CN113232742B

CN113232742B - 机器人及其腿部组件

Info

Publication number: CN113232742B
Application number: CN202110609750.9A
Authority: CN
Inventors: 安忠玉; 宋亚龙
Original assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Current assignee: Guangdong Oppo Mobile Telecommunications Corp Ltd
Priority date: 2021-06-01
Filing date: 2021-06-01
Publication date: 2022-10-14
Anticipated expiration: 2041-06-01
Also published as: CN113232742A

Abstract

本申请提供了一种机器人及其腿部组件；该腿部组件包括：腿部支架以及足部机构；足部机构包括转换支架、驱动单元、第一运动单元以及第二运动单元；转换支架可相对于腿部支架转动，第一运动单元设于转换支架的一端，第二运动单元设于转换支架相对的另一端，驱动单元与腿部支架连接，并用于驱动转换支架转动，进而使得腿部组件可在第一工作状态或第二工作状态之间切换。该腿部组件通过设计一种可相对于腿部支架转动的转换支架，并在转换支架的两端设置不同的运动单元，转换支架可在驱动单元的驱动下转动，进而切换不同的运动单元与外部平面接触，可以根据不同的地面情况改变其足底工作状态，可以适应不同应用场景的地面状态。

Description

机器人及其腿部组件

技术领域

本发明涉及多足机器人腿部结构的技术领域，具体是涉及一种机器人及其腿部组件。

背景技术

常规技术中的四足机器狗结构，足底一般为固定模式，即足底与小腿固定连接，在机器人行走时，足底与地面直接接触。该种机器狗，其足底结构一般只有一种，行走模式单一，无法根据不同的地面环境改变足底结构。

发明内容

本申请实施例第一方面提供了一种用于机器人的腿部组件，包括：

腿部支架；

足部机构，包括转换支架、驱动单元、第一运动单元以及第二运动单元；

所述转换支架可相对于所述腿部支架转动，所述第一运动单元设于所述转换支架的一端，所述第二运动单元设于所述转换支架相对的另一端；

所述驱动单元与所述腿部支架连接，并用于驱动所述转换支架转动，进而使得所述腿部组件可在第一工作状态和第二工作状态之间切换；

其中，所述腿部组件处于第一工作状态时，所述第一运动单元用于站立或运动；所述腿部组件处于第二工作状态时，所述第二运动单元用于站立或运动。

第二方面，本申请实施例提供一种机器人，所述机器人包括躯干以及与所述躯干连接的多个腿部组件；

所述腿部组件包括：

腿部支架；

本申请实施例提供的用于机器人的腿部组件，通过设计一种可相对于腿部支架转动的转换支架，并在转换支架的两端设置不同的运动单元，转换支架可在驱动单元的驱动下转动，进而切换不同的运动单元与地面接触，可以根据不同的地面情况改变其足底工作状态，可以适应不同应用场景的地面状态，具有结构简单，可玩性以及适应性强的特点。

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是本申请用于机器人的腿部组件一实施例在第一工作状态的结构示意图；

图2是图1实施例中用于机器人的腿部组件在第二工作状态的结构示意图；

图3是图1实施例中用于机器人的腿部组件的结构拆分示意图；

图4是图1实施例中腿部组件在A-A处的结构剖视示意图；

图5是图2实施例中腿部组件在B-B处的结构剖视示意图；

图6是腿部组件另一实施例的结构剖视示意图；

图7是本申请腿部组件又一实施例的结构剖视示意图；

图8是本申请腿部组件还一实施例的结构剖视示意图；

图9是本申请机器人一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步的详细描述。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

请一并参阅图1和图2，图1是本申请用于机器人的腿部组件一实施例在第一工作状态的结构示意图，图2是图1实施例中用于机器人的腿部组件在第二工作状态的结构示意图；需要说明的是，本申请中的腿部组件可以是用在包括躯干以及若干腿部结构的机器人上，而机器人具有在控制系统的控制下，可以完成行走、跑、跳等功能的机器设备。比较典型的一种机器人结构为机器狗，也即一种包括躯干以及四条腿的机器人结构，当然，本实施例中的机器人也可以为包括两条、三条或者多条腿的结构，甚至可以是包括一条腿的结构，此处不做具体限定。其中，本实施例中用于机器人的腿部组件10包括但不限于腿部支架100以及足部机构200。需要说明的是，本申请实施例中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或组件。

具体而言，请一并参阅图3，图3是图1实施例中用于机器人的腿部组件的结构拆分示意图，本实施例中的足部机构200包括转换支架210、驱动单元220、第一运动单元230以及第二运动单元240。其中，转换支架210可以为不锈钢或者铝合金等材质制成。

可选地，所述转换支架210可相对于所述腿部支架100转动，所述第一运动单元230和所述第二运动单元240分别设于所述转换支架210的相对两端，即所述第一运动单元230设于所述转换支架210的一端，所述第二运动单元240设于所述转换支架210相对的另一端；所述驱动单元220与所述腿部支架100连接，并用于驱动所述转换支架210转动，进而使得所述腿部组件10可在第一工作状态(如图1中状态)和第二工作状态(如图2中状态)之间切换。

其中，所述腿部组件10处于第一工作状态(图1中状态)时，所述第一运动单元230接触地面，所述第二运动单元240远离地面；也即所述第一运动单元230用于站立或运动。所述腿部组件10处于第二工作状态(图2中状态)时，所述第二运动单元240接触地面，所述第一运动单元230远离地面。也即所述第二运动单元用于站立或运动。在本实施例中，具体是驱动单元220控制转换支架210转动180度完成腿部组件10在第一工作状态和第二工作状态的切换。需要说明的是，本实施例中机器人腿部组件的静止状态也是一种运动状态，可以看做是运动速率为零，其中，第一运动单元230和第二运动单元240不仅可以用于机器人的行走支撑，还可以用于机器人的静止站立支撑。

可选地，所述第一运动单元230包括滚轮单元，所述滚轮单元与所述转换支架210转动连接；在所述腿部组件10处于第一工作状态时，实现与地面的滚动接触，也即滚轮单元用于站立或运动。其中，请继续参阅图3，在本实施例中，所述滚轮单元包括滚动体231、轴承232、连接轴233以及缓冲体234，所述滚动体231套设于所述轴承232，滚动体231一般为刚性材料制成，譬如不锈钢、铝合金等。所述轴承232通过所述连接轴233与所述转换支架210连接，所述缓冲体234设于所述滚动体231的外周，也即滚动体231用于与外部平面(可以为地面)接触的表面，提高摩擦力，同时减缓地面对腿部的冲击。其中，所述缓冲体234可以是环状结构的橡胶圈，套设于滚动体231的外周，主要起到缓冲和防滑的作用。需要说明的是，本申请实施例中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

可选地，所述第二运动单元240可以是包括弹性块241，所述弹性块241与所述转换支架210固定连接，具体可以是弹性块241粘接或者卡接、螺钉连接等方式与所述转换支架210的端部固定，所述转换支架210的端部可以设有用于容置弹性块241的安装槽211，弹性块241固定于安装槽211内。其中，弹性块241的材质可以为橡胶。弹性块241一方面可以起到缓冲的作用，另一方面可以提高与地面的摩擦力。在所述腿部组件10处于第二工作状态(图2中状态)时，实现与外部平面(可以为地面)的抵接支撑。可选地，在一些其他实施例中，第二运动单元240还可以是其他结构，譬如不锈钢支撑块、或者更为复杂的履带结构等，此处不做具体介绍，本申请实施例中技术方案中的用于机器人腿部组件旨在通过驱动单元控制切换不同的足底结构与地面接触，进而适应不同的地面以及运动环境，因此对运动单元的具体形式可以不做限定。

可选地，请继续参阅图3，所述腿部支架100包括主体部130、第一连接部110以及第二连接部120；所述第一连接部110和所述第二连接部120分别与所述主体部连接130，其中，所述第一连接部110、所述第二连接部120以及所述主体部连接130可以是一体结构，腿部支架100的材质可以是硬质塑料或者不锈钢等。所述第一连接部110和所述第二连接部120之间形成有容置空间102，所述足部机构200的转换支架210至少部分设于所述容置空间102内，并可带动所述第一运动单元230以及第二运动单元240转入和/或转出所述容置空间102，当第一运动单元230或者第二运动单元240位于所述容置空间102内时，所述第一连接部110和所述第二连接部120可以对第一运动单元230、第二运动单元240以及转换支架210具有一定的保护作用，且从侧面来看，第一运动单元230或者第二运动单元240分别在第二工作状态以及第一工作状态下可以隐藏于容置空间102内，起到一定的简洁和美观性。

请一并参阅图3、图4以及图5，图4是图1实施例中腿部组件在A-A处的结构剖视示意图，图5是图2实施例中腿部组件在B-B处的结构剖视示意图；在本实施例中，所述转换支架210的中部设有连接孔2100，所述连接孔2100内插设有销轴250，所述转换支架210通过所述销轴250与所述腿部支架100转动连接。可选地，所述驱动单元220包括驱动电机221，所述驱动电机221固设于所述腿部支架100，本实施例的图示中，所述驱动电机221固设于所述腿部支架100的第二连接部120上，所述驱动电机221的输出轴插设于所述转换支架210的连接孔2100，具体可以是通过半轴卡接的方式连接。驱动电机221用于驱动所述转换支架210相对于所述腿部支架100转动；其中，所述销轴250的轴线与所述驱动电机221输出轴的轴线共线。即，销轴250的轴线和所述驱动电机221输出轴分别从两侧插设于转换支架210的连接孔2100内，也即所述销轴250从一侧插设于所述连接孔2100，所述驱动电机221输出轴从相对的另一侧插设于所述连接孔2100。

请参阅图6，图6是腿部组件另一实施例的结构剖视示意图，本实施例中的所述驱动单元220包括驱动电机221，所述驱动电机221固设于所述腿部支架100的第二连接部120，所述驱动电机221的输出轴与所述转换支架210连接，用于驱动所述转换支架210相对于所述腿部支架100转动。与前述实施例不同的是，本实施例中不再包括销轴，而是驱动电机221的输出轴贯穿转换支架210的连接孔2100设置。驱动电机221的输出轴同时作为转换支架210与腿部支架100转动连接的连接轴以及驱动转换支架210转动的传动轴。需要说明的是，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

本申请实施例提供的用于机器人的腿部组件，通过设计一种可相对于腿部支架转动的转换支架，并在转换支架的两端设置不同的运动单元(本申请实施例中与轮式以及足式两种运动单元结构为例进行了说明)，转换支架可在驱动单元的驱动下转动，进而切换不同的运动单元与地面接触，可以根据不同的地面情况改变其足底工作状态，可以适应不同应用场景的地面状态，具有结构简单，可玩性以及适应性强的特点。

可选地，请参阅图7，图7是本申请腿部组件又一实施例的结构剖视示意图，与前述实施例不同的是，本实施例中的腿部组件还包括分别设于所述腿部支架100和所述转换支架210上且相互配合的定位机构。本实施例中以磁性定位机构为例进行说明。具体而言，所述腿部支架100(本实施例图示中为在第一连接部110)上设有第一磁性定位件310，所述转换支架210上设有第二磁性定位件320以及第三磁性定位件330，在所述腿部组件处于第一工作状态时(图7中状态)，所述第一磁性定位件310与所述第二磁性定位件320对位配合，在所述腿部组件处于第二工作状态时(图中未示)，所述第一磁性定位件310与所述第三磁性定位件330对位配合，进而实现在所述腿部组件处于第一工作状态或第二工作状态时对转换支架210的定位。

可选地，所述第一磁性定位件310、所述第二磁性定位件320以及所述第三磁性定位件330均可以为永磁铁或者电磁线圈结构，此处不做具体限定。

请参阅图8，图8是本申请腿部组件还一实施例的结构剖视示意图，本实施例中的定位机构包括嵌设于腿部支架100的第一连接部110靠近容置空间102一侧面的滚珠340，滚珠340与弹簧顶持。转换支架210上设有用于滚珠340配合的卡槽(350、360)，在所述腿部组件处于第一工作状态或者第二工作状态时，所述滚珠340分别与不同的卡槽对位配合，进而实现在所述腿部组件处于第一工作状态或第二工作状态时对转换支架210的定位。

本申请实施例提供的用于机器人的腿部组件，通过设置定位机构，可以实现在所述腿部组件处于第一工作状态或第二工作状态时对转换支架的定位，释放了对驱动电机输出轴的定位功能，进而提高驱动电机的使用寿命。

请参阅图9，图9是本申请机器人一实施例的结构示意图，本实施例中的机器人包括躯干20以及与所述躯干20连接的多个腿部组件10(本实施例的图示中以四组机器狗的结构为例进行说明)。关于腿部组件10的详细结构请参阅前述实施例的相关描述。其中，机器人的躯干20内可以包括控制电路板以及用于驱动腿部结构运动的装置，关于这部分的详细特征在本领技术人员的理解范围内，此处亦不再赘述。

本申请实施例提供的用于机器人，其腿部组件通过设计一种可相对于腿部支架转动的转换支架，并在转换支架的两端设置不同的运动单元，转换支架可在驱动单元的驱动下转动，进而切换不同的运动单元与地面接触，可以根据不同的地面情况改变其足底工作状态，可以适应不同应用场景的地面状态，具有结构简单，可玩性以及适应性强的特点。

以上所述仅为本发明的部分实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效装置或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种用于机器人的腿部组件，其特征在于，包括：

腿部支架，包括主体部、第一连接部以及第二连接部；所述第一连接部和所述第二连接部分别与所述主体部连接，所述第一连接部和所述第二连接部之间形成有容置空间；

足部机构，包括转换支架、驱动单元、第一运动单元以及第二运动单元；所述转换支架至少部分设于所述腿部支架的容置空间内，并可带动所述第一运动单元以及第二运动单元转入和/或转出所述容置空间；

其中，所述腿部组件处于第一工作状态时，所述第一运动单元用于站立或运动；所述腿部组件处于第二工作状态时，所述第二运动单元用于站立或运动；

所述驱动单元包括驱动电机以及销轴，所述驱动电机固设于所述腿部支架，所述驱动电机的输出轴与所述转换支架连接，用于驱动所述转换支架相对于所述腿部支架转动；所述转换支架的中部设有连接孔，所述销轴插设于所述连接孔内，所述转换支架通过所述销轴与所述腿部支架转动连接；其中，所述销轴从一侧插设于所述连接孔，所述驱动电机输出轴从相对的另一侧插设于所述连接孔，所述销轴的轴线与所述驱动电机输出轴的轴线共线；

所述第一运动单元包括滚轮单元，所述滚轮单元与所述转换支架转动连接；在所述腿部组件处于第一工作状态时，用于站立或运动；所述滚轮单元包括滚动体、轴承、连接轴以及缓冲体，所述滚动体套设于所述轴承，所述轴承通过所述连接轴与所述转换支架连接，所述缓冲体设于所述滚动体与外部平面接触的表面；

所述腿部组件还包括设于所述腿部支架和所述转换支架上且相互配合的定位机构，所述定位机构用于实现在所述腿部组件处于第一工作状态或第二工作状态时对转换支架进行定位；

所述定位机构包括嵌设于所述腿部支架第一连接部靠近所述容置空间一侧面的滚珠，所述滚珠与弹簧顶持；所述转换支架上设有用于所述滚珠配合的卡槽，在所述腿部组件处于第一工作状态或者第二工作状态时，所述滚珠分别与不同的卡槽对位配合，进而实现在所述腿部组件处于第一工作状态或第二工作状态时对所述转换支架的定位。

2.根据权利要求1所述的腿部组件，其特征在于，所述第二运动单元包括弹性块，所述弹性块与所述转换支架固定连接；在所述腿部组件处于第二工作状态时，实现与外部平面的抵接支撑。

3.根据权利要求2所述的腿部组件，其特征在于，所述弹性块的材质为橡胶。

4.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括躯干以及与所述躯干连接的多个如权利要求1-3任一项所述的腿部组件。