CN214689839U - 具有减震平稳性的机器人足端机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有减震平稳性的机器人足端机构，主要用来解决机器人行走在地形复杂、凹凸不平的路面时，足端与地面离散点接触少、缺少辅助支撑、震动冲击较大、平衡能力差等问题。该机构包括滑动套筒、辅助支腿、伸缩杆、主弹簧、固定连接板、主足底、柔性缓冲垫、足底连接杆。当机器人行走在凹凸不平的路面时，由机器人体造成的惯性冲击力会通过滑动套筒传递给辅助支腿，辅助支腿在伸缩杆和主弹簧的作用下缓慢下降，从而带动足底连接杆一起转动，当足底连接杆转动到与主足底同一平面时，与足底连接杆胶接在一起的柔性缓冲垫与主足底一起与地面接触，当惯性冲击减少时，在主弹簧反弹力的作用下又会带动柔性缓冲垫向上收起。

Description

具有减震平稳性的机器人足端机构

技术领域

本实用新型涉及一种机器人足端结构，特别涉及一种具有减震平稳性的机器人足端机构。

背景技术

机器人足端结构目前多以单接触面、紧凑、灵活等为主要研究重点，但对于地形复杂、凹凸不平的情况，现有的机器人足端结构并不能保证机器人体的平稳性，并且对于较大的地面冲击力也不能起到缓和的作用。这样不仅给机器人体的平稳性带来一定影响，还会对足端驱动装置、连接装置等其他一些精密机构造成磨损、疲劳等破坏。

因此，在机器人足端结构设计方面，应适当增大足端结构与地面的接触面积，增加机体平稳性，同时还应该兼顾机器人足端的缓冲能力，提高机体的减震性。如专利公开号为CN109109999A，发明人邹猛等的发明专利“一种自适应沙土地面连杆式四足机器人足垫”中公开了一种适应于沙土地面的机器人足垫，其针对沙土地面或者松软路面具有接触面积大、自适应强的优点，但在非结构地形下缓冲效果降低、冲击增大。

综上，设计出一款适应于地形复杂、凹凸不平的路面，同时兼备平稳性、高减震性的机器人足端结构对于足式机器人的整体性能的提升至关重要。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本实用新型的目的是用来解决机器人行走在地形复杂、凹凸不平的路面时，足端与地面离散点接触少、缺少辅助支撑、震动冲击较大、平衡能力差等问题，提供一种兼备平稳性、高减震性的机器人足端机构。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

具有减震平稳性的机器人足端结构主要包括：滑动套筒1、四个辅助支腿2、四个伸缩杆3、主弹簧4、固定连接板5、主足底6、四个足底连接杆7和四个柔性缓冲垫8。

滑动套筒1套在机器人腿部，所述的滑动套筒1分为上下两个过渡板，上过渡板1-1与机器人体相连，下过渡板1-2通过转动副与辅助支腿2上端活动连接，带动辅助支腿上端始终沿机器人腿部竖直下滑，起导向作用。

机器人腿部下端为主足底6，固定连接板5设置在机器人腿部主足底6的上方；四个伸缩杆3一端与固定连接板5通过转动副活动连接，另一端通过转动副分别与一个辅助支腿2活动连接；所述的主弹簧位于滑动套筒1与固定连接板5之间，无固定连接，处于自由状态。

每个辅助支腿2的下端分别通过一个转动副与四个足底连接杆7活动连接；足底连接杆7与主足底6通过转动副活动连接；

所述的辅助支腿2、足底连接杆7和机器人腿部构成一个三连杆机构，随着滑动套筒的上下移动而转动。

四个柔性缓冲垫8分别固定在四个足底连接杆7上；所述的柔性缓冲垫8形状为扇形，且中间厚，两边薄。

所述的伸缩杆内部设有缓冲复位弹簧，起到缓冲辅助支腿下降、复位伸缩杆的作用。伸缩杆与辅助支腿、固定连接板之间均通过转动副活动连接。

所述的主足底6形状为圆柱形；半球足6-1设置在机器人腿下端，位于圆柱形足底上方，可在圆柱形主足底6内部向下移动和转动，半球足6-1下方为足底弹簧6-2，足底弹簧6-2与半球足6-1、主足底6之间均为焊接。

所述的足底连接杆胶接在柔性缓冲垫内部。

基于上述结构，本实用新型的工作原理及使用过程为：

当机器人正常行走在平稳路面时，主足底与地面接触，作为唯一支撑，通过主足底弹簧起到缓和冲击的作用，同时半球足在主足底内部可随意转动，实时调整主足底与地面的接触角度，当机器人足端向上抬起时，主足底弹簧又可利用弹性势能辅助足底抬起。

当机器人行走在地形复杂、凹凸不平的路面时，由机器人体造成的惯性冲击力会通过滑动套筒上过渡板带动滑动套筒向下移动，此时下过渡板通过转动副使辅助支腿上端始终沿机器人腿部竖直下滑。在这一过程中，主弹簧被逐渐压缩，伸缩杆被拉长，伸缩杆内部的缓冲复位弹簧处于伸长状态，辅助支腿在主弹簧和伸缩杆的作用下缓慢向外转动，同时通过转动副带动足底连接杆一起向外转动，当辅助支腿向外转动到一定角度时，足底连接杆和与其胶接在一起的柔性缓冲垫会与主足底的底部处于同一平面内，一起与地面接触，增大了与地面的接触面积，提高机器人体的稳定性，同时在柔性缓冲垫和主足底弹簧的作用下缓和了地面冲击力，减少机体震动。当柔性缓冲垫着地、机器人体的惯性冲击力缓冲之后，滑动套筒在主弹簧的反弹力作用下沿腿部向上滑动，从而带动辅助支腿向上转动，同时，伸缩杆内部的缓冲复位弹簧也会借助反弹力向内收缩，加速辅助支腿的向上转动，辅助支腿向上转动的同时，通过转动副拉动足底连接杆一起向上转动，从而带动柔性缓冲垫向上收起，为下次着地做准备。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种具有减震平稳性的机器人足端结构，主要适用于地形复杂、凹凸不平的路面。通过辅助支腿、足底连接杆、机器人腿部构成一个三连杆机构，在伸缩杆和主弹簧的辅助作用下，三连杆机构会随着滑动套筒的上下移动而转动，进而带动柔性缓冲垫的着地和收起。通过增加柔性缓冲垫和主足底弹簧来提高机器人足端与地面接触时的面积、缓和地面冲击力，兼备平稳性和减震性。本实用新型结构简单、构思巧妙，有效的解决了机器人足部平稳性差、离散点与地面接触少、容易打滑、缓冲能力不高等问题，具有很好的应用前景。

附图说明

图1所示为本实用新型提出的具有减震平稳性的机器人足端结构整体装配示意图；

图2所示为本实用新型提出的具有减震平稳性的机器人足端结构的主足底示意图；

图3所示为本实用新型提出的具有减震平稳性的机器人足端结构的伸缩杆示意图；

图4所示为本实用新型提出的具有减震平稳性的机器人足端结构的滑动套筒示意图；

图5所示为本实用新型提出的具有减震平稳性的机器人足端结构的柔性缓冲垫示意图。

附图标记说明：

1：滑动套筒；1-1：上过渡板；1-2：下过渡板；2：辅助支腿；3：伸缩杆；3-1：缓冲复位弹簧；4：主弹簧；5：固定连接板；6：主足底；6-1：半球足；6-2：足底弹簧；7：足底连接杆；8：柔性缓冲垫。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，实施例是以本实用新型的技术方案为前提的，给出了具体的实施方式和工作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1至图5所示：具有减震平稳性的机器人足端结构包括：滑动套筒(1)、滑动套筒上过渡板1-1、滑动套筒下过渡板1-2、四个辅助支腿2、四个伸缩杆(3)、伸缩杆内部缓冲复位弹簧3-1、主弹簧4、固定连接板5、主足底6、半球足6-1、足底弹簧6-2、四个足底连接杆7、四个柔性缓冲垫8。其中，滑动套筒套在机器人腿部，上过渡板1-1通过螺栓与机器人体相连，下过渡板1-2通过转动副与辅助支腿2活动连接，带动辅助支腿上端沿腿部竖直滑动；辅助支腿2通过转动副与伸缩杆3活动连接；主弹簧4位于滑动套筒1与固定连接板5之间，处于自由状态；固定连接板5与机器人腿部为一体，通过转动副与伸缩杆3活动连接；足底连接杆7与主足底6和辅助支腿2之间均通过转动副活动连接；辅助支腿2、足底连接杆7和机器人腿部构成一个三连杆机构，随着滑动套筒1的上下移动而转动；足底连接杆7胶接在柔性缓冲垫8内部。

所述的伸缩杆3中的伸缩大杆内部设有缓冲复位弹簧3-1，弹簧一侧与伸缩大杆底部焊接，另一侧与伸缩小杆底部焊接。

所述的主足底6形状为圆柱形，半球足6-1位于圆柱形足底上方，可在圆柱形足底内向下移动和转动，半球足6-1下方为足底弹簧6-2，足底弹簧6-2下端与主足底6焊接，上端与半球足6-1焊接。

所述的柔性缓冲垫8形状为扇形，且中间厚，两边薄。

本实施例的工作原理及使用过程：

如图1至图5所示：当机器人正常行走在平稳路面时，主足底6与地面接触，作为唯一支撑，通过主足底弹簧6-2起到缓和冲击的作用，同时半球足6-1在主足底内部可随意转动，实时调整主足底6与地面的接触角度，当机器人足端向上抬起时，主足底弹簧6-2又可利用弹性势能辅助足底抬起。

当机器人行走在地形复杂、凹凸不平的路面时，由机器人体造成的惯性冲击力会通过滑动套筒1上过渡板1-1带动滑动套筒向下移动，此时下过渡板1-2通过转动副使辅助支腿上端始终沿机器人腿部竖直下滑。在这一过程中，主弹簧4被逐渐压缩，伸缩杆3被拉长，伸缩杆内部的缓冲复位弹簧3-1处于伸长状态，辅助支腿2在主弹簧4和伸缩杆3的作用下缓慢向外转动，同时通过转动副带动足底连接杆7一起向外转动，当辅助支腿2向外转动到一定角度时，足底连接杆7和与其胶接在一起的柔性缓冲垫8会与主足底6的底部处于同一平面内，一起与地面接触，增大了与地面的接触面积，提高机器人体的稳定性，同时在柔性缓冲垫8和主足底弹簧6-2的作用下缓和了地面冲击力，减少机体震动。当柔性缓冲垫着地、机器人体的惯性冲击力缓冲之后，滑动套筒1在主弹簧4的反弹力作用下沿腿部向上滑动，从而带动辅助支腿2向上转动，同时，伸缩杆3内部的缓冲复位弹簧3-1也会借助反弹力向内收缩，加速辅助支腿2的向上转动，辅助支腿向上转动的同时，通过转动副拉动足底连接杆7一起向上转动，从而带动柔性缓冲垫8向上收起，为下次着地做准备。

综上所述，本实用新型公开了一种具有减震平稳性的机器人足端结构，较好的解决了机器人足部平稳性差、离散点与地面接触少、容易打滑、缓冲能力不高以及结构复杂等问题，具有很好的应用前景。

Claims (5)

1.具有减震平稳性的机器人足端机构，其特征在于，其主要包括：滑动套筒(1)、四个辅助支腿(2)、四个伸缩杆(3)、主弹簧(4)、固定连接板(5)、主足底(6)、四个足底连接杆(7)和四个柔性缓冲垫(8)；

滑动套筒(1)套在机器人腿部，所述的滑动套筒(1)分为上下两个过渡板，上过渡板(1-1)与机器人体相连，下过渡板(1-2)通过转动副与辅助支腿(2)上端活动连接；

机器人腿部下端为主足底(6)，固定连接板(5)设置在机器人腿部主足底(6)的上方；四个伸缩杆(3)一端与固定连接板(5)通过转动副活动连接，另一端通过转动副分别与一个辅助支腿(2)活动连接；所述的主弹簧位于滑动套筒(1)与固定连接板(5)之间，无固定连接；

每个辅助支腿(2)的下端分别通过一个转动副与四个足底连接杆(7)活动连接；足底连接杆(7)与主足底(6)通过转动副活动连接；

四个柔性缓冲垫(8)分别固定在四个足底连接杆(7)上。

2.根据权利要求1所述的具有减震平稳性的机器人足端机构，其特征在于，所述的柔性缓冲垫(8)形状为扇形，且中间厚，两边薄。

3.根据权利要求1或2所述的具有减震平稳性的机器人足端机构，其特征在于，所述的足底连接杆(7)胶接在柔性缓冲垫(8)内部。

4.根据权利要求1所述的具有减震平稳性的机器人足端机构，其特征在于，所述的伸缩杆(3)内部设有缓冲复位弹簧(3-1)。

5.根据权利要求1所述的具有减震平稳性的机器人足端机构，其特征在于，所述的主足底(6)形状为圆柱形；半球足(6-1)设置在机器人腿下端，位于圆柱形足底上方，可在圆柱形主足底(6)内部向下移动和转动，半球足(6-1)下方为足底弹簧(6-2)，足底弹簧(6-2)与半球足(6-1)、主足底(6)之间均为焊接。

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