CN114475846B - 一种足端触地结构、支腿及足式仿生机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种足端触地结构、支腿及足式仿生机器人，属于机器人技术领域，足端触地结构包括触地件和过渡件；触地件用于连接腿部件，触地件具有弹性，并用于与支撑面抵接；过渡件连接于触地件，并与触地件共同围设形成至少一个空腔；其中，触地件在受到挤压力时能使得空腔体积变小，以增大空腔内的压强，进而缓冲支腿受到的冲击力；支腿包括上述足端触地结构；足式仿生机器人包括上述支腿。本申请旨在解决现有技术中机器人行走过程中平稳性差的技术问题。

Description

一种足端触地结构、支腿及足式仿生机器人

技术领域

本申请属于机器人技术领域，尤其涉及一种足端触地结构、支腿及足式仿生机器人。

背景技术

目前，仿生机器人领域，尤其是足式仿生机器人的应用非常广泛，足式仿生机器人在行走的过程中其足端与支撑面会间断性抵接，在机器人的足端与支撑面接触时，支撑面会对足端产生冲击力，该冲击力通过足端向腿部传递，进而传递至机器人的身体部位，从而易使机器人整体产生震动，造成机器人在行走过程中平稳性差的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种足端触地结构、支腿及足式仿生机器人，旨在解决现有技术中足式仿生机器人行走过程中平稳性差的技术问题。

本申请的第一目的在于提供一种足端触地结构，应用于支腿，包括：

触地件，用于连接所述支腿，所述触地件具有弹性，且能够产生弹性变形，并用于与支撑面抵接；及

过渡件，连接于所述触地件，并与所述触地件共同围设形成至少一个空腔；

其中，所述触地件在受到挤压力时能使得所述空腔体积变化，以增大所述触地件的形变量，并通过所述空腔吸收冲击能量，进而缓冲所述支腿受到的冲击力。

进一步地，所述空腔设有多个，多个所述空腔间隔并列设置。

进一步地，所述空腔设有两个，其中一所述空腔环设其中另一所述空腔。

进一步地，所述触地件具有第一连接面，所述第一连接面上凸设有定位体，所述定位体的端面开设有第一凹槽；所述定位体与所述过渡件连接，以使所述第一凹槽形成其中一所述空腔。

进一步地，所述第一连接面上还开设有第二凹槽，所述第二凹槽位于所述定位体的侧部或环设于所述第一凹槽的外周，所述触地件与所述过渡件连接，以使所述第二凹槽形成其中另一所述空腔。

进一步地，所述空腔为密闭腔，所述触地件在受到挤压力时能使得所述密闭腔体积变小，以增大所述密闭腔内的压强，进而缓冲所述支腿受到的冲击力。

进一步地，所述过渡件上开设有定位槽，所述定位体与所述定位槽插接配合，且所述定位槽的槽底能够封闭所述第一凹槽以形成一所述空腔；所述第二凹槽能够通过所述过渡件封闭，以形成另一所述空腔。

进一步地，所述第二凹槽的槽底开设有至少一个导向槽，所述过渡件的与所述触地件连接的连接端设有导向柱，所述导向柱的数量与所述导向槽数量相同，且各所述导向柱与各所述导向槽分别对应插接配合。

进一步地，所述触地件具有用于与支撑面抵接的抵接面，所述抵接面为平面、球面或圆弧面。

进一步地，所述触地件的用于与支撑面抵接的抵接面上凸设有多个触地凸起，所述触地凸起间隔阵列排布。

本申请的第二目的在于提供一种支腿，应用于足式仿生机器人，包括腿主体及如上述任一项所述的足端触地结构，所述足端触地结构连接于所述腿主体的端部。

进一步地，还包括连接组件，用于将所述触地件和所述过渡件紧固于所述腿主体；所述连接组件至少包括设有外螺纹的螺杆，所述螺杆具有连接端和自由端，所述连接端连接于所述腿主体，所述自由端隐藏于所述触地件内。

本申请的第三目的在于提供一种足式仿生机器人，包括机器人主体及至少两个如上述的支腿，所述支腿连接于所述机器人主体，以对所述机器人主体进行支撑。

本申请相对于现有技术的有益效果是：与现有技术相比，本足端触地结构、支腿及足式仿生机器人首先通过具有弹性的触地件与支撑面接触，从而起到缓冲支撑面冲击力的作用，更重要的是，足端触地结构通过增设过渡件，使过渡件与触地件连接，过渡件能够与触地件连接并形成空腔，从而使得足端触地结构在受到支撑面等外界环境产生的作用力时，空腔发生变形，从而能够增大触地件的变形量，另外，空腔的体积发生变化，通过空腔地体积变化吸收冲击过程中产生的能量，形成气垫效果，从而进一步缓冲足端触地结构和支腿受到的冲击力，起到减震缓冲的作用，能够进一步提高足式仿生机器人行走过程中的平稳性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例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，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请实施例提供的一种足端触地结构的结构示意图一；

图2是本申请实施例提供的一种足端触地结构的结构示意图二；

图3是图2的轴测图；

图4是图1中触地件的结构示意图一；

图5是图1中触地件的结构示意图二；

图6是图1中过渡件的结构示意图一；

图7是图1中过渡件的结构示意图二；

图8是本申请实施例提供的一种支腿的结构示意图一；

图9是本申请实施例提供的一种支腿的结构示意图二；

图10是图8的B-B视图；

图11是图10的C-C视图；

图12是本申请实施例提供的一种支腿在连接组件位置的剖视图；

图13是图12的D-D视图；

图14是图1中支腿的结构示意图一；

图15是图1中支腿的结构示意图二；

图16是图1中触地件表面切口的位置结构示意图一；

图17是图1中触地件表面切口的位置结构示意图二。

附图标记说明：1、腿主体；11、安装槽；2、触地件；21、第一连接面；22、定位体；221、第一凹槽；23、第二凹槽；24、导向槽；25、抵接面；26、触地凸起；3、过渡件；31、定位槽；32、导向柱；4、空腔；41、第一空腔；42、第二空腔；421、第一腔体；422、第二腔体；5、连接组件；6、卡接结构；7、切口；8、垂线。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上部”、“下部”、“朝上”、“竖直”、“水平”、“底”、“内”、“外”、“内侧”、“外侧”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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。

请参阅图1-7所示，本申请实施例目的是提供的一种足端触地结构，应用于支腿，足端触地结构包括触地件2和过渡件3；触地件2用于连接支腿上，触地件2具有弹性，且能够产生弹性变形，并用于与支撑面抵接；过渡件3连接于触地件2，并与触地件2共同围设形成至少一个空腔4；其中，触地件2在受到挤压力时能使得空腔4体积变化，以增大触地件2的形变量，并通过空腔4吸收冲击能量，进而缓冲支腿受到的冲击力。

具体地，触地件2采用弹性材料制备，以使得触地件2具有一定的弹性，主要用于使触地件2在接触支撑面时，能够缓冲支撑面对支腿的冲击力，对支腿的受力起到缓冲的作用，其中支撑面为足式仿生机器人的行走的表面，当足式仿生机器人在地面上行走时，地面即为支撑面可以为地面；触地件2能够连接于支腿的腿部件的端部，触地件2与过渡件3之间可通过粘接、过盈插接或借助卡接结构6连接等方式实现二者的固定，卡接结构6可采用插接板，通过在触地件2和过渡件3相插接(交叉)的位置分别开设插接孔，通过插接板与插接孔插接配合，从而实现了地件2与过渡件3的锁接固定。

过渡件3的外形可呈圆柱形或方柱形或其它棱柱形，过渡件3采用圆柱体或方形柱体进行制备，过渡件3具有相对设置的两侧，过渡件3的一侧与触地件2连接，过渡件3能够与触地件2共同围设形成至少一个空腔4，空腔4能够与外界大气连通，从而使得形变更大，或不与外界大气连通从而形成密封腔。

空腔4能够在触地件2受到挤压时产生变形，进而体积发生变化，也就是说触地件2受到支撑面冲击挤压后发生弹性变形，从而使得形成的空腔4的至少一个侧面(部位)发生弹性变形，进而增大触地件2的形变量，有利于提高缓冲效果，空腔4的体积改变，能使空腔4吸收冲击能量，形成缓冲气垫，从而能够对支腿起到缓冲减震的作用。

在本实施方式中，本足端触地结构首先通过具有弹性的触地件2与支撑面接触，从而起到缓冲支撑面冲击力的作用，另外，通过增设过渡件3，使过渡件3与触地件2连接，且过渡件3能够与触地件2连接并形成空腔4，从而使得足端触地结构在受到支撑面等外界环境产生的作用力时，空腔4的体积发生变化，进而增大触地件2的形变量，有利于提高缓冲效果，空腔4的体积改变，能使空腔4吸收冲击能量，形成气垫效果，从而进一步缓冲足端触地结构及支腿受到的冲击力，起到减震缓冲的作用，能够进一步提高足式仿生机器人行走过程中的平稳性。

在一个实施例中，参照图1和图10所示，空腔4设有多个，多个空腔4间隔并列设置。

在本实施方式中，多个空腔4间隔且独立设置，通过设置多个独立不连通的空腔4，在触地件2受到支撑面的冲击力时，多个空腔4能够同时变形，从而增大触地件2的形变量，吸收更多的冲击能量，从而提高减震缓冲的效果。

在一个实施例中，参照图1和图4所示，空腔4设有两个，其中一空腔4环设其中另一空腔4。

在本实施方式中，一空腔4环设在另一空腔4的外周，两个空腔4独立不连通，两空腔4能够同时变形，从而增大触地件2的形变量，吸收更多的冲击能量，从而提高减震缓冲的效果。

在一个实施例中，参照图1-7所示，空腔为密闭腔，所述触地件在受到挤压力时能使得所述密闭腔体积变小，以增大所述密闭腔内的压强，进而缓冲所述支腿受到的冲击力

其中，触地件2在受到挤压力时能使得空腔4体积变小，以增大空腔4内的压强，进而缓冲腿主体1或支腿受到的冲击力。

具体地，一种空腔4的设计方式为：在过渡件3的一侧设有槽体，触地件2的连接面能够抵接于槽体的槽口，并将槽口封闭，以形成空腔4；另一种空腔4的设计方式为：在触地件2的与过渡件3连接的连接面上开设槽体，过渡件3的一侧能够抵接于槽体的槽口，并将槽口封闭，以形成空腔4

空腔4能够在触地件2受到挤压时产生变形，进而体积变小，也就是说触地件2受到支撑面冲击挤压后发生弹性变形，从而使得形成的空腔4的至少一个侧面(部位)发生弹性变形，进而使空腔4的体积缩小，空腔4内的压强增大，形成缓冲气垫，从而能够对支腿起到缓冲减震的作用

在本实施方式中，本足端触地结构首先通过具有弹性的触地件2与支撑面接触，从而起到缓冲支撑面冲击力的作用，另外，通过增设过渡件3，使过渡件3与触地件2连接，且过渡件3能够与触地件2连接并形成空腔4，从而使得足端触地结构在受到支撑面等外界环境产生的作用力时，空腔4的体积减小，进而使得空腔4内的气体压强增大，形成气垫效果，从而进一步缓冲足端触地结构及支腿受到的冲击力，起到减震缓冲的作用，能够进一步提高足式仿生机器人行走过程中的平稳性

在一个实施例中，参照图1所示，触地件2具有用于与支撑面抵接的抵接面25，抵接面25为平面、球面或圆弧面，抵接面25的垂线8或抵接面25的切面的垂线8能够经过至少一个空腔4。

具体地，触地件2的抵接面25可以为平面，也可以为曲面；当触地件2的抵接面25为平面时，抵接面25的垂线8能够穿过至少一个空腔4，当触地件2的抵接面25为曲面时，抵接面25的切面的垂线8能够穿过至少一个空腔4；也就是说，支撑面对触地件2的冲击力的作用线能够穿过至少一个空腔4。

在本实施方式中，通过空腔4地体积减小、压强增大来达到缓冲冲击力的作用，故应使得冲击力的力作用线能够直接作用于空腔4，其缓冲效果最好；由于足式仿生机器人行走时，冲击力一般垂直作用于触地件2的抵接面25或抵接面25的切面，故使得抵接面25的垂线8或抵接面25的切面的垂线8能够经过空腔4，能够使的空腔4的缓冲效果达到最佳。

进一步地，参照图1-5所示，触地件2的用于与支撑面抵接的抵接面25上凸设有多个触地凸起26，触地凸起26间隔阵列排布。

在本实施方式中，触地件2呈块体状，触地件2的外表面为球面或圆弧面，触地凸起26为在球面或圆弧面上呈弧线形延伸设置的凸起，多个触地凸起26之间间隔且平行排布，触地凸起26采用弹性材料制备，具有一定的弹性，多个触地凸起26用于直接与支撑面抵接，起到弹性缓冲的作用。

在一个实施例中，参照图1和图4所示，空腔4设有两个，其中一空腔4环设其中另一空腔4；为了描述的方便和清楚，定义两个空腔4的名称分别为第一空腔41和第二空腔42，第二空腔42环设于第一空腔41的外周，垂线8至少经过第一空腔41。

具体地，参见图1-5所示，触地件2具有第一连接面21，第一连接面21可以为平面，第一连接面21上凸设有定位体22，定位体22上开设有第一凹槽221；过渡件3呈立方体状，过渡件3的一侧面上开设有定位槽31，定位槽31与定位体22插接配合，且定位槽31的槽底能够封闭第一凹槽221以形成第一空腔41，也就是说，定位体22插接于定位槽31中，且定位槽31的槽底抵接于定位体22的槽口端面上，并将第一凹槽221的槽口封闭，以形成第一空腔41。

进一步地，参照图4所示，第一连接面21上还开设有第二凹槽23，第二凹槽23开设于定位体22的外侧并环设于第一凹槽221的外周，第二凹槽23为环形凹槽，第二凹槽23的环绕形状为矩形环，第二凹槽23能够通过过渡件3封闭，以形成第二空腔42，第二凹槽23的深度可小于第一凹槽221的深度。

在本实施方式中，通过设置两个空腔4(第一空腔41和第二空腔42)，在触地件2受到冲击力时，两个空腔4均能起到缓冲减震的作用，从而能够增强缓冲效果，减轻震动，使机器人行走过程更加平稳。

进一步地，第二空腔42又可通过分隔凸起将第二空腔42分隔成两个独立密闭的第一腔体421和第二腔体422，第一腔体421和第二腔体422分别位于第一空腔41的两侧，并对称设置，分隔凸起可设置在触地件2的第一连接面21上或连接在过渡件3的与触地件2接触的一侧面上，此分隔凸起可采用下述的导向柱32。

在一个实施例中，参照图4-7及所示，第二凹槽23的槽底开设有至少一个导向槽24，导向槽24设有四个，过渡件3的与触地件2连接的连接端设有四个导向柱32，导向柱32凸设于过渡件3的与触地件2接触的一面，并位于第二凹槽23的四角位置，导向柱32的数量与导向槽24数量一致，并与导向槽24的位置对应设置，且各导向柱32与各导向槽24分别对应插接配合。

在本实施方式中，导向柱32和导向槽24的设计能够方便过渡件3与触地件2组对连接并定位，有利于触地件2与过渡件3牢固连接，整体结构更加紧凑。

参照图8-17所示，本申请的第二目的在于提供一种支腿，应用于足式仿生机器人，支腿包括腿主体1及如上述的足端触地结构，足端触地结构连接于腿主体1的端部。

具体地，参照图14和图15所示，腿主体1呈线状向两端延伸，腿主体1的线状延伸轨迹可以包括直线状、曲线状以及其他折线状，此处对腿主体1的形状不作限定；腿主体1的一延伸端用于连接于足式仿生机器人的机器人主体(机器人的机身)上，腿主体1的另一延伸端与触地件2和过渡件3连接，具体地，触地件2的第一连接面21与腿本体的另一延伸端连接，腿主体1的另一延伸端可设有安装槽11，以使得过渡件3能够部分插接于安装槽11中，过渡件3能够隐藏于腿主体1和触地件2之间，过渡件3与腿主体1(的安装槽11)的连接可以采用过盈配合或粘接的方式连接，从而实现过渡件3与腿主体1的安装定位；触地件2与腿主体1之间可通过粘接、过盈插接或借助连接组件5等方式实现二者的连接，连接组件5可采用螺栓组件。

在本实施方式中，触地件2具有弹性，并用于与支撑面抵接，从而对腿主体1起到缓冲支撑面冲击力的作用；另外，通过增设过渡件3，过渡件3设置于腿主体1和触地件2之间，并能够隐藏于腿主体1和触地件2之间，且过渡件3与触地件2共同围设形成至少一个空腔4，从而使得足端触地结构在受到支撑面等外界环境产生的作用力时，空腔4的体积减小，进而使得空腔4内的气体压强增大，形成气垫效果，从而进一步缓冲足端触地结构及支腿受到的冲击力，起到减震缓冲的作用，能够进一步提高足式仿生机器人行走过程中的平稳性。

在一个实施例中，参照图12所示，支腿还包括连接组件5，连接组件5用于将触地件2和过渡件3紧固于腿主体1，连接组件5能够分别与触地件2、过渡件3以及支腿连接。

具体地，连接组件5至少包括设有外螺纹的螺杆，螺杆具有连接端和自由端，外螺纹设于螺杆的连接端，螺杆的连接端连接于腿主体1，连接端能够与腿主体1上设有内螺纹的螺纹孔连接，螺杆的自由端设有螺杆帽体，螺杆的自由端能够隐藏于触地件2内，触地件2上开设有供螺杆插入的切口7，参照图15和图16所示，螺杆能够通过切口7插入触地件2的内部，并使得螺杆的自由端隐藏于触地件2的内部；过渡件3上对应设有与螺杆连接的通孔或螺纹孔，并且腿主体1的连接面上同样对应开设螺纹孔，使得螺栓的连接端以及中部的杆体部位通过触地件2的切口7以及过渡件3的通孔或螺纹孔与肢体的螺纹孔连接，从而现在了连接组件5对触地件2、过渡件3以及腿主体1的连接固定。

在本实施方式中，螺杆的端部能够隐藏于触地件2的内部，触地件2的切口7能够在弹性材料的相互弹性挤压力作用下，在触地件2的外表面只露出很小缝隙，从而起到了隐藏的效果，进而保证了连接组件5的隐藏效果。

本申请的第三目的在于提供一种足式仿生机器人，足式仿生机器人包括机器人主体及至少两个如上述的支腿，支腿连接于机器人主体，以对机器人主体进行支撑。

具体地，支腿与机器人主体的连接方式可采用可拆卸连接，本实施方式中，支腿可设有四个或六个，四个足端触地结构中两两相对设置，组成四足仿生机器人，六个足端触地结构中，三个组成一组，两组足端触地结构对称设置于两侧，组成六足仿生机器人。

在本实施方式中，本足式仿生机器人通过连接具有空腔4的足端触地结构实现支撑，过渡件3能够与触地件2连接并形成空腔4，从而使得足端触地结构在受到支撑面等外界环境产生的作用力时，空腔4的体积减小，进而使得空腔4内的气体压强增大，形成气垫效果；另外，其中的触地件2本身采用弹性材料制备，触地件2与支撑面接触能够进一步缓冲足端触地结构受到的冲击力，起到减震缓冲的作用，能够进一步提高足式仿生机器人行走过程中的平稳性。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，仅具体描述了本申请的技术原理，这些描述只是为了解释本申请的原理，不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处解释，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，及本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其他具体实施方式，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种足端触地结构，应用于支腿，其特征在于，包括：

触地件，用于连接所述支腿，所述触地件具有弹性，且能够产生弹性变形，并用于与支撑面抵接；所述触地件具有用于与所述支撑面抵接的抵接面；所述触地件具有第一连接面，所述第一连接面上凸设有定位体，所述定位体的端面开设有第一凹槽；所述第一连接面上还开设有第二凹槽，所述第二凹槽环设于所述第一凹槽的外周；及

过渡件，连接于所述触地件，并与所述触地件共同围设形成空腔；所述空腔包括第一空腔和第二空腔，所述第一空腔和所述第二空腔独立且不连通，所述第二空腔环设于所述第一空腔的外周，所述抵接面的垂线至少经过所述第一空腔；所述过渡件上开设有定位槽，所述定位体与所述定位槽插接配合，且所述定位槽的槽底能够封闭所述第一凹槽以形成所述第一空腔；所述第二凹槽能够通过所述过渡件封闭，以形成所述第二空腔；

其中，所述触地件在受到挤压力时能使得所述空腔体积变化，以增大所述触地件的形变量，并通过所述空腔吸收冲击能量，进而缓冲所述支腿受到的冲击力。

2.如权利要求1所述的一种足端触地结构，其特征在于，所述空腔为密闭腔，所述触地件在受到挤压力时能使得所述密闭腔体积变小，以增大所述密闭腔内的压强，进而缓冲所述支腿受到的冲击力。

3.如权利要求1所述的一种足端触地结构，其特征在于，所述第二凹槽的槽底开设有至少一个导向槽，所述过渡件的与所述触地件连接的连接端设有导向柱，所述导向柱的数量与所述导向槽数量相同，且各所述导向柱与各所述导向槽分别对应插接配合。

4.如权利要求1所述的一种足端触地结构，其特征在于，所述抵接面为平面、球面或圆弧面。

5.如权利要求1所述的一种足端触地结构，其特征在于，所述触地件的用于与支撑面抵接的抵接面上凸设有多个触地凸起，所述触地凸起间隔阵列排布。

6.一种支腿，应用于足式仿生机器人，其特征在于，包括腿主体及如权利要求1-5任一项所述的足端触地结构，所述足端触地结构连接于所述腿主体的端部。

7.如权利要求6所述的一种支腿，其特征在于，还包括连接组件，用于将所述触地件和所述过渡件紧固于所述腿主体；所述连接组件至少包括设有外螺纹的螺杆，所述螺杆具有连接端和自由端，所述连接端连接于所述腿主体，所述自由端隐藏于所述触地件内。

8.一种足式仿生机器人，其特征在于，包括机器人主体及至少两个如权利要求6或7所述的支腿，所述支腿连接于所述机器人主体，以对所述机器人主体进行支撑。

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