CN217435884U - 一种机器人足端结构 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种机器人足端结构，用于提高机器足触地感知的敏感度。本申请实施例包括：足端支架、弹性足底、压力传导室、软介质、感压片、顶压头和控制器；足端支架与弹性足底连接；控制器与感压片电连接；压力传导室固定于足端支架和弹性足底之间的空腔中；压力传导室上设置有软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室，软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室相通；软介质设于弹性足底和压力传导室形成的空腔中，软介质的一部分契合弹性足底的足底内侧，且另一部分契合压力传导室的软介质腔室；顶压头位于顶压头腔室中；感压片位于感压片腔室中；顶压头分别与软介质和感压片连接。

Description

一种机器人足端结构

技术领域

本申请实施例涉及机器足领域，尤其涉及一种机器人足端结构。

背景技术

目前，随着工业化的发展，工业机器人技术逐渐成熟，然而作为行走机器人以及野外特种机器人，在不同类型的路面上行走过程中仍然存在很大困难，例如在沙地、石滩、沼泽、淤泥等恶劣环境中。适应各种陆地自然复杂环境的机器人是当今机器人研究领域最为前沿的课题之一。

足式机器人的足端形式主要有四种形式：平底形足端，圆柱形足端(含半圆柱足端)，球形足端(含半球形足端)及不规则足端(含仿生足端)。平底形足端优点在于与地面接触面积大、与地面接触良好且不容易打滑，不足之处是该足端为了适应不同的地形变化而保证良好接触，需要设计出灵活的足端与腿干的连接机构，大大增加了足式机器人的控制难度。圆柱形足端 (含半圆柱足端)与硬质地面接触时是一条线，与松软地面的接触类似于“车轮”，优点在于与地面接触能力较强、承载性能好，不足之处是容易打滑，不平稳。球形足端(含半球形足端)在与硬质地面相接触时是点接触，容易使得足式机器人的足端受到的摩擦力不够而打滑。不规则足端以仿生足端较为常见，根据生物界足-腿式动物设计，优势在于在特定地面环境下有独特的推进能力，但刚性不规则足端局限性很大。

无论是哪一种足端形式，都需要在机器足行走过程中。对地面进行感知，以使得机器人终端能够分析地面数据与行走数据，但是由于机器足的形态不一，并且行走过程中机器足与地面接触不均匀，使得用于感知的压力传感器接收到的压力数据不准确，降低了机器足触地感知的敏感度。

实用新型内容

本申请实施例公开了一种机器人足端结构，以提高机器足触地感知的敏感度，包括：

足端支架、弹性足底、压力传导室、软介质、感压片、顶压头和控制器；

足端支架与弹性足底连接，弹性足底用于将足底形变传导至软介质；

控制器与感压片电连接；

压力传导室固定于足端支架和弹性足底之间的空腔中；

压力传导室上设置有软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室，软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室相通；

软介质设于弹性足底和压力传导室形成的空腔中，软介质的一部分契合弹性足底的足底内侧，且另一部分契合压力传导室的软介质腔室；

顶压头位于顶压头腔室中；

感压片位于感压片腔室中；

顶压头分别与软介质和感压片连接，顶压头用于将软介质传导的形变压力传输到感压片上，感压片用于将软介质传导的形变压力转换为电信号传输到控制器上。

可选地，机器足还包括数据传输线缆，足端支架设置有走线管，数据传输线缆的一端与感压片电连接，另一端通过走线管与控制器电连接，数据传输线缆由于数据传输和/或电能传输。

可选地，软介质的一部分为半球体，另一部分为圆锥体，软介质的半球体用于契合弹性足底为半球体的内侧，软介质的圆锥体用于将弹性足底传导的形变压力集中传导至顶压头；

软介质腔室为倒圆锥状腔室，倒圆锥状腔室用于契合软介质的圆锥体部分。

可选地，弹性足底设置有限位环，限位环位于弹性足底内侧，压力传导室上设置有限位结构，限位结构位于压力传导室外侧，限位环与限位结构适配，限位环与限位结构用于将压力传导室固定于弹性足底中的空腔中。

可选地，弹性足底为可形变橡胶足底。

可选地，弹性足底为中空半球体，弹性足底外侧具有镂空孔，镂空孔用于增加弹性足底的摩擦力。

可选地，感压片为压电式压力传感器。

可选地，感压片为电阻式薄膜压力传感器。

可选地，软介质为热塑性橡胶软介质。

可选地，软介质为热塑性硅胶软介质。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

机器足的部件包括：足端支架、弹性足底、压力传导室、软介质、感压片、顶压头和控制器。其中，足端支架与弹性足底连接，足端支架与弹性足底连接，弹性足底用于将足底形变传导至软介质。控制器与感压片电连接，压力传导室固定于足端支架和弹性足底之间的空腔中。压力传导室上设置有有软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室，软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室相通。软介质与弹性足底和压力传导室接触，软介质的形状契合弹性足底的足底内侧，软介质的形状契合压力传导室的软介质腔室。顶压头位于顶压头腔室中，感压片位于感压片腔室中，顶压头分别与软介质和感压片连接，顶压头用于将软介质传导的形变压力传输到感压片上，感压片用于将软介质传导的形变压力转换为电信号传输到目标机器的控制器上。通过契合弹性足底的软介质感受弹性足底触地时产生的压力形变，将软介质承受的压力传输到顶压头中，再通过感压片进行压力与电信号的转换，完成机器足的触地感知，由于软介质契合与弹性足底，使得弹性足底的形变能够准确通过软介质传递到顶压头，再有顶压头传递到感压片，并最终由控制器接收并分析，提高了机器足触地感知的敏感度。

附图说明

图1为本申请实施例中用于机器人足端结构的一个实施例爆炸图；

图2为本申请实施例中用于机器人足端结构的一个实施例剖面图；

图3为本申请实施例中用于机器人足端结构的另一个实施例爆炸图；

图4为本申请实施例中用于机器人足端结构的另一个实施例剖面图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在现有技术中，足式机器人的足端形式主要有四种形式：平底形足端，圆柱形足端(含半圆柱足端)，球形足端(含半球形足端)及不规则足端(含仿生足端)。平底形足端优点在于与地面接触面积大、与地面接触良好且不容易打滑，不足之处是该足端为了适应不同的地形变化而保证良好接触，需要设计出灵活的足端与腿干的连接机构，大大增加了足式机器人的控制难度。圆柱形足端(含半圆柱足端)与硬质地面接触时是一条线，与松软地面的接触类似于“车轮”，优点在于与地面接触能力较强、承载性能好，不足之处是容易打滑，不平稳。球形足端(含半球形足端)在与硬质地面相接触时是点接触，容易使得足式机器人的足端受到的摩擦力不够而打滑。不规则足端以仿生足端较为常见，根据生物界足-腿式动物设计，优势在于在特定地面环境下有独特的推进能力，但刚性不规则足端局限性很大。

无论是哪一种足端形式，都需要在机器足行走过程中。对地面进行感知，以使得机器人终端能够分析地面数据与行走数据，但是由于机器足的形态不一，并且行走过程中机器足与地面接触不均匀，使得用于感知的压力传感器接收到的压力数据不准确，降低了机器足触地感知的敏感度。

基于此，本申请实施例公开了一种用于感知触地的机器足，用于提高机器足触地感知的敏感度。

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

请参考图1至图4，本申请实施例提供了一种用于感知触地的机器足的一个实施例，包括：

足端支架1、弹性足底2、压力传导室3、软介质4、感压片5、顶压头6 和控制器；

足端支架1与弹性足底2连接，弹性足底2用于将足底形变传导至软介质4；

控制器与感压片5电连接；

压力传导室3固定于足端支架1和弹性足底2之间的空腔中；

压力传导室3上设置有软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9，软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9相通；

软介质4设于弹性足底2和压力传导室3形成的空腔中，软介质4的一部分契合弹性足底2的足底内侧，且另一部分契合压力传导室3的软介质腔室7；

顶压头6位于顶压头腔室8中；

感压片5位于感压片腔室9中；

顶压头6分别与软介质4和感压片5连接，顶压头6用于将软介质4传导的形变压力传输到感压片5上，感压片5用于将软介质4传导的形变压力转换为电信号传输到控制器上。

足端支架1是目标机器人的支撑部件，主要模拟腿骨和关节，其功能为支撑目标机器人。所以机器人支架通常由金属构成，达到加强支撑以及延长使用寿命的效果。

弹性足底2为模拟足端，目前机器人的足端形式主要有四种形式：平底形足端，圆柱形足端(含半圆柱足端)，球形足端(含半球形足端)及不规则足端(含仿生足端)。平底形足端优点在于与地面接触面积大、与地面接触良好且不容易打滑，不足之处是该足端为了适应不同的地形变化而保证良好接触，需要设计出灵活的足端与腿干的连接机构，大大增加了足式机器人的控制难度。圆柱形足端(含半圆柱足端)与硬质地面接触时是一条线，与松软地面的接触类似于“车轮”，优点在于与地面接触能力较强、承载性能好，不足之处是容易打滑，不平稳。球形足端(含半球形足端)在与硬质地面相接触时是点接触，容易使得足式机器人的足端受到的摩擦力不够而打滑。不规则足端以仿生足端较为常见，根据生物界足-腿式动物设计，优势在于在特定地面环境下有独特的推进能力，但刚性不规则足端局限性很大。

本实施例中，弹性足底2使用可形变材料，并且足端支架1与弹性足底2 固定，当足端支架1带动弹性足底2运动过程中，弹性足底2会与地面进行接触，即弹性足底2在触地过程中产生的压力会完整的在弹性足底2上产生形变。

在弹性足底2和足端支架1连接处，设置有空腔，用于安装压力传导室3，压力传导室3主要用于固定软介质4、感压片5和顶压头6这三个部件，使得这三个部件能够将弹性足底2的形变转换成电信号。

其中，压力传导室3上设置有有软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9，软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9相通，并且软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9处在同一中轴线，软介质4接收到弹性足底2 的形变后，将形变成为压力传输到顶压头6上，顶压头6与感压片接触，将压力传输到感压片上，使得形变转换成电信号，即触地感知其压力参数。

并且，控制器与感压片连接，控制器由于接收感压片的电信号，并且进行分析，得到触底感知数据。

机器足的部件包括：足端支架1、弹性足底2、压力传导室3、软介质4、感压片5、顶压头6和控制器。其中，足端支架1与弹性足底2连接，足端支架1与弹性足底2连接，弹性足底2用于将足底形变传导至软介质4。控制器与感压片5电连接，压力传导室3固定于足端支架1和弹性足底2之间的空腔中。压力传导室3上设置有有软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9，软介质腔室7、顶压头腔室8和感压片腔室9相通。软介质4与弹性足底2和压力传导室3接触，软介质4的形状契合弹性足底2的足底内侧，软介质4 的形状契合压力传导室3的软介质腔室7。顶压头6位于顶压头腔室8中，感压片5位于感压片腔室9中，顶压头6分别与软介质4和感压片5连接，顶压头6用于将软介质4传导的形变压力传输到感压片5上，感压片5用于将软介质4传导的形变压力转换为电信号传输到目标机器的控制器上。通过契合弹性足底2的软介质4感受弹性足底2触地时产生的压力形变，将软介质4 承受的压力传输到顶压头6中，再通过感压片进行压力与电信号的转换，完成机器足的触地感知，由于软介质4契合与弹性足底2，使得弹性足底2的形变能够准确通过软介质4传递到顶压头6，再有顶压头6传递到感压片5，并最终由控制器接收并分析，提高了机器足触地感知的敏感度。

可选地，机器足还包括数据传输线缆，足端支架1设置有走线管10数据传输线缆的一端与感压片5电连接，另一端通过走线管7与控制器电连接，数据传输线缆由于数据传输和/或电能传输。

数据传输线缆可以是铜线缆，也可以是合金线缆，此处不做限定，主要是用于进行机械或电路连接的传输线都为本申请实施例的保护范围。足端支架1设置有走线管10，走线管用于固定并保护数据传输线缆。

可选地，软介质4的一部分为半球体，另一部分为圆锥体，软介质4的半球体用于契合弹性足底2为半球体的内侧，软介质4的圆锥体用于将弹性足底2传导的形变压力集中传导至顶压头6；

软介质腔室7为倒圆锥状腔室，倒圆锥状腔室用于契合软介质4的圆锥体部分。

软介质4的两侧为不同的形状具有特殊的功能，一侧为半球体，主要用于契合半球体的弹性足底2，可以将弹性足底2任意部分触地的形变传递到软介质4中。另一侧为圆锥体，用于将半球体的形变集中传递圆锥体的顶部，圆锥体的顶部与顶压头6连接，即可完成形变的传递。

可选地，弹性足底2设置有限位环11，限位环11位于弹性足底2内侧，压力传导室3上设置有限位结构12，限位结构12位于压力传导室3外侧，限位环11与限位结构12适配，限位环11与限位结构12用于将压力传导室3 固定于弹性足底2中的空腔中。

可选地，弹性足底2为可形变橡胶足底。

可选地，弹性足底2为中空半球体，弹性足底2外侧具有镂空孔13，镂空孔10用于增加弹性足底2的摩擦力。

可选地，感压片为压电式压力传感器。

可选地，感压片为电阻式薄膜压力传感器。

本实施例中，感压片为电阻式薄膜压力传感器，除了电阻式薄膜压力传感器以及压电式压力传感器，还可以是当前的不同类型的压力传感器中的任何一种。

可选地，软介质4为热塑性橡胶软介质。

可选地，软介质4为热塑性硅胶软介质。

软介质4可以是热塑性橡胶软介质或是热塑性硅胶软介质等可形变的材料组成，并且可以是其中一项或多项的混合物。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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，仅用于说明各部件或组成部分之间的相对位置关系，并不特别限定各部件或组成部分的具体安装方位。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请中所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用于配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用于限定本申请可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均仍应落在本申请所揭示的技术内容涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种机器人足端结构，其特征在于，包括：

足端支架、弹性足底、压力传导室、软介质、感压片、顶压头和控制器；

所述足端支架与所述弹性足底连接，所述弹性足底用于将足底形变传导至所述软介质；

所述控制器与所述感压片电连接；

所述压力传导室固定于所述足端支架和所述弹性足底之间的空腔中；

所述压力传导室上设置有软介质腔室、顶压头腔室和感压片腔室，所述软介质腔室、所述顶压头腔室和所述感压片腔室相通；

所述软介质设于所述弹性足底和所述压力传导室形成的空腔中，所述软介质的一部分契合所述弹性足底的足底内侧，且另一部分契合所述压力传导室的所述软介质腔室；

所述顶压头位于所述顶压头腔室中；

所述感压片位于所述感压片腔室中；

所述顶压头分别与所述软介质和所述感压片连接，所述顶压头用于将所述软介质传导的形变压力传输到所述感压片上，所述感压片用于将所述软介质传导的形变压力转换为电信号传输到所述控制器上。

2.根据权利要求1所述的机器人足端结构，其特征在于，所述机器足还包括数据传输线缆，所述足端支架设置有走线管，所述数据传输线缆的一端与所述感压片电连接，另一端通过所述走线管与所述控制器电连接，所述数据传输线缆由于数据传输和/或电能传输。

3.根据权利要求1所述的机器人足端结构，其特征在于，所述软介质的一部分为半球体，另一部分为圆锥体，所述软介质的半球体用于契合所述弹性足底为半球体的内侧，所述软介质的圆锥体用于将所述弹性足底传导的形变压力集中传导至所述顶压头；

所述软介质腔室为倒圆锥状腔室，倒圆锥状腔室用于契合所述软介质的圆锥体部分。

4.根据权利要求3所述的机器人足端结构，其特征在于，所述弹性足底设置有限位环，所述限位环位于所述弹性足底内侧，所述压力传导室上设置有限位结构，所述限位结构位于所述压力传导室外侧，所述限位环与所述限位结构适配，所述限位环与所述限位结构用于将所述压力传导室固定于弹性足底中的空腔中。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述弹性足底为可形变橡胶足底。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述弹性足底为中空半球体，所述弹性足底外侧具有镂空孔，所述镂空孔用于增加所述弹性足底的摩擦力。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述感压片为压电式压力传感器。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述感压片为电阻式薄膜压力传感器。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述软介质为热塑性橡胶软介质。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的机器人足端结构，其特征在于，所述软介质为热塑性硅胶软介质。

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