CN116198627A - 一种机器腿和机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机器腿和机器人。将连杆和限制件设置在壳体内，并通过控制限制件在第一状态和第二状态的切换，使限制件在第一状态下限制连杆活动，使大腿与小腿呈预设姿态，而在限制件处于第二状态下，能够解除对连杆的限制，以使得连杆响应驱动装置控制，调节小腿与大腿相对转动。

Description

一种机器腿和机器人

技术领域

本发明涉及机械设备领域，具体为一种机器腿和机器人。

背景技术

机器人是通过多只机器腿实现站立和行走，而站立与行走切换通常是通过机器腿内的连杆带动小腿运动，当需要机器人站立时，需要机器人的机器腿的克服重力持续做功，即需要机器人自身携带的电池持续为驱动装置供电，以使小腿保持不活动，进而实现机器人保持站立状态。

但是，由于机器人自身所携带的电池所存储电量的局限性，而在机器人在站立状态下通过电池持续为驱动装置供电，不仅使电池的电量被浪费，还导致机器人有效工作的续航时间缩短。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种机器腿和机器人，以解决现有机器人的机器腿在站立时，需要持续为机器腿供电所带来的电量被浪费问题，以及导致的机器人有效工作的续航时间缩短问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本发明第一方面公开了一种机器腿，所述机器腿包括转动连接的大腿和小腿；

大腿包括：

壳体；

位于壳体内的连杆，连杆的一端与小腿转动连接，另一端用于连接驱动装置；

壳体与连杆之间具有限制件，限制件至少包括第一状态和第二状态，在第一状态，限制件用于限制连杆活动，以使大腿与小腿呈预设姿态；在第二状态，限制件用于解除对连杆的限制，以使得连杆响应驱动装置控制，调节小腿与大腿相对转动。

优选的，在第一状态下，连杆具有第一体积，在第二状态下，连杆具有第二体积，第一体积大于第二体积。

优选的，限制件的数量为多个，多个限制件沿连杆周向分布。

优选的，限制件为气囊。

优选的，气囊在充气状态下形成用于包覆连杆的环形气囊。

优选的，还包括：排气阀、单向阀和用于对气囊充气的充气装置；

排气阀设置于气囊；

充气装置与气囊的进气口连通；

单向阀设置于进气口。

优选的，连杆带动小腿可绕大腿在第一相对位置与第二相对位置转动，小腿转动至第一相对位置的情况下，连杆的受力与小腿转动至第二相对位置的情况下连杆的受力不同。

优选的，限制件包括第一子限制件和第二子限制件；

第一子限制件与第二子限制件分别设置于连杆的两侧；

大腿与小腿呈第一姿态的情况下，第一子限制件和第二子限制件的形变度成第一比例，大腿与小腿呈第二姿态的情况下，第一子限制件和第二子限制件的形变度成第二比例，第一比例与第二比例不同。

本发明第二方面公开了一种机器人，包括：如本发明第一方面的机器腿。

由上述内容可知，本发明公开了一种机器腿和机器人。将连杆和限制件设置在壳体内，并通过限制件在第一状态和第二状态的切换，使得限制件在第一状态下限制连杆活动，使大腿与小腿呈预设姿态，而在限制件处于第二状态下，能够解除对连杆的限制。通过上述公开的机器腿，在壳体内设置限制件，并通过控制限制件在第一状态和第二状态之间切换来限制连杆活动，由于机器腿的小腿活动是由驱动装置带动连杆活动来实现的，因此，当限制件在第一状态下限制连杆活动时，能够限制小腿活动，进而能够使机器腿保持站立状态，在本申请中，由于是限制件在第一状态和第二状态切换时需要供能，因此，当机器腿处于持续保持一种姿态时，本申请相较于现有的持续供能方式，能够有效降低电能消耗，进而避免过多电能被浪费，有效保证了机器人的有效工作的续航时间。

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，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种机器腿的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的机器腿的大腿与小腿呈另一种姿态的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的限制件为第一子限制件和第二子限制件的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的气囊充放气控制原理图。

其中，大腿1，壳体11，连杆12，限制件13、第一子限制件13-1、第二子限制件13-2；小腿2；驱动装置3。

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做出创造性劳动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。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

常规的机器人在站立和行走时，通常通过机器腿内的连杆带动小腿运动，当机器人处于站立时，需要机器人自身携带的电池持续为驱动装置持续供电，使小腿与大腿保持不活动，以实现机器人保持站立状态，但是由于机器人自身所携带的电池的电量存储有限，使得机器人所携带的电池电能被浪费。

有鉴于此，本申请提供了一种机器腿，通过在大腿的壳体内设置限制件，并使限制件处于连杆与壳体之间，进而在限制件处于第一状态时，现在件能够限制连杆活动，以使大腿和小腿呈预设姿态，由于限制件处于第一状态不需要电池持续提供电能，还能使大腿和小腿呈预设姿态，因此，当限制件处于第一状态时，能够使机器人处于站立状态，以减少机器人所携带电池的电能被浪费问题，下面结合说明书附图对本申请进行实例说明。

参见图1至图3，图1为一种机器腿的结构示意图，所述机器腿包括转动连接的大腿1和小腿2；

大腿1包括：

壳体11；

位于壳体11内的连杆12，连杆12的一端与小腿2转动连接，另一端用于连接驱动装置3；

壳体11与连杆12之间具有限制件13，限制件13至少包括第一状态和第二状态，在第一状态，限制件13用于限制连杆12活动，以使大腿1与小腿2呈预设姿态；在第二状态，限制件13用于解除对连杆12的限制，以使连杆12响应驱动装置3控制，调节小腿2与大腿1相对转动。

需要说明的是，预设姿态为小腿2与大腿1所呈的角度，即小腿2与大腿1相对转动的角度，该角度理论为任意角度，本领域技术人员可根据需求进行设定。

还需要说明的是，由于本申请的驱动装置3通过连杆12驱动小腿2实现小腿2与大腿1相对转动，因此，当小腿2相对大腿1转动时，会带动连杆12在壳体11内按一定轨迹运动，而通过在壳体11与连杆12之间设置限制连杆12运动的限制件13后，限制件13在第一状态下能够使连杆12处于无法运动状态，因此，当连杆12无法按一定轨迹运动后，能够使小腿2与大腿1保持预设姿态。

本申请实施例的通过在大腿1的壳体11内设置限制件13，并使限制件13处于连杆12与壳体11之间，进而连杆12在第一状态时，限制件13能限制连杆12活动，使大腿1与小腿2呈预设状态，而连杆12处于第二状态时，限制件13解除对连杆12的限制，使连杆12能够响应驱动装置3控制，调节小腿2与大腿1是相对转动。通过上述公开的机器腿，当需要机器腿的小腿2与大腿1保持一定状态时，可控制限制件13为第一状态，使限制件13限制连杆12活动，进而防止大腿1与小腿2相对转动，使大腿1与小腿2保持预设姿态，而当需要大腿1与小腿2相对转动时，只需要控制限制件13为第二状态，解除对连杆12的限制，使连杆12能够响应驱动装置3控制，调节小腿2与大腿1是相对转动，进而实现机器腿自由活动，由于本申请的限制件13只有在第一状态与第二状态互相切换时需要电能，因此，机器腿的小腿2与大腿1保持预设姿态时，不需要额外消耗机器人所携带的电池的电能，故而本申请所公开的机器腿相较于现有机器人的机器腿保持一种姿势时，能够有效降低电能消耗，进而避免过多电能被浪费，有效保证了机器人的有效工作的续航时间。

具体的，在第一状态下，限制件13具有第一体积；

在第二状态下，限制件13具有第二体积，第一体积大于第二体积。

需要说明的是，由于限制件13设置在壳体11与连杆12之间，通过改变限制件13的体积，能够使限制件13与连杆12接触，进而实现限制件13限制连杆12活动，即在第一状态下，限制件13的体积变为第一体积，限制连杆12活动，进而使连杆12无法相应驱动装置3控制，进而实现小腿2与大腿1呈预设姿态；而当限制件13从第一体积变为第二体积后，由于第二体积小于第一体积，限制件13能够解除对连杆12的限制，使连杆12能够响应驱动装置3控制，进而实现小腿2与大腿1相对转动。

在本申请中，第一体积和第二体积具体大小需根据连杆12在壳体11内运动轨迹所处空间确定，此处不做具体限定。

进一步，限制件13的数量为多个，多个限制件13沿连杆12周向分布。

需要说明的是，将限制件13的数量设置为多个，并将多个限制件13沿连杆12周向分布，进而在需要使大腿1与小腿2呈预设姿态时，可同时改变多个限制件13的体积来快速使大腿1与小腿2呈预设姿态，并在需要大腿1与小腿2能够相对转动时，能够快速解除对连杆12的限制，能够缩短机器腿的相应时间。

还需要说明的是，驱动装置3通过连杆12带动小腿2与大腿1相对转动时，连杆12并不是只会沿其轴向运动，因此，将多个限制件13沿连杆12周向分布，能够有效限制连杆12沿其径向运动。

具体的，限制件13为气囊。

需要说明的是，限制件13可以为气囊，也可以为其他体积能够受控制变化的部件(如体积可受温度变化的材料所形成的部件)，本领域技术人员可根据需求进行选择。

具体的，气囊在充气状态下形成用于包覆连杆12的环形气囊。

需要说明的是，气囊在充气状态下形成包覆连杆12的环形气囊，环形气囊的外侧与壳体11接触，内侧与连杆12接触，能够使连杆12无法沿其径向活动，进而使小腿2无法相对大腿1转动。

还需要说明的是，环形气囊在充气状态下可以为O型结构，也可以C型结构，本领域技术人员可根据需求进行选择，但是，在本申请中，优选气囊在充气状态下为O型结构。

进一步，机器腿还包括：排气阀、单向阀和用于对气囊充气的充气装置；

排气阀设置于气囊；

充气装置与气囊的进气口连通；

单向阀设置于进气口。

需要说明的是，通过设置排气阀、单向阀和充气装置，并将排气阀设置在气囊，以及将充气装置与气囊的进气口连通，单向阀设置在进气口，进而在需要气囊充气时，充气装置通过向气囊充气，改变气囊的体积，使气囊限制连杆12活动，而当需要气囊解除对连杆12的限制时，可通过排气阀打开，使气囊内气体快速排出，以使连杆12能够响应驱动装置3控制，进而保证小腿2能够与大腿1相对转动。

还需要说明的是，通过在气囊的进气口设置单向阀，能够避免气囊在受连杆12的作用力下气体从充气装置排出，保证气囊当前体积维持不变，以持续限制连杆12活动，进而保证气囊能够使小腿2与大腿1保持当前姿态。

具体的，连杆12带动小腿2可绕大腿1在第一相对位置与第二相对位置转动，小腿2转动至第一相对位置的情况下，连杆12的受力与小腿2转动至第二相对位置的情况下连杆12的受力不同。

具体的，限制件13，包括：第一子限制件13-1和第二子限制件13-2；

第一子限制件13-1与第二子限制件13-2分别设置于连杆12的两侧；

大腿1与小腿2呈第一姿态的情况下，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2的形变度成第一比例，大腿1与小腿2呈第二姿态的情况下，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2的形变度成第二比例，第一比例与第二比例不同。

需要说明的是，将限制件13设置为第一子限制件13-1和第二子限制件13-2，并将第一子限制件13-1与第二子限制件13-2分别设置于连杆12的两侧，进而在大腿1与小腿2呈第一姿态的情况下，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2的形变度呈第一比例，而大腿1与小腿2呈第二姿态的情况下，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2的形变度成第二比例，进而使小腿2和大腿1能够保持不同姿态，并能够保证连杆12两端受力均匀，避免连杆12因受力不均匀而出现位移。在可选实施例中，驱动装置3为转动轮，连杆12一端连接于转动轮上，转动轮转动到第一角度时，大腿1和小腿2成第一夹角关系，转动轮转动到第二角度时，大腿1和小腿2成第二夹角关系。而连杆12由于是转动轮带动的，因此转动轮处于不同角度的情况下，连杆12与壳体11的夹角是不同的，通过调整第一子限制件13-1和第二子限制件13-2的形变比例，可以使连杆12在不同角度下获得均匀的受力。

例如，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2为气囊，则形变度指的是气囊形变的程度，与气囊的充气量直接相关。或，第一子限制件13-1和第二子限制件13-2为卡接结构，则形变度指的是卡接结构在卡接连杆时移动的长度。

优选的，沿连杆12的轴向设置多个限制件13。

需要说明的是，通过沿连杆12的轴向设置多个限制件13，多个第一子限制件13-1和第二子限制件13-2在对连杆12进行限制时，能够同时对连杆12整体进行支撑，使连杆12受力均匀，避免连杆12受力不均匀而出现形变。

进一步，限制件13设有与连杆12接触的防滑结构。

需要说明的是，通过在限制件13设置与连杆12接触的防滑结构，能够增加限制件13与连杆12的摩擦力，能够进一步避免连杆12沿轴向移动，进一步保证大腿1与小腿2能够保持预设姿态。

优选的，连杆12的外壁设有防滑纹。

需要说明的是，通过在连杆12的外壁设置防滑纹，该防滑纹通过与限制件13的防滑结构配合，能够进一步提升限制件13与连杆12的摩擦力，进而在限制件13处于第一状态时，能够进一步现在连杆12活动，使大腿1与小腿2能够持续呈预设状态。

基于上述实施例公开的机器腿，本申请实施例还提供了一种机器人，机器人包括：机器腿；

机器腿包括：转动连接的大腿1和小腿2；

大腿1包括：

壳体11；

位于壳体11内的连杆12，连杆12的一端与小腿2转动连接，另一端用于连接驱动装置3；

壳体11与连杆12之间具有限制件13，限制件13至少包括第一状态和第二状态，在第一状态，限制件13用于限制连杆12活动，以使大腿1与小腿2呈预设姿态；在第二状态，限制件13用于解除对连杆12的限制，以使连杆12响应驱动装置3控制，调节小腿2与大腿1相对转动。

本申请实施例通过在大腿1的壳体11内设置限制件13，并使限制件13位于连杆12与壳体11之间，以及设置限制件13至少有第一状态和第二状态，并在限制件13处于第一状态时，限制件13限制连杆12活动，使小腿2与大腿1呈预设状态，而当限制件13处于第二状态时，限制件13解除对连杆12的限制，使连杆12能够响应驱动装置3控制，调节小腿2与大腿1是相对转动，通过上述公开的机器人，当需要机器人持续处于某种状态时，如站立，此时，需要使机器腿保持相对静止，通过控制限制件13处于第一状态，限制件13通过限制件13限制连杆12活动，能够使大腿1与小腿2保持该预设姿态，进而实现机器人持续保持当前状态；而当需要机器人行走或做某一动作时，只需要控制限制件13处于第二状态即可，即使限制件13解除对连杆12的限制就能够使连杆12响应驱动装置3控制，就可以调节小腿2与大腿1相对转动，本申请相较于现有机器人的机器腿，由于本申请的限制件13只有在第一状态与第二状态互相切换时需要电能，因此，机器腿的小腿2与大腿1保持预设姿态时，不需要额外消耗机器人所携带的电池的电能，故而本申请所公开的机器人的机器腿相较于现有机器人的机器腿保持一种姿势时，能够有效降低电能消耗，进而避免过多电能被浪费，有效保证了机器人的有效工作的续航时间。

为了便于理解上述方案，参考图4的气囊充放气控制原理图，并结合图1至图3，下面作进一步介绍。

在本申请中，小腿2是通过大腿1内部连杆12上下活动带动小腿2相对大腿1摆动，通过在大腿1内部，及连杆12的四周设置可快速充放气的气囊，系统实时获取机器人状态，并判断机器人是否处于站立步态，当机器人处于站立步态时，可通过IO方式控制气囊开启充气，气体快速充满气囊，使气囊与连杆12接触，进而气囊通过与连杆12之间的摩擦力，就能够维持连杆12以及小腿2保持当前状态。此时小腿2电机的力矩可降为0或者一个相对很小的值，小腿2依然能够保持平衡，即当前状态。

而机器人不为站立步态时，即此时机器人为为行走步态，可通过IO方式控制气囊排气，让气囊与连杆12之间无接触，无摩擦力，使机器人的小腿2能够相对大腿1正常摆动。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种机器腿，所述机器腿包括转动连接的大腿和小腿；

所述大腿包括：

壳体；

位于所述壳体内的连杆，所述连杆的一端与所述小腿转动连接，另一端用于连接驱动装置；

所述壳体与所述连杆之间具有限制件，所述限制件至少包括第一状态和第二状态，在所述第一状态，所述限制件用于限制所述连杆活动，以使所述大腿与所述小腿呈预设姿态；在所述第二状态，所述限制件用于解除对所述连杆的限制，以使所述连杆响应所述驱动装置控制，调节所述小腿与所述大腿相对转动。

2.根据权利要求1所述的机器腿，在所述第一状态下，所述限制件具有第一体积；

在所述第二状态下，所述限制件具有第二体积，所述第一体积大于所述第二体积。

3.根据权利要求2所述的机器腿，所述限制件的数量为多个，多个所述限制件沿所述连杆周向分布。

4.根据权利要求2所述的机器腿，所述限制件为气囊。

5.根据权利要求4所述的机器腿，所述气囊在充气状态下形成用于包覆所述连杆的环形气囊。

6.根据权利要求4或5所述的机器腿，还包括：排气阀、单向阀和用于对所述气囊充气的充气装置；

所述排气阀设置于所述气囊；

所述充气装置与所述气囊的进气口连通；

所述单向阀设置于所述进气口。

7.根据权利要求1所述的机器腿，所述连杆带动所述小腿可绕所述大腿在第一相对位置与第二相对位置转动，所述小腿转动至所述第一相对位置的情况下，所述连杆的受力与所述小腿转动至所述第二相对位置的情况下所述连杆的受力不同。

8.根据权利要求1所述的机器腿，所述限制件，包括：第一子限制件和第二子限制件；

所述第一子限制件与所述第二子限制件分别设置于所述连杆的两侧；

所述大腿与所述小腿呈第一姿态的情况下，所述第一子限制件和所述第二子限制件的形变度成第一比例，所述大腿与所述小腿呈第二姿态的情况下，所述第一子限制件和所述第二子限制件的形变度成第二比例，所述第一比例与所述第二比例不同。

9.根据权利要求1所述的机器腿，所述限制件设有与所述连杆接触的防滑结构。

10.一种机器人，包括：如权利要求1至9中任一项所述的机器腿。

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