CN209192088U - 一种教学用机器人腿 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种教学用机器人腿，包括大腿臂和小腿臂，所述大腿臂与小腿臂铰接，所述小腿臂远离大腿臂的一端连接有脚裸运动机构，所述脚裸运动机构远离小腿臂的一端连接有脚掌机构，所述小腿臂远离大腿臂的一端与脚掌机构之间连接有四根螺旋弹簧，四根所述螺旋弹簧沿小腿臂周向均匀分布，解决了传统教学机器人无法实现人体脚掌关节的扭转和自由转向等动作的模拟以及减震效果差的问题。

Description

一种教学用机器人腿

技术领域

本实用新型涉及机器人装备技术领域，具体的说，是一种教学用机器人腿。

背景技术

众所周知，机器人是自动执行工作的机器装置。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。随着人们生活水平的提高，我们的日常生活也越来越依靠机械人帮助我们完成一些工作，例如：加工车间的机器人、执行航拍任务的机器人以及模拟人体复杂动作的拟人机器人等；拟人机器人作为工业制造领域的高端产品之一，对于工业智能化进程起着非常重要的作用。拟人机器人具有广泛的应用领域，它不仅可以在有毒、粉尘等恶劣环境下进行代人作业，而且在医疗领域，也可以协助医生进行手术，同时帮助残疾病人有效的康复，另外在娱乐和人工服务等领域也屡见不鲜。拟人机器人相比其他机器人有着如下明显的优势：首先相对轮式或履带式移动机器人，双足步行拟人机器人具有更灵活的运动能力，能够适应各种复杂的地面环境，具有更强的逾越障碍能力；而相对普通机器人，拟人机器人具有更智能化，能够更好地实现人机交互能力。

教学机器人是现代智能机器人中的一种，不仅具有仿生外形，还具有课程教育的一些功能，有助于课程知识的传授。传统的教学机器人其在人体脚掌关节模拟存在技术不足，传统的教学机器人其一般都只有简单的脚掌结构，其无法实现模拟类似人体脚掌关节在三维空间内实现复杂的扭转、自由转向等动作，因此传统的教学机器人其在人体脚掌部分模拟方面仍然存在技术缺陷。

中国专利CN200910098461.6公开了一种机器人腿机构，包括基座和运动平台，基座通过传动机构与运动平台连接：传动机构包括固定在基座上的电机和与电机连接的运动单元：运动单元包括能使机器人腿机构向后摆动的第一运动单元和使运动平台下压或上提的第二运动单元：第一运动单元包括一顶端固定在基座上的支撑杆，与第一电机连接第一丝杆机构和一与运动平台铰接的第一定长杆：第一定长杆包括直杆部分和向外凸出的凸块部分，支撑杆的与直杆部分铰接，第一丝杆机构与凸块部分铰接；第二单元包括与第二电机连接的第二丝杆机构和与运动平台铰接的第二定长杆，第二丝杆机构与第二定长杆铰接。本发明具有结构简单，承载能力强，体积较小，加工和装配工艺性好的优点，但其减震效果差易损坏内部精密仪器。

中国专利CN201620750462.X公开了一种教育机器人腿部结构，包括支撑脚、一级减振架、二级减振架和安装架，支撑脚与过渡支架连接，一级减振架上设置有支杆，支杆上设置有一级减振弹簧，二级减振架下端设置有盲孔，一级减振架与二级减振架之间通过支杆与盲孔的配合连接在一起。二级减振架上设置有支柱，支柱上设置有二级减振弹簧，安装架设置在二级减振弹簧上，安装架上设置有安装孔。该教育机器人腿部结构设置垂直方向和水平方向的多向减震装置，机器人腿部有很好的减震效果，可有效减小机器人内部的机械和电子电器设备的振动损害，增加教育机器人的作业精度和使用寿命，但其无法实现人体脚掌关节的扭转和自由转向等动作。

本实用新型采用脚裸运动机构连接小腿臂与脚掌机构，使得机器人腿能模拟人脚掌关节的扭转和转向以适应复杂地形，且螺旋弹簧为机器人腿提供了减震以及脚掌机构复位所需的弹力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种教学用机器人腿，用于解决传统教学机器人无法实现人体脚掌关节的扭转和自由转向等动作的模拟。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种教学用机器人腿，包括大腿臂和小腿臂，所述大腿臂与小腿臂铰接，所述小腿臂远离大腿臂的一端连接有脚裸运动机构，所述脚裸运动机构远离小腿臂的一端连接有脚掌机构。

优选地，所述小腿臂远离大腿臂的一端与脚掌机构之间连接有四根螺旋弹簧，四根所述螺旋弹簧沿小腿臂周向均匀分布。

优选地，所述螺旋弹簧包括两个端部线圈和形成于两个端部线圈之间的有效部，所述有效部的螺距小于端部线圈的螺距，所述有效部的轴心线与端部线圈的轴心线不重合。

优选地，所述脚裸运动机构包括支撑座和虎克铰，所述支撑座焊接在虎克铰上，所述虎克铰通过支撑座固定连接小腿臂和脚掌机构。

优选地，所述脚掌机构包括依次连接的前脚掌部、脚板部以及后脚跟部；所述前脚掌部、脚板部以及后脚跟部均为平板；所述前脚掌部与脚板部圆弧过渡连接，所述脚板部与后脚跟部圆弧过渡连接，所述支撑座焊接在脚板部上。

优选地，所述小腿臂上沿周向均匀设置有四个A连接座，所述脚掌机构上设置有与A连接座对应的B连接座，所述螺旋弹簧两端分别连接A连接座与B连接座。

工作原理及安装方法：

首先将大腿臂与小腿臂铰接，使得小腿臂能够绕大腿臂旋转模拟人腿部弯曲的动作，而在小腿臂远离大腿臂的一端连接有虎克铰，虎克铰上焊接有支撑座，小腿臂与脚掌机构分别焊接在虎克铰两端的支撑座上，脚掌机构与小腿臂通过虎克铰连接后，脚掌机构即可绕小腿臂扭转和自由转向模拟人腿脚裸的运动，而通过脚裸连接的小腿臂与脚掌机构减震效果差，模拟复杂地形行进时，易损坏机器人腿部精密仪器，故在小腿臂与脚掌机构之间设计有螺旋弹簧用于减震，吸收脚掌机构触地时产生的振动；普通弹簧倾斜安装后会产生错位引起的横力，无法充分衰减自身受到的振动，而过剩的不需要的阻力会导致弹簧的耐久性显著下降，而螺旋弹簧将有效部的轴心线与端部的轴心线设计为不重合，令安装后的螺旋弹簧能够更加高效的吸收自身振动。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本实用新型采用虎克铰连接脚掌机构与小腿臂，实现了模拟人体脚掌关节的扭转和自由转向等动作；

（2）本实用新型采用四根螺旋弹簧均布在小腿臂与脚掌机构之间，有效的吸收了自身振动且螺旋弹簧的特殊结构将倾斜安装的横力吸收，使得吸收振动更加的充分；

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的脚裸运动机构连接后的结构示意图；

图3为本实用新型螺旋弹簧的结构示意图；

其中1-大腿臂；2-小腿臂；21-A连接座；3-脚裸运动机构；31-支撑座；32-虎克铰；4-脚掌机构；41-前脚掌部；42-脚板部； 43-后脚跟部；44-B连接座；5-螺旋弹簧；51-端部线圈；52-有效部。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

结合附图1-3所示，一种教学用机器人腿，包括大腿臂1和小腿臂2，所述大腿臂1与小腿臂2铰接，所述小腿臂2远离大腿臂1的一端连接有脚裸运动机构3，所述脚裸运动机构3远离小腿臂2的一端连接有脚掌机构4。

优选地，所述小腿臂2远离大腿臂1的一端与脚掌机构4之间连接有四根螺旋弹簧5，四根所述螺旋弹簧5沿小腿臂2周向均匀分布。

值得说明的是：传统教学用机器人腿，脚掌一般无法实现复杂的扭转或者自由转向，实现扭转和自由转向的机器人腿结构复杂，内部仪器精密导致机器人腿成本高昂，不适宜教学使用，而本实用新型的脚裸运动机构3则可实现脚掌的扭转及自由转向，而脚裸运动机构3结构简单使用方便，且在小腿臂2与脚掌机构4之间设置有螺旋弹簧5保护脚裸机构，且为脚掌机构4的复位提供弹力。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上，结合附图3所示，进一步的限定，所述螺旋弹簧5包括两个端部线圈51和形成于两个端部线圈51之间的有效部52，所述有效部52的螺距小于端部线圈51的螺距，所述有效部52的轴心线与端部线圈51的轴心线不重合。其中螺旋弹簧5的特殊设计，使得螺旋弹簧5倾斜安装后，吸振效果更好，使用寿命更长；其特殊结构能有效的吸收来自倾斜安装产生的横力，吸收效果更好。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，结合附图2所示，进一步的限定，所述脚裸运动机构3包括支撑座31和虎克铰32，所述支撑座31焊接在虎克铰32上，所述虎克铰32通过支撑座31固定连接小腿臂2和脚掌机构4。其中虎克铰32结构简单且能万向调节，运用虎克铰32连接小腿臂2与脚掌机构4，实现了脚掌的扭转和自由转向，且结构简单成本低廉。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，结合附图2所示，进一步的限定，所述脚掌机构4包括依次连接的前脚掌部41、脚板部42以及后脚跟部；所述前脚掌部41、脚板部42以及后脚跟部均为平板；所述前脚掌部41与脚板部42圆弧过渡连接，所述脚板部42与后脚跟部43圆弧过渡连接，所述支撑座31焊接在脚板部42上。其中脚板部42采用圆弧过渡连接前脚掌部41与后脚跟部43，模拟人腿行走时，由于圆弧的存在，在脚掌接触和离开地面时产生的振动更小。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，结合附图2所示，进一步的限定，所述小腿臂2上沿周向均匀设置有四个A连接座21，所述脚掌机构4上设置有与A连接座21对应的B连接座44，所述螺旋弹簧5两端分别连接A连接座21与B连接座44。其中设置A连接座21和B连接座44，更加方便螺旋弹簧5的拆卸。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种教学用机器人腿，包括大腿臂（1）和小腿臂（2），所述大腿臂（1）与小腿臂（2）铰接，其特征在于，所述小腿臂（2）远离大腿臂（1）的一端连接有脚裸运动机构（3），所述脚裸运动机构（3）远离小腿臂（2）的一端连接有脚掌机构（4）。

2.根据权利要求1所述的一种教学用机器人腿，其特征在于，所述小腿臂（2）远离大腿臂（1）的一端与脚掌机构（4）之间连接有四根螺旋弹簧（5），四根所述螺旋弹簧（5）沿小腿臂（2）周向均匀分布。

3.根据权利要求2所述的一种教学用机器人腿，其特征在于，所述螺旋弹簧（5）包括两个端部线圈（51）和形成于两个端部线圈（51）之间的有效部（52），所述有效部（52）的螺距小于端部线圈（51）的螺距，所述有效部（52）的轴心线与端部线圈（51）的轴心线不重合。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种教学用机器人腿，其特征在于，所述脚裸运动机构（3）包括支撑座（31）和虎克铰（32），所述支撑座（31）焊接在虎克铰（32）上，所述虎克铰（32）通过支撑座（31）固定连接小腿臂（2）和脚掌机构（4）。

5.根据权利要求4所述的一种教学用机器人腿，其特征在于，所述脚掌机构（4）包括依次连接的前脚掌部（41）、脚板部（42）以及后脚跟部（43）；所述前脚掌部（41）、脚板部（42）以及后脚跟部（43）均为平板；所述前脚掌部（41）与脚板部（42）圆弧过渡连接，所述脚板部（42）与后脚跟部（43）圆弧过渡连接，所述支撑座（31）焊接在脚板部（42）上。

6.根据权利要求2所述的一种教学用机器人腿，其特征在于，所述小腿臂（2）上沿周向均匀设置有四个A连接座（21），所述脚掌机构（4）上设置有与A连接座（21）对应的B连接座（44），所述螺旋弹簧（5）两端分别连接A连接座（21）与B连接座（44）。