CN110406610A - 一种可调预紧力的机器人缓冲足 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，包括起到支撑连接作用的足底支撑杆、通过足端缓冲弹簧与足底支撑杆配合的足基节，同时足基节顶部连接动力源，套在足基节下部且通过螺纹与足基节配合的预紧调节紧固套，套在足底支撑杆上的预紧调节缓冲套，位于预紧调节紧固套内进行防松的紧固套防松弹簧；足底支撑杆下部穿过紧固套防松弹簧和预紧调节紧固套后，通过足底球连接套与足底球连接；足底支撑杆上部外圆周上开有一圈第一凹槽，其内设置若干支撑杆润滑滚珠。本发明的机器人缓冲足具有结构可靠，缓冲抗震能力好，预紧力可调，维护、调整、替换方便的特点。

Description

一种可调预紧力的机器人缓冲足

技术领域

本发明设计机器人领域，具体为一种可调预紧力的机器人缓冲足。

背景技术

多足机器人作为陆地仿生机器人当中的一个重要分支，正在越来越多地受到各国科学家和机械工作者的青睐。目前，较为成熟的多足机器人方案为类哺乳动物的四足机器人与类昆虫的六足或八足机器人。这些陆地仿生机器人的工作环境大多较为复杂，尤其是在野外或复杂路面条件下，机器人在运动的过程中其足部难免与硬质地面发生碰撞，所产生的震动将影响其运动精度。与此同时，长时间的碰撞冲击也会对机器人的寿命造成影响。

中国专利CN 109774814 A中公开了一种实现触地反馈的多足步行机器人足部结构，包括：前外壳、后外壳、微动开关、导杆、弹簧和半球足端，其中导杆上套有弹簧，足部结构触地时导杆的上移会使弹簧压缩，从而能实现一定的减震缓冲。上述实现触地反馈的多足步行机器人足部结构简单，在一定程度上提高了机器人腿部结构的抗冲击性，但其只考虑了在触地工况下震动的吸收，而未考虑抬离地面时弹簧回弹时对结构进行的冲击，仍易对主体结构造成干扰。另外，该结构前、后外壳的分体式设计使其在进行维修时需同时拆卸上端驱动连接部分，增加了该部分的维修与更换难度。

中国专利CN 103318289 A中公开了一种腿型结构可变的模块化液压驱动四足机器人，包括髋关节及大腿组件、膝关节及小腿组件和侧摆组件，其中小腿组件包含的足端橡胶垫和被动伸缩的双向弹簧减震机构可以有效缓冲和吸收接地时的瞬时冲击力以及离地时冲击力消失、弹簧快速回弹的撞击造成的零部件损伤问题。但该型结构特别是其双向弹簧机构结构较为复杂，同时外套弹簧裸露、内套弹簧开孔可视会造成复杂工作环境（如：泥水地面）下异物进入。此外，该结构弹簧预紧力不可调，如需调整则应整体替换，并不适用于需要进行快速调整的工作工况。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种可调预紧力的机器人缓冲足，以解决现有的足式机器人足部机构与复杂地面接触时冲击大的问题。

为了实现本发明目的，采用的技术解决方案如下：

一种可调预紧力的机器人缓冲足结构，包括足基节、足端缓冲弹簧、足底支撑杆、支撑杆润滑滚珠、预紧调节缓冲套、调节紧固套防松弹簧、预紧调节紧固套、足底球连接套以及足底球，所属支撑杆润滑滚珠最多为二十个；

所述二十颗支撑杆润滑滚珠均匀地安装在足底支撑杆上部圆盘的凹槽中；

所述支撑杆预紧调节缓冲套通过自身孔过盈配合安装在足底支撑杆下部杆件上；

所述足端缓冲弹簧以及“支撑杆润滑滚珠-足底支撑杆-预紧调节缓冲套”结合体按照上述顺序安装与足基节中，所述足基节通过其导向功能实现足端接地时缓冲弹簧压缩的轴向运动；

所述紧固套防松弹簧装配于预紧调节紧固套中，配合后预紧调节紧固套利用自身孔穿过足底支撑杆下部杆件，并通过螺纹安装于足基节上，此时紧固套防松弹簧利用自身弹性形变对预紧调节紧固套进行防松；

所述足底连接套利用自身凸台结构配合足底球的卡槽装配在足底球中，并通过其自带螺纹与足底支撑杆下端相连；

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

（1）缓冲效率高：本发明的可调预紧力缓冲足与现有的机器人用一般足相比增加了足端缓冲弹簧，同时配合橡胶制预紧调节缓冲套吸收、减弱机器人足在于地面进行接触或抬离时产生的冲击与震动。

（2）结构可靠，调整便捷：本发明的结构设计具有简洁、可靠的特点，由于足基节同时充当机器人足结构支撑件与缓冲弹簧轴向运动导向件、预紧调节缓冲套同时充当预紧力调节压缩驱动与机器人足抬离时的震动缓冲，精简了结构组成，能够有效的减少机器人足端结构的运动惯量，同时本发明结构采取了模块化的设计理念与高维护性的设计思路，所有部件均可快速修改参数、更换甚至是在缺损状态下保证整个结构的运行。

（3）预紧力可调：本发明的可调预紧力缓冲足可通过旋转预紧调节紧固套带动预紧调节缓冲套上下移动，进而带动足底支撑杆上下移动，再进而调节足端缓冲弹簧压缩量，最终完成预紧力调节动作以适应不同载荷与工况。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足总体结构外观示意图。

图2为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足总体结构爆炸示意图。

图3为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足总体结构半剖剖视图。

图4为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足足基节结构半剖剖视图。

图5为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足足底支撑杆结构示意图。

图6为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足足底球连接套结构半剖剖视图。

图7为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足足底球结构半剖剖视图。

图8为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足触地压缩后结构半剖剖视图。

图9为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足在动力源为电机通过键轴直接输入时的总体结构示意图。

图10为实施例的可调预紧力的机器人缓冲足在动力源为电机配合谐波减速器输入时的总体结构示意图。

图中：1-足基节；2-足端缓冲弹簧；3-足底支撑杆；4-支撑杆润滑滚珠；5-预紧调节缓冲套；6-紧固套防松弹簧；7-预紧调节紧固套；8-足底球连接套；9-足底球。

具体实施方式

为了说明本发明的技术方案及技术目的，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的阐述。应理解，本发明的实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明的具体条件的方法，通常按照常规条件，或者按照对应制造厂商所建议的条件处理。

结合图1、图2和图3，本发明的一种可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，包括足基节1、足端缓冲弹簧2、足底支撑杆3、预紧调节缓冲套5、紧固套防松弹簧6、预紧调节紧固套7、足底球连接套8、足底球9和若干支撑杆润滑滚珠4。

足基节1包括动力连接部1-1和固定在动力连接部1-1底面的缓冲圆柱1-2，动力连接部1-1用于连接动力源，缓冲圆柱1-2自底面向上开有一个第一盲孔，足端缓冲弹簧2设置在第一盲孔内，足底支撑杆3包括圆盘3-1和固连在圆盘3-1底面中心的支撑杆3-2，圆盘3-1的外圆周壁上开有一圈第一凹槽，圆盘3-1伸入第一盲孔抵住足端缓冲弹簧2，若干支撑杆润滑滚珠4满装于第一凹槽内，支撑杆3-2上套有预紧调节缓冲套5，预紧调节紧固套7顶部无端盖，底部中心设有圆孔，紧固套防松弹簧6设置在预紧调节紧固套7内，支撑杆3-2穿过紧固套防松弹簧6和圆孔后与足底球连接套8通过螺纹连接，足底球9上设有第二盲孔，足底球连接套8通过过盈配合置于第二盲孔内。

优选地，缓冲圆柱1-2圆周外壁自下向上设有外螺纹，预紧调节紧固套7设有内螺纹，两者配合，装配后，缓冲圆柱1-2底部压在紧固套防松弹簧6顶面。

缓冲圆柱1-2上的外螺纹长度大于预紧调节紧固套7的内螺纹长度，目的在于保证调节紧固套7可以充分发挥预紧力调节行程，同时保证调节紧固套7在诸如紧固套防松弹簧6缺失的条件下仍然能够发挥应有的作用。

优选地，所述支撑杆润滑滚珠4在安装、维护时应注意涂抹润滑甘油。此时支撑杆润滑滚珠4借助润滑甘油的粘性可以轻松装配在圆盘3-1的第一凹槽中，另外采用分体润滑滚珠设计可以大大减少维护成本，同时在一定程度上提高了本机器人缓冲足在恶劣条件下的工作能力。

优选地，如图4、图5所示，所述第一盲孔孔底、圆盘3-1顶面分别设有一个第一凸台，以方便足端缓冲弹簧2的定位与安装。

如图8所示，足部结构在接触地面时，足底支撑杆3上移使足端缓冲弹簧2压缩，进而实现一定程度上的缓冲震动。

优选地，本实施例中预紧调节缓冲套5采用橡胶材质，因此具有一定的刚度与弹性，进而能够在调节预紧力的时候推动足底支撑杆3向上运动，带动足端缓冲弹簧2压缩，实现调节预紧力的目的。同时，橡胶制预紧调节缓冲套5也可以在一定程度上减少机器人足抬离地面时足端缓冲弹簧2回弹造成的自身冲击。

优选地，如图3所示，为防止预紧调节缓冲套5伴随足底支撑杆3向上运动发生脱离，此处使用过盈配合，利用预紧调节缓冲套5自身的摩擦力来保持相对位置。

优选地，如图3所示，为防止预紧调节紧固套7在机器人足工作中滑脱掉落，在足基节1与预紧调节紧固套7之间安装一个紧固套防松弹簧6，利用弹簧变形产生的弹力配合螺纹进行防松。

优选地，如图3所示，预紧调节紧固套7与足底支撑杆3配合来保证缓冲结构的正常工作。

优选地，如图6、图7和图8所示，所述足底球连接套8外圆周的上部设有一圈第二凸台，第二凸台的外圆周壁面采用圆弧形，同时第二盲孔内壁上设有一个与第二凸台匹配的第二凹槽，完成足底球9与足底球连接套8的装配，防止其在缓冲足结构与地面接触或抬离时脱出。

优选地，所述足底球9在本实施例中采用橡胶材料制成，进而在一定程度上对缓冲足结构与地面接触时产生的冲击进行吸收、减弱。同时，足底球9处所使用的材料、结构可以根据工况更换为采用相同连接形式但不同结构的组成部分，提高了本机器人缓冲足的通用性。

由于动力源输入形式多种多样，本实施例将根据不同的动力源采用对应的动力连接部1-1，例如：

当动力源采用电机键轴直接输入时，动力连接部1-1如图9所示。

当动力源采用电机配合谐波减速器输入时，动力连接部1-1如图10所示，其中内圈通孔为固定电机用，外圈螺纹孔为固定谐波减速器用。

在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：包括

起到支撑连接作用的足底支撑杆（3），

通过足端缓冲弹簧（2）与足底支撑杆（3）配合的足基节（1），同时足基节（1）顶部连接动力源，

套在足基节（1）下部且通过螺纹与足基节（1）配合的预紧调节紧固套（7），

套在足底支撑杆（3）上的预紧调节缓冲套（5），

位于预紧调节紧固套（7）内进行防松的紧固套防松弹簧（6）；

足底支撑杆（3）下部穿过紧固套防松弹簧（6）和预紧调节紧固套（7）后，通过足底球连接套（8）与足底球（9）连接；

足底支撑杆（3）上部外圆周上开有一圈第一凹槽，其内设置若干支撑杆润滑滚珠（4）。

2.根据权利要求1所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：足基节（1）包括连接动力源的动力连接部（1-1），以及固定在动力连接部（1-1）底面的缓冲圆柱（1-2），缓冲圆柱（1-2）自底面向上开有一个第一盲孔，足端缓冲弹簧（2）设置在第一盲孔内，足底支撑杆（3）顶端伸入第一盲孔抵住足端缓冲弹簧（2），缓冲圆柱（1-2）外圆周壁上自下向上开有外螺纹。

3.根据权利要求1或2所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：足底支撑杆（3）包括圆盘（3-1），以及固连在圆盘（3-1）底面中心的支撑杆（3-2），圆盘（3-1）的外圆周壁上开有一圈第一凹槽，圆盘（3-1）伸入第一盲孔抵住足端缓冲弹簧（2），若干支撑杆润滑滚珠（4）满装于第一凹槽内，预紧调节缓冲套（5）套在支撑杆（3-2）上，两者紧密配合，支撑杆（3-2）下部穿过紧固套防松弹簧（6）和预紧调节紧固套（7）后，通过足底球连接套（8）与足底球（9）连接。

4.根据权利要求2中任意一项所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：缓冲圆柱（1-2）压住紧固套防松弹簧（6）顶部。

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：预紧调节紧固套（7）顶部无端盖，底部中心设有圆孔，其内壁设有螺纹，紧固套防松弹簧（6）设置在预紧调节紧固套（7）内。

6.根据权利要求1或3所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：足底球（9）上设有第二盲孔，足底球连接套（8）通过过盈配合置于第二盲孔内。

7.根据权利要求6所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：足底球连接套（8）外圆周的上部设有一圈第二凸台，第二凸台的外圆周壁面采用圆弧形，同时第二盲孔内壁上设有一个与第二凸台匹配的第二凹槽，完成足底球（9）与足底球连接套（8）的装配，防止其在缓冲足结构与地面接触或抬离时脱出。

8.根据权利要求6所述的可调弹簧预紧力的机器人缓冲足，其特征在于：位于足端缓冲弹簧（2）两端且与足端缓冲弹簧（2）接触的足底支撑杆（3）和足基节（1）上设有第一凸台，用于足端缓冲弹簧（2）的定位与安装。