CN115447691B - 一种刚度可变的足端机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人技术领域的刚度可变的足端机构，旨在解决现有技术中腿式机器人的足端刚度不可调节导致其对不同地形的适应性差，降低了机器人的运动稳定性等问题，其包括：机器人小腿部，所述机器人小腿部末端与弹性足端连接，且内部设有空腔，所述空腔内设有动力机，所述动力机的输出轴通过连接机构与刚性结构连接，动力机能够通过连接机构带动刚性结构靠近或远离所述弹性足端。本发明可以实现对足端刚度的调节，有利于调整足端与不同粗糙和坚硬程度的地形间的冲击力和接触面积，从而提升腿式机器人运动的稳定性。

Description

一种刚度可变的足端机构
技术领域
本发明涉及一种刚度可变的足端机构，属于机器人技术领域。
背景技术
腿式机器人运动灵活，地形适应能力强，在巡检、搜救等地面任务中有很广阔的应用前景。腿式机器人运动过程中足端会与地面不断撞击，这会对腿式机器人的稳定性造成影响。
现有的减小撞击力的方法主要有三种，一种是增加腿部关节弹性，一种是采用弹性材料作为足端的材质，另一种是在足端和小腿之间增加弹性的踝关节。目前，这三种方法都可以达到减小冲击力的目的，但是由于足端刚度不可调节，这样的设计往往只适用于特定条件的地形，对于其他的地形则可能不会起到很好的效果，甚至是降低腿式机器人运动的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种刚度可变的足端机构，可以实现对足端刚度的调节，有利于调整足端与不同粗糙和坚硬程度的地形间的冲击力和接触面积，从而提高腿式机器人运动的稳定性。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：一种刚度可变的足端机构，包括机器人小腿部，所述机器人小腿部末端与弹性足端连接，且内部设有空腔，所述空腔内设有动力机，所述动力机的输出轴通过连接机构与刚性结构连接，动力机能够通过连接机构带动刚性结构靠近或远离所述弹性足端。
可选的，所述连接机构包括螺纹杆、螺纹柱、滑块和连杆，所述螺纹杆一端与动力机的输出轴连接，另一端与螺纹柱连接，所述螺纹柱与滑块上表面连接，所述滑块下表面通过连杆与刚性结构连接。
可选的，所述螺纹柱设为中空，且内壁布设有内螺纹结构，所述螺纹杆外周布设有与螺纹柱内壁的内螺纹结构相配合的外螺纹结构，所述螺纹柱套设于螺纹杆外部，且与螺纹杆螺纹连接。
可选的，所述滑块与机器人小腿部的空腔内壁贴合，并能够在空腔内作上下滑动。
可选的，所述刚性结构采用刚性实心半球，所述弹性足端设为空心半球形，所述刚性实心半球的直径等于空心半球的内径。
可选的，所述机器人小腿部配设有小腿盖，所述小腿盖用于对足端机构进行安装。
可选的，所述足端机构设于机器人小腿部的空腔的中心线上。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
本发明通过动力机驱动，经连接机构传动后可控制刚性结构沿机器人小腿的轴向运动，从而调节刚性结构和弹性足端之间的空隙大小，进而改变足端触及地面时的形变大小，最终达到调整足端刚度的目的；
实现足端刚度可变有利于调整足端与不同粗糙和坚硬程度的地形间的冲击力和接触面积，提升腿式机器人对不同地形的适应性，也提高了腿式机器人运动的稳定性。
附图说明
图1为本发明的一种实施例中刚度可变的足端机构的爆炸结构示意图；
图2为本发明的一种实施例中刚度可变的足端机构的外部结构示意图；
图3为本发明的一种实施例中刚度可变的足端机构的剖视结构示意图；
图中：1动力机、2螺纹杆、3螺纹柱、4滑块、5连杆、6刚性结构、7弹性足端、8机器人小腿部、9小腿盖、10刚性结构和弹性足端之间的孔隙、11滑块移动方向一、12滑块移动方向二。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、 “底”、“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。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
如图1所示，本发明实施例提供的刚度可变的足端机构包括机器人小腿部8，机器人小腿部8末端与弹性足端7连接，弹性足端7选用空心半球状，由弹性材质制作而成，在机器人小腿部8的内部设有空腔，空腔内设有动力机1，动力机1位于空腔的中心线上，其输出轴通过连接机构与刚性结构6连接，刚性结构6采用刚性实心半球，刚性实心半球的直径等于弹性足端7的空心半球内径，因此可以保证刚性结构6和弹性足端7可以贴合，实现两者之间无空隙，此时可以使足端的刚度达到最大。
驱动动力机1能够通过连接机构带动刚性结构6靠近或远离弹性足端7，以此来调节刚性结构6与弹性足端7的空隙大小，可以对足端的刚度进行调整。当动力机1通过连接机构带动刚性实心半球向靠近弹性足端7一侧运动，若刚性实心半球和弹性足端7完全贴合时，刚度最大；若刚性实心半球和弹性足端7之间的空隙不小于弹性足端7的最大形变量时，足端刚度最小；若刚性实心半球和弹性足端7之间的空隙小于弹性足端7的最大形变量时，空隙越大，足端刚度越小。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例的连接机构包括螺纹杆2、螺纹柱3、滑块4和连杆5，螺纹杆2一端与动力机1的输出轴连接，另一端与螺纹柱3连接，螺纹柱3设为中空，且内壁布设有内螺纹结构，螺纹杆2外周布设有与螺纹柱3内壁的内螺纹结构相配合的外螺纹结构，螺纹柱3套设于螺纹杆外部，且与螺纹杆2螺纹连接。螺纹柱3与滑块4上表面连接，滑块4下表面通过连杆5与刚性结构6连接，滑块4与机器人小腿部8的空腔内壁贴合，由于机器人小腿部8为四边形结构，因此滑块4也相应设置为相同的四边形结构。
驱动动力机1，动力机1的输出轴带动螺纹杆2转动，由于滑块4与空腔内壁贴合，且均为四边形结构，无法发生旋转，因此只能螺纹柱3、滑块4、连杆5以及刚性结构6一同作上下移动。
实施例3：
结合图2，在实施例2的基础上，本实施例的机器人小腿部8配设有小腿盖9，通过拆卸小腿盖9，可以便于对足端机构的部件进行安装。
本发明的工作原理为：以沿移动方向二运动为例，结合图3，驱动动力机1，动力机1带动螺纹杆2旋转，此时由于滑块4的限位作用，与螺纹杆2螺纹连接的螺纹柱3只能作沿移动方向12的轴向运动，从而改变刚性结构即刚性实心半球和弹性足端7之间间隙大小，进而改变足端触及地面时的形变大小，当刚性实心半球和弹性足端7完全贴合时，刚度最大；当刚性实心半球和弹性足端7之间的空隙不小于弹性足端7的最大形变量时，足端刚度最小；当刚性实心半球和弹性足端7之间的空隙小于弹性足端7的最大形变量时，空隙越大，足端刚度越小。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种刚度可变的足端机构，包括机器人小腿部，其特征在于：所述机器人小腿部末端与弹性足端连接，且内部设有空腔，所述空腔内设有动力机，所述动力机的输出轴通过连接机构与刚性结构连接，动力机能够通过连接机构带动刚性结构靠近或远离所述弹性足端；
当刚性实心半球和弹性足端完全贴合时，刚度最大；
当刚性实心半球和弹性足端之间的空隙不小于弹性足端的最大形变量时，足端刚度最小；
当刚性实心半球和弹性足端之间的空隙小于弹性足端的最大形变量时，空隙越大，足端刚度越小；
所述连接机构包括螺纹杆、螺纹柱、滑块和连杆，所述螺纹杆一端与动力机的输出轴连接，另一端与螺纹柱连接，所述螺纹柱设为中空，且内壁布设有内螺纹结构，所述螺纹杆外周布设有与螺纹柱内壁的内螺纹结构相配合的外螺纹结构，所述螺纹柱套设于螺纹杆外部，且与螺纹杆螺纹连接，所述螺纹柱与滑块上表面连接，所述滑块下表面通过连杆与刚性结构连接；
所述滑块与机器人小腿部的空腔内壁贴合，并能够在空腔内作上下滑动；
所述刚性结构采用刚性实心半球，所述弹性足端设为空心半球形，所述刚性实心半球的直径等于空心半球的内径。
2.根据权利要求1所述的一种刚度可变的足端机构，其特征在于：所述机器人小腿部配设有小腿盖，所述小腿盖用于对足端机构进行安装。
3.根据权利要求1~2任一项所述的一种刚度可变的足端机构，其特征在于：所述足端机构设于机器人小腿部的空腔的中心线上。
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