金属螺旋弹簧。

优选的，所述抗压缩螺旋弹簧承受机器人主体不同的重量，可使其抗压缩螺旋弹簧发生不同程度的压缩变形。

优选的，所述抗压缩螺旋弹簧承受机器人主体全部重量的80%以上时，所述滚轮的最低端不高于所述滚轮通孔的最低端；

优选的，所述抗压缩螺旋弹簧承受机器人本体全部重量的60%以下时，所述滚轮的中心线不低于所述滚轮通孔的最低端。

优选的，所述脚底板为两层复合平面板组成，其下层的平面板为摩擦系数高的非金属材料薄板，其上层的平面板为高强度铝合金平板。

本发明与现有技术相比，其有益效果如下：本发明的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足设有小腿足驱动机构和漫步足小腿机构，可以驱动机器人进行漫步前进，同时设有滚动足小腿机构，可以驱动机器人进行滚动前进；两种运动模式的切换是由抗压缩螺旋弹簧的压缩变形的变形量所控制，通过调节初始调节螺母的高度可以设定初始抗压缩螺旋弹簧的变形量，从而适用于不同重量的机器人运动。

附图说明

图1为本发明结构原理示意图；

其中，1-机器人主体，11-机械大腿A，12-机械大腿B，21-销钉，22-齿轮轴A，23-机械大腿B，24-步进电机A，25-凸台支架，31-连接板，32-小腿杆A，33-小腿杆，34-螺纹滑动杆，35-调节螺母，36-抗压缩螺旋弹簧，37-滑动套筒，38-脚底板，41-步进电机B，42-滚轮，43-滚轮支架，381-滚轮通孔。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本发明的较佳实施例。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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，结合附图1，一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，包括机器人主体1、机械大腿A 11、机械大腿B 12及两组分别固定装设于机械大腿A 11与机械大腿B 12上的小腿足驱动机构，两组采用铰接方式分别装设于所述机械大腿A 11、机械大腿B 12上的漫步足小腿机构，分别装设于两组漫步足小腿机构上的两组滚动足小腿机构，两组小腿足驱动机构结构完全相同，均包括分别固定装设于所述机械大腿A 11与机械大腿B 12上的齿轮轴A 22、与所述齿轮轴A 22啮合传动的齿轮B 23、以及固定装设于所述漫步足小腿机构上的步进电机A 24；所述齿轮B 23固定装设于所述步进电机A 24的输出轴上，所述步进电机A 24的输出轴穿过一凸台支架25上的滚动轴承并装设在其凸台支架25上，所述凸台支架25固定装设于所述漫步足小腿机构上；

其机械大腿A 11与机械大腿B 12的下端与所述漫步足小腿机构的上端均采用销钉21铰接装设，所述两组漫步足小腿机构结构完全相同，均包括连接板31，固定装设于所述连接板31下端面且相互平行的小腿杆A 32和小腿杆33，装设于所述小腿杆A 32和小腿杆33下端的脚底板38，固定装设于所述连接板31下端面且位于所述小腿杆A 32和小腿杆33之间的螺纹滑动杆34，装设于所述螺纹滑动杆34上高度可调节的调节螺母35和滑动套筒37，装设于所述螺纹滑动杆34上并且其两端分别与所述调节螺母35和滑动套筒37连接的抗压缩螺旋弹簧36；螺纹滑动杆34的上部设有与所述调节螺母35相配合的外螺纹，其下部为光杆，所述光杆可自由穿过装设于所述滑动套筒37上部的直线轴承，所述抗压缩螺旋弹簧36为可发生显著压缩变形的大载荷金属螺旋弹簧。

所述两组滚动足小腿机构结构完全相同，均包括滚轮支架43、采用电机支柱装设于所述滚轮支架43上的步进电机B 41、装设于所述步进电机B 41输出轴上的滚轮42，所述步进电机B 41输出轴穿过装并装设于所述滚轮支架43上的滚动轴承，所述滚轮支架43上端固定装设于所述滑动套筒37的下端，并在其所述脚底板38中部开设有可自由通过滚轮42的滚轮通孔381。

其抗压缩螺旋弹簧36承受机器人主体不同的重量，可使其抗压缩螺旋弹簧36发生不同程度的压缩变形。所述抗压缩螺旋弹簧36承受机器人主体全部重量的80%以上时，发生显著的压缩变形，即所述滚轮42的最低端不高于所述滚轮通孔381的最低端；所述抗压缩螺旋弹簧36承受机器人本体全部重量的60%以下时，发生较小的压缩变形，即所述滚轮42的中心线不低于所述滚轮通孔381的最低端。

所述脚底板38为两层复合平面板组成，其下层的平面板为摩擦系数高的非金属材料薄板，其上层的平面板为高强度铝合金平板。

工作原理：调节好调节螺母35的高度，使得抗压缩螺旋弹簧36具有一定的变形量，并根据机器人整体的重量，使得抗压缩螺旋弹簧36承受机器人全部重量的80%以上时，发生显著的压缩变形，即滚轮42的最低端不高于滚轮通孔381的最低端；抗压缩螺旋弹簧36承受机器人全部重量的60%以下时，即发生较小的压缩变形，即滚轮42的中心线不低于滚轮通孔381的最低端。

当两组漫步足小腿机构同时接触地面时，由于抗压缩螺旋弹簧36仅承受百分之五十的机器人重量，因此抗压缩螺旋弹簧36的压缩变形较小，两个滚轮42同时接触地面，此时部件电机B41转动，驱动滚轮42转动，从而实现机器人滚动前进；当其中一组小腿足驱动机构工作时，即步进电机A24的转动从而带动漫步足小腿机构相对于机械大腿转动并向前漫步时，此时抗压缩螺旋弹簧36将承受近百分之一百的机器人重量，从而使得滚轮42最低端不高于滚轮通孔381的最低端，即单个脚底板38接触地面，从而实现机器人漫步前进。由于脚底板38的接触面积显著大于单个滚轮42的接触面积，因此在机器人漫步前进的过程中，运动稳定性显著提高。等到漫步结束后，即两个脚底板38同时接触地面时，此时整个机器人的重量将由两个抗压缩螺旋弹簧分担，即抗压缩螺旋弹簧36承受机器人全部重量的百分之五十，此时两个滚轮42将穿过脚底板38的滚轮通孔381，并使得脚底板38脱离地面，切换到滚动前面模式。

以上为本发明的较佳实施例，但并不限制本发明的专利范围，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本发明专利保护范围之内。

Claims (7)

1. 一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，包括机器人主体（1）、机械大腿A（11）、机械大腿B（12）及两组分别固定装设于机械大腿A（11）与机械大腿B（12）上的小腿足驱动机构，两组采用铰接方式分别装设于所述机械大腿A（11）、机械大腿B（12）上的漫步足小腿机构，分别装设于两组漫步足小腿机构上的两组滚动足小腿机构，其特征在于：所述两组小腿足驱动机构结构完全相同，均包括分别固定装设于所述机械大腿A（11）与机械大腿B（12）上的齿轮轴A（22）、与所述齿轮轴A（22）啮合传动的齿轮B（23）、以及固定装设于所述漫步足小腿机构上的步进电机A（24）；所述齿轮B（23）固定装设于所述步进电机A（24）的输出轴上，所述步进电机A（24）的输出轴穿过一凸台支架（25）上的滚动轴承并装设在其凸台支架（25）上，所述凸台支架（25）固定装设于所述漫步足小腿机构上； 其机械大腿A（11）与机械大腿B（12）的下端与所述漫步足小腿机构的上端均采用销钉（21）铰接装设，所述两组漫步足小腿机构结构完全相同，均包括连接板（31），固定装设于所述连接板（31）下端面且相互平行的小腿杆A（32）和小腿杆（33），装设于所述小腿杆A（32）和小腿杆（33）下端的脚底板（38），固定装设于所述连接板（31）下端面且位于所述小腿杆A（32）和小腿杆（33）之间的螺纹滑动杆（34），装设于所述螺纹滑动杆（34）上高度可调节的调节螺母（35）和滑动套筒（37），装设于所述螺纹滑动杆（34）上并且其两端分别与所述调节螺母（35）和滑动套筒（37）连接的抗压缩螺旋弹簧（36）；所述两组滚动足小腿机构结构完全相同，均包括滚轮支架（43）、采用电机支柱装设于所述滚轮支架（43）上的步进电机B（41）、装设于所述步进电机B（41）输出轴上的滚轮（42），所述步进电机B（41）输出轴穿过装并装设于所述滚轮支架（43）上的滚动轴承，所述滚轮支架（43）上端固定装设于所述滑动套筒（37）的下端，并在其所述脚底板（38）中部开设有可自由通过滚轮（42）的滚轮通孔（381）。

2.如权利要求1所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述螺纹滑动杆（34）的上部设有与所述调节螺母（35）相配合的外螺纹，其下部为光杆，所述光杆可自由穿过装设于所述滑动套筒（37）上部的直线轴承。

3.如权利要求2所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述抗压缩螺旋弹簧（36）为载荷能力大的金属螺旋弹簧。

4.如权利要求1所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述抗压缩螺旋弹簧（36）承受机器人主体不同的重量，可使其抗压缩螺旋弹簧（36）发生不同程度的压缩变形。

5.如权利要求4所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述抗压缩螺旋弹簧（36）承受机器人主体全部重量的80%以上时，所述滚轮（42）的最低端不高于所述滚轮通孔（381）的最低端。

6.如权利要求4所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述抗压缩螺旋弹簧（36）承受机器人本体全部重量的60%以下时，所述滚轮（42）的中心线不低于所述滚轮通孔（381）的最低端。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种压力控制运动模式切换的机器人小腿足，其特征在于，所述脚底板（38）为两层复合平面板组成，其下层的平面板为摩擦系数高的非金属材料薄板，其上层的平面板为高强度铝合金平板。