CN115946794A - 机器人腿足装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种机器人腿足装置，涉及机器人技术领域，其包括大腿臂、小腿臂和液压缸，大腿臂与小腿臂转动连接，液压缸的缸体转动连接于大腿臂，液压缸的活塞杆转动连接有第一连接部和第二连接部，第一连接部的另一端与大腿臂转动连接，第二连接部的另一端与小腿臂转动连接，大腿臂、第一连接部、第二连接部以及小腿臂形成平面四连杆结构，液压缸驱动第一连接部摆动。该申请具有小腿臂进行大幅度摆动时液压缸摆动幅度小的优点。
Description
技术领域
本申请涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种机器人腿足装置。
背景技术
机器人在当代社会中的作用越来越重要，足式机器人由于对非结构化环境的良好适应性，目前成为国内外研究的重要方向和发展热潮。对于四足机器人，单腿的腿部关节配置形式通常有膝式和肘式两种，两种形式能够组合使用。
相关技术见公告号为CN218021917U的实用新型专利，其公开了一种伺服泵控直驱机器人腿足系统，包括依次转动连接的基座、侧摆关节、正摆关节和小腿关节，侧摆关节与正摆关节之间设有正摆油缸，正摆关节与小腿关节之间设有小腿油缸。
针对上述相关技术，正摆油缸带动正摆关节的摆动，小腿油缸带动小腿关节的摆动，当小腿关节的摆动幅度较大时，需要小腿油缸的摆动幅度也较大。
发明内容
为了改善目前机器人小腿摆动幅度大需要油缸也进行大幅度摆动的问题，本申请提供一种机器人腿足装置。
本申请提供的一种机器人腿足装置采用如下的技术方案：
一种机器人腿足装置，包括大腿臂、小腿臂和液压缸，大腿臂与小腿臂转动连接，液压缸的缸体转动连接于大腿臂，液压缸的活塞杆转动连接有第一连接部和第二连接部，第一连接部的另一端与大腿臂转动连接，第二连接部的另一端与小腿臂转动连接，大腿臂、第一连接部、第二连接部以及小腿臂形成平面四连杆结构，液压缸驱动第一连接部摆动。
通过采用上述技术方案，液压缸和小腿臂的传动采用四连杆结构，与背景技术中的相关技术相比，小腿臂展开角度相同的情况下，四连杆结构中液压缸的摆动幅度更小。
综上，本申请包括以下有益技术效果：通过优化液压缸和小腿臂的传动结构，使得小腿臂在摆动幅度大的情况下，液压缸的摆动幅度小。
附图说明
图1为本申请实施例机器人腿足装置的结构示意图；
图2为图1中A-A面的剖视图；
图3为大腿臂的结构示意图；
图4为图3中B-B面的剖视图；
图5为小腿臂的结构示意图；
图6为图5中C-C面的剖视图；
图7为足关节部位的局部结构示意图。
附图标记说明：
1、大腿臂；11、第一减重孔；12、外耳板；13、内耳板；14、安装槽；15、销孔；16、第一膝耳板；17、通孔；18、线孔；
2、小腿臂；21、第二减重孔；22、第二膝耳板；23、穿孔；24、足连接端；25、安装孔；26、延伸槽；
3、液压缸；31、缸体；32、活塞杆；33、安装架；
4、第一连接部；
5、第二连接部；
6、足关节；61、足套；611、防滑槽；62、内囊；621、螺纹段；63、盖板；64、固定螺母；
7、线缆；
8、压力传感器。
具体实施方式
以下结合附图1-7对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开了一种机器人腿足装置。
参考图1和图2，机器人腿足装置包括大腿臂1、小腿臂2和液压缸3，大腿臂1与小腿臂2转动连接，液压缸3的缸体31转动连接于大腿臂1，液压缸3的活塞杆32转动连接有第一连接部4和第二连接部5，第一连接部4的另一端与大腿臂1转动连接，第二连接部5的另一端与小腿臂2转动连接，大腿臂1与小腿臂2的转动轴点、第一连接部4与大腿臂1的转动轴点、第二连接部5与小腿臂2的转动轴点以及第一连接部4和第二连接部5的转动轴点形成四边形。
大腿臂1、第一连接部4、第二连接部5以及小腿臂2形成平面四连杆结构，液压缸3驱动第一连接部4摆动，液压缸3和小腿臂2的传动采用四连杆结构，小腿臂2展开角度相同的情况下，四连杆结构中液压缸3的摆动幅度更小。
液压缸3可以为双向液压油缸，这里采用双出杆液压缸。为了对液压缸3的活塞杆32进行保护，液压缸3的缸体31固定连接有安装架33，安装架33可以为铰接于大腿臂1内的圆柱杆，圆柱杆与缸体31连接的一端沿轴线开设有用于容纳活塞杆32的空腔。安装架33与缸体31可以通过螺钉固定。
第一连接部4和第二连接部5均可以为弧形板，弧形板的凹口朝向大腿臂1与小腿臂2的转动轴点设置，这样更符合应力在结构件里的传递路线，提高使用寿命。在其他实施方式中，第一连接部4和第二连接部5也可以为直板、S形板、V形板等。
参考图3和图4，大腿臂1整体外轮廓呈四棱柱结构，大腿臂1的内部设有空腔。为了进一步减轻重量，大腿臂1的表面开设有多个第一减重孔11形成镂空结构。
大腿臂1的一端相对两侧壁形成有一对外耳板12，外耳板12上设有轴孔。两个外耳板12之间固设有内耳板13，内耳板13也可以有两个，两个外耳板12与两个内耳板13平行设置。为了安装角度监测器，在外耳板12的外侧对应轴孔处开设有安装槽14。
大腿臂1靠近内耳板13位置开设有销孔15，销孔15的轴线与内耳板13的轴孔垂直设置，安装架33的端部铰接于销孔15处，使得液压缸3能够整体收纳于大腿臂1内部的空腔。
大腿臂1的另一端相对两侧壁形成有一对第一膝耳板16，第一膝耳板16上设有轴孔。第一膝耳板16与外耳板12分别位于大腿臂1不同的侧面，第一膝耳板16上的轴孔与外耳板12上的轴孔轴线垂直设置。
为了进一步减轻大腿臂1的重量，大腿臂1自靠近外耳板12一端向另一端的横截面积逐渐减小。
大腿臂1靠近外耳板12的一端还设有线孔18，线孔18用于线缆穿过以便从大腿臂1的内部走线，减少腿足运动时线路的缠绕，对腿足系统的稳定运行起到防护作用。
大腿臂1靠近第一膝耳板16位置开设有通孔17，通孔17的轴线与第一膝耳板16的轴孔轴线平行。通孔17用于第一连接部4与大腿臂1铰接。
大腿臂1通过外耳板12上的轴孔与髋关节进行转动连接，使得大腿臂1能够在外部动力下进行内外摆动。大腿臂1通过第一膝耳板16上的轴孔与小腿臂2转动连接，使得大腿臂1与小腿臂2之间实现类似人腿膝盖位置的转动。大腿臂1的结构简单，优化整体腿足结构。
参考图5和图6，小腿臂2整体近似四棱柱结构，小腿臂2的内部中空，为了进一步降低小腿臂2的重量，小腿臂2的表面开设有多个第二减重孔21形成镂空结构。
小腿臂2的一端相对两侧壁形成有一对第二膝耳板22，第二膝耳板22上开设有轴孔，小腿臂2与大腿臂1通过第一膝耳板16与第二膝耳板22的轴孔对齐并用轴杆转动连接。
小腿臂2靠近第二膝耳板22的轴孔处开设有穿孔23，穿孔23的轴线与第二膝耳板22的轴孔轴线平行设置，穿孔23用于第二连接部5与小腿臂2铰接。第二膝耳板22的宽度自穿孔23部位向轴孔部位逐渐减小。
小腿臂2的另一端弯曲形成弧形段，小腿臂2远离第二膝耳板22的一端为足连接端24，足连接端24呈四棱台结构。足连接端24的端面开设有与小腿臂2内腔连通的安装孔25，小腿臂2位于安装孔25的周围设有钉孔。
为了更加符合人体仿真学以增加腿足移动的支撑性，小腿臂2靠近足连接端24的弧形段朝向一侧弯曲，弯曲内侧半径为R2，内侧弧度中心角为β；弯曲外侧半径为R3，外侧弧度中心角为γ。具体的，R2＝54mm，β＝52°，R3＝80mm，γ＝20°。小腿臂2靠近轴孔的一面局部弯曲，弯曲半径为R1，弯曲弧面中心角为α，具体的，R1＝100mm，α＝26°。以图6视图，R1的中心O与R2的中心M位于小腿臂2的两侧，R1与R2对应的弧面分别位于小腿臂2的相对两面上。在本申请实施例的其他实施方式中，R1、R2、R3、α、β、γ均可以根据实际需要进行合理选择。
为了尽可能降低小腿臂2的重量，小腿臂2位于安装孔25的边缘开设有延伸槽26。
参考图7，足连接端24连接有足关节6。足关节6包括足套61和盖板63，足套61可以为橡胶套，盖板63通过螺钉与足连接端24固定，足套61可以粘接、熔接或者螺钉固定在盖板63上。足套61的表面设有多个防滑槽611。
为了便于检测足关节6的受力状态，足关节6还包括弹性的内囊62，内囊62中充填有流体介质如液压油，内囊62被足套61包裹，内囊62上固设有螺纹段621，螺纹段621穿过盖板63后通过固定螺母64固定。为了防止内囊62相对盖板63上下移动，固定螺母64与盖板63固定连接，固定方式包括一体成型、焊接、粘接、嵌固等。内囊62位于螺纹段621处连接有压力传感器8，压力传感器8通过线缆7连接外部的中央处理器如芯片或电脑。当足套61受力变形后挤压内囊62，内囊62中的油压上升，压力传感器8检测到压力值后通过线缆7传递到中央处理器。
机器人行走过程中，足套61受到外部物体挤压时发生一定程度的变形，足套61向内挤压弹性的内囊62，内囊62中的压力发生变化，压力传感器8能够实时检测这种压力变化。由于来自足套61不同方向的压力最终均会传递到内囊62，从而压力传感器8能够检测不同方向的受力情况。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种机器人腿足装置，包括大腿臂(1)、小腿臂(2)和液压缸(3)，大腿臂(1)与小腿臂(2)转动连接，其特征在于：液压缸(3)的缸体(31)转动连接于大腿臂(1)，液压缸(3)的活塞杆(32)转动连接有第一连接部(4)和第二连接部(5)，第一连接部(4)的另一端与大腿臂(1)转动连接，第二连接部(5)的另一端与小腿臂(2)转动连接，大腿臂(1)、第一连接部(4)、第二连接部(5)以及小腿臂(2)形成平面四连杆结构，液压缸(3)驱动第一连接部(4)摆动。
2.根据权利要求1所述的机器人腿足装置，其特征在于：第一连接部(4)和第二连接部(5)均为弧形板，弧形板的凹口朝向大腿臂(1)与小腿臂(2)的转动轴点设置。
3.根据权利要求1所述的机器人腿足装置，其特征在于：大腿臂(1)远离小腿臂(2)的一端设有一对外耳板(12)和一对内耳板(13)。
4.根据权利要求3所述的机器人腿足装置，其特征在于：大腿臂(1)靠近小腿臂(2)的一端设有一对第一膝耳板(16)，第一膝耳板(16)上的轴孔与外耳板(12)上的轴孔轴线垂直设置。
5.根据权利要求1-4任一所述的机器人腿足装置，其特征在于：大腿臂(1)上设有用于线缆(7)穿过的线孔(18)。
6.根据权利要求1-4任一所述的机器人腿足装置，其特征在于：小腿臂(2)远离大腿臂(1)的一端弯曲形成有弧形段。
7.根据权利要求6所述的机器人腿足装置，其特征在于：小腿臂(2)靠近大腿臂(1)的一端设有一对第二膝耳板(22)。
8.根据权利要求1-4、7中任一所述的机器人腿足装置，其特征在于：小腿臂(2)远离大腿臂(1)的端部安装有足关节(6)。
9.根据权利要求6所述的机器人腿足装置，其特征在于：小腿臂(2)远离大腿臂(1)的端部安装有足关节(6)。
10.根据权利要求8所述的机器人腿足装置，其特征在于：足关节(6)包括弹性的内囊(62)和足套(61)，足套(61)包裹在内囊(62)外部。
11.根据权利要求9所述的机器人腿足装置，其特征在于：足关节(6)包括弹性的内囊(62)和足套(61)，足套(61)包裹在内囊(62)外部。
12.根据权利要求10或11所述的机器人腿足装置，其特征在于：内囊(62)中充有流体介质，内囊(62)连接有压力传感器(8)。
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