CN113022735B - 一种足式机器人关节储能与释放机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种足式机器人关节储能与释放机构，包括电磁离合器、弹簧储能器和单向连接器；弹簧储能器包括连接盘、主动毂、螺旋弹簧、前板和后板，驱动舵机的输出轴通过电磁离合器与主动毂传动连接，前板和后板分别设置在主动毂的两侧，前板和后板分别与连接盘固连，连接盘与主动关节固连，主动毂、前板和后板轴分别周向开有多个均布的弹簧窗口，弹簧窗口内有设置有螺旋弹簧，螺旋弹簧的两端分别抵接在弹簧窗口的两端，主动毂能够相对前板和后板转动；单向连接器包括棘齿轮、棘片、片弹簧和被动关节，棘齿轮与浮动齿圈固连，被动关节与输出轴固连。本发明提高了机器人弹跳越障能力，也能够减缓跳跃起落中的振动冲击。

Description

一种足式机器人关节储能与释放机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别是涉及一种足式机器人关节储能与释放机构。
背景技术
目前，业内常用的现有技术中，足式机器人在髋关节安装舵机驱动大腿，在髋关节安装舵机并通过皮带传动驱动小腿，机器人的运动姿态依靠舵机的高精度转矩控制。
对现有技术中的足式机器人，存在的问题是：机器人在跳跃过程中，需要驱动舵机瞬间输出较大的力矩，要求驱动舵机具有瞬时大功率和较大的电能储备；机器人跳跃起落过程中的冲击会增大驱动舵机和四肢的动态载荷，影响机器人的可靠性，不利于机器人适应野外的工作环境。
发明内容
本发明的目的是提供一种足式机器人关节储能与释放机构，以解决上述现有技术存在的问题，提高机器人弹跳越障能力和减缓跳跃起落中的振动冲击。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供了一种足式机器人关节储能与释放机构，包括电磁离合器、弹簧储能器和单向连接器；
所述弹簧储能器包括连接盘、主动毂、螺旋弹簧、前板和后板，驱动舵机的输出轴通过所述电磁离合器与所述主动毂传动连接，所述主动毂与所述电磁离合器中的浮动齿圈固连，所述前板和所述后板分别设置在所述主动毂的两侧，所述前板与所述主动毂之间、所述后板与所述主动毂之间分别夹设有一个阻尼片，所述前板和所述后板分别与所述连接盘固连，所述连接盘与主动关节固连，所述主动毂、所述前板和所述后板轴分别周向开有多个均布的弹簧窗口，所述主动毂、所述前板和所述后板上的所述弹簧窗口一一对应，所述弹簧窗口内有设置有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的两端分别抵接在所述弹簧窗口的两端，所述主动毂能够相对所述前板和所述后板转动；
所述单向连接器包括棘齿轮、棘片、片弹簧和被动关节，所述棘齿轮与所述浮动齿圈固连，所述棘片通过第二铆钉与所述被动关节转动连接，所述棘片能够以所述第二铆钉为轴转动，所述片弹簧固设在所述被动关节上，所述片弹簧与所述棘片一一对应，且所述片弹簧能够将对应的所述棘片按压在所述棘齿轮的齿槽内，所述被动关节与所述输出轴固连。
优选的，所述电磁离合器包括线圈、磁轭、衔铁、内齿摩擦片、外齿碟片和所述浮动齿圈；所述衔铁与所述内齿摩擦片固连，所述内齿摩擦片与驱动舵机的输出轴传动连接，且所述内齿摩擦片能够沿所述输出轴的轴向滑动；所述磁轭与所述输出轴固连，所述线圈缠绕在所述磁轭的内部；所述外齿碟片位于所述内齿摩擦片和磁轭之间；所述浮动齿圈的内齿与所述外齿碟片连接，所述浮动齿圈的外齿与所述主动毂连接。
优选的，所述前板、所述后板和所述连接盘通过多个第一铆钉固连。
优选的，所述浮动齿圈用挡圈定位。
优选的，多个所述棘片分为两圈对称分布。
优选的，所述连接盘通过周向均布的螺栓与所述主动关节固连。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明的足式机器人关节储能与释放机构提高了机器人弹跳越障能力，也能够减缓跳跃起落中的振动冲击。本发明足式机器人关节储能与释放机构通过在跳跃前储存驱动舵机的能量，跳跃时瞬时释放能量起跳，落地时减缓振动冲击并储存落地能量，本发明足式机器人关节储能与释放机构具有节能、减振、降载和提高寿命的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本发明足式机器人关节储能与释放机构的结构示意图；
图2为图1的A-A截面示意图；
图3为图1的B-B截面示意图；
图4为图1的C-C截面示意图；
图5为本发明足式机器人关节储能与释放机构在储能状态的结构示意图；
图6为本发明足式机器人关节储能与释放机构在储能状态的部分结构示意图；
图7为本发明足式机器人关节储能与释放机构在释放状态的结构示意图；
图8为本发明足式机器人关节储能与释放机构在释放状态的部分结构示意图；
其中：100、足式机器人关节储能与释放机构；1、输出轴；2、衔铁；3、内齿摩擦片；4、外齿碟片；5、后板；6、第一铆钉；7、阻尼片；8、螺旋弹簧；9、主动毂；10、前板；11、连接盘；12、挡圈；13、磁轭；14、线圈；15、浮动齿圈；16、棘齿轮；17、第二铆钉；18、棘片；19、被动关节；20、单向连接器；21、弹簧储能器；22、电磁离合器；23、片弹簧。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的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。
本发明的目的是提供一种足式机器人关节储能与释放机构，以解决上述现有技术存在的问题，提高机器人弹跳越障能力和减缓跳跃起落中的振动冲击。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1至图8所示：本实施例提供了一种足式机器人关节储能与释放机构100，包括电磁离合器22、弹簧储能器21和单向连接器20。
其中，电磁离合器22包括线圈14、磁轭13、衔铁2、内齿摩擦片3、外齿碟片4和浮动齿圈15；衔铁2与内齿摩擦片3固连，内齿摩擦片3与驱动舵机的输出轴1传动连接，且内齿摩擦片3能够沿输出轴1的轴向滑动；磁轭13与输出轴1固连，线圈14缠绕在磁轭13的内部；外齿碟片4位于内齿摩擦片3和磁轭13之间；浮动齿圈15的内齿与外齿碟片4连接，浮动齿圈15的外齿与弹簧储能器21中的主动毂9连接，浮动齿圈15用挡圈12定位。
弹簧储能器21包括连接盘11、主动毂9、螺旋弹簧8、前板10和后板5，驱动舵机的输出轴1通过电磁离合器22与主动毂9传动连接，主动毂9与电磁离合器22中的浮动齿圈15固连，前板10和后板5分别设置在主动毂9 的两侧，前板10与主动毂9之间、后板5与主动毂9之间分别夹设有一个阻尼片7，前板10和后板5分别与连接盘11固连，在本实施例中，前板10、后板5和连接盘11通过多个第一铆钉6固连，连接盘11通过周向均布的螺栓与主动关节固连，主动毂9、前板10和后板5轴分别周向开有多个均布的弹簧窗口，主动毂9、前板10和后板5上的弹簧窗口一一对应，弹簧窗口内有设置有螺旋弹簧8，螺旋弹簧8的两端分别抵接在弹簧窗口的两端，主动毂9能够相对前板10和后板5转动；
单向连接器20包括棘齿轮16、棘片18、片弹簧23和被动关节19，棘齿轮16与浮动齿圈15固连，棘片18通过第二铆钉17与被动关节19转动连接，棘片18能够以第二铆钉17为轴转动，片弹簧23固设在被动关节19上，片弹簧23与棘片18一一对应，且片弹簧23能够将对应的棘片18按压在棘齿轮16的齿槽内，被动关节19与输出轴1固连。多个棘片18分为两圈对称分布，以保证至少有两个棘片18同时插入棘齿轮16的齿槽。
本实施例足式机器人关节储能与释放机构100的工作原理如下：
机器人驱动舵机工作，旋转，带动被动关节19旋转，且此时电磁离合器 22不通电，弹簧储能器21不工作；
当机器人准备跳跃时，电磁离合器22接通电源，电磁离合器22工作，衔铁2带动内齿摩擦片3移动，压紧外齿碟片4，驱动舵机输出轴1和浮动齿圈15连接到一起逆时针旋转(以图3的视角为准)，带动主动毂9和棘齿轮16逆时针旋转；棘齿轮16逆时针转动，推动棘片18压缩片弹簧23，使棘片18离开棘齿轮16齿槽，棘齿轮16与被动关节19脱开；主动毂9逆时针旋转，由于螺旋弹簧8在窗口内，两端均与主动毂9和前板10、后板5接触，主动毂9通过其窗口边压缩螺旋弹簧8，螺旋弹簧8另一端被前板10和后板5顶住，弹簧被压缩，储存能量；
储能完毕后，电磁离合器22断电，外齿碟片4伸张，推开衔铁2，电磁离合器22脱开，驱动舵机输出轴1与浮动齿圈15脱开，弹簧储能器21储存能量快速释放，螺旋弹簧8伸张，推动主动毂9顺时针旋转，带动浮动齿圈 15顺时针转动，浮动齿圈15带动棘齿轮16顺时针旋转，棘片18卡入棘齿轮16齿槽，弹簧伸张的转矩通过主动毂9、浮动齿圈15、棘齿轮16、棘片18，瞬间作用到被动关节19上，快速推开被动关节19，机器人实现跳跃；在电磁离合器22断电的同时，驱动舵机也可以反向工作，推动被动关节19 反向旋转，和储能与释放机构共同作用，使机器人跳跃起来。
在机器人四肢落地后，关节收缩，被动关节19通过棘片18、棘齿轮16、浮动齿圈15、主动毂9反向传力给螺旋弹簧8，螺旋弹簧8被压缩，吸收落地的振动冲击能量，减缓振动和冲击。
在机器人起跳和落地过程中，弹簧储能器21里的阻尼片7和前板10、主动毂9、被动片之间产生摩擦，起到阻尼作用，衰减振动能量。而电磁离合器22的内齿摩擦片3和外齿碟片4的摩擦力矩有最大限制，在过载时打滑，起到保护作用。机器人弹跳可以选择弹簧储能器21单独释放能量起跳，也可以和驱动舵机共同作用起跳。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种足式机器人关节储能与释放机构，其特征在于：包括电磁离合器、弹簧储能器和单向连接器；
所述弹簧储能器包括连接盘、主动毂、螺旋弹簧、前板和后板，驱动舵机的输出轴通过所述电磁离合器与所述主动毂传动连接，所述主动毂与所述电磁离合器中的浮动齿圈固连，所述前板和所述后板分别设置在所述主动毂的两侧，所述前板与所述主动毂之间、所述后板与所述主动毂之间分别夹设有一个阻尼片，所述前板和所述后板分别与所述连接盘固连，所述连接盘与主动关节固连，所述主动毂、所述前板和所述后板轴分别周向开有多个均布的弹簧窗口，所述主动毂、所述前板和所述后板上的所述弹簧窗口一一对应，所述弹簧窗口内有设置有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的两端分别抵接在所述弹簧窗口的两端，所述主动毂能够相对所述前板和所述后板转动；
所述单向连接器包括棘齿轮、棘片、片弹簧和被动关节，所述棘齿轮与所述浮动齿圈固连，所述棘片通过第二铆钉与所述被动关节转动连接，所述棘片能够以所述第二铆钉为轴转动，所述片弹簧固设在所述被动关节上，所述片弹簧与所述棘片一一对应，且所述片弹簧能够将对应的所述棘片按压在所述棘齿轮的齿槽内，所述被动关节与所述输出轴固连；多个所述棘片分为两圈对称分布。
2.根据权利要求1所述的足式机器人关节储能与释放机构，其特征在于：所述电磁离合器包括线圈、磁轭、衔铁、内齿摩擦片、外齿碟片和所述浮动齿圈；所述衔铁与所述内齿摩擦片固连，所述内齿摩擦片与驱动舵机的输出轴传动连接，且所述内齿摩擦片能够沿所述输出轴的轴向滑动；所述磁轭与所述输出轴固连，所述线圈缠绕在所述磁轭的内部；所述外齿碟片位于所述内齿摩擦片和磁轭之间；所述浮动齿圈的内齿与所述外齿碟片连接，所述浮动齿圈的外齿与所述主动毂连接。
3.根据权利要求1所述的足式机器人关节储能与释放机构，其特征在于：所述前板、所述后板和所述连接盘通过多个第一铆钉固连。
4.根据权利要求1所述的足式机器人关节储能与释放机构，其特征在于：所述浮动齿圈用挡圈定位。
5.根据权利要求1所述的足式机器人关节储能与释放机构，其特征在于：所述连接盘通过周向均布的螺栓与所述主动关节固连。
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