一種可自動伸縮的機器人腿的製作方法

2023-05-25 00:08:41

專利名稱：一種可自動伸縮的機器人腿的製作方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，特別地涉及一種可自動伸縮的機器人腿。
背景技術：
機器人在搬運、焊接和日常生活中均可以代替人類完成許多工作，尤其是一些重 復性、枯燥乏味的工作，因此成為近幾十年來研究的熱點。在機器人的應用過程中，要求具 有良好的穩定性和高效性，設計滿足上述兩個要求的機器人已成為學者和研究人員的研究 重點和難點。
仿人機器人可以模仿人的行走步態，在其行走過程中，利用髖關節和膝關節的屈 伸使得機器人向前行走。例如中國專利文獻CNlO 1121424A公開了一種多自由度的雙足機 器人下肢機構，該機構可最大程度的實現雙足機器人擬人步態行走，經濟可行，承載力大。 另外中國專利文獻CN101229826A公開了一種雙足機器人的下肢機構，該機構具有10個自 由度，實現髖關節和膝關節前擺自由度的兩個電機均設計於膝關節處，優化了腿部機構的 質量布局，降低了設計難度。上述專利均是通過髖關節和膝關節的擺動使得機器人向前行 走的。
目前大部分仿人機器人機構都是通過髖關節和膝關節的屈伸擺動實現運動的，通 過機器人腿的伸縮實現機器人運動的機構還較少。當機器人腿通過屈伸擺動實現運動時， 一般需要多個電機對各關節進行驅動，這樣就會涉及到初始狀態的確定和變量協調的問 題，增加了控制系統的複雜性。另外，目前大部分仿人機器人腿的運動精度不夠高、反應較 為緩慢、可靠性和穩定性仍需提高且結構較為複雜。發明內容
為了達到上述目標，本發明提供了一種便於控制、運動精度高、反應靈敏、安全可 靠、結構簡單緊湊、便於加工安裝的可自動伸縮的機器人腿解決方案。
本發明的技術方案為
一種可自動伸縮的機器人腿，包括運動單元、上固定座、上電磁鐵、套筒、下電磁 鐵、下固定座、U形塊、彈簧板和彈簧。其中上固定座、上電磁鐵、套筒、下電磁鐵、下固定座、 U形塊依次自上而下固連在一起。所述彈簧安裝在U形塊底部，彈簧板在遠離U形塊底部的 一端與所述彈簧固定連接。所述運動單元進一步包括依次自上而下固定連接的上連接杆， 運動電磁鐵和下連接杆，進一步在所述運動電磁鐵的上端面和下端面分別設置上緩衝墊和 下緩衝墊，所述上緩衝墊、運動電磁鐵和下緩衝墊設置在套筒的空腔中，所述上連接杆貫穿 所述上固定座和上電磁鐵，所述下連接杆貫穿所述下電磁鐵和下固定座。所述運動電磁鐵 的極性可變，所述上電磁鐵和下磁鐵的極性固定且相反，通過改變運動電磁鐵的極性改變 其與上電磁鐵和下電磁鐵之間的受力，帶動上連接杆在套筒中運動，從而實現腿的伸縮功 倉泛。
優選地，所述上固定座和下固定座的中間為鋸齒狀的孔。
優選地，所述套筒的兩端設有翻邊結構。
優選地，採用繼電器控制所述運動電磁鐵極性的改變。
與現有技術採用的相比，本發明的有益效果是
(I)可以實現機器人腿的自動伸縮。通過控制系統自動調節機器人腿的位置，從而 實現機器人腿的靈活伸縮。
(2)運動精度高，可操作性強。由於對運動單元所到達的極限位置進行了限制，因 此運動精度高。由於彈簧能起到「儲能」的作用，因此避免了 「卡死」等現象，可操作性強。
(3)反應靈敏、方便控制且穩定可靠。通過繼電器改變運動電磁鐵的極性，因此裝 置反應靈敏且方便控制。
(4)結構簡單緊湊、便於加工安裝。


圖1為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的結構示意圖2為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的運動單元結構示意圖3為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的上固定座、上電磁鐵、套筒結構示 意圖4為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的下電磁鐵、下固定座、U形塊結構示 意圖5為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的彈簧板和彈簧結構示意圖。
附圖標記說明
1-上連接杆；2_上固定座；3_上電磁鐵；4_上緩衝墊；5_運動電磁鐵；6_下緩衝 墊；7_套筒；8_下連接杆；9_下電磁鐵；10_下固定座；11-U形塊；12_彈簧板；13_彈簧。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚，以下結合附圖及實施例，對本發 明進一步進行詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於 限定本發明。相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、 修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的 細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分 的描述也可以完全理解本發明。
參照圖1，所示為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的結構示意圖。包括運動 單元、上固定座2、上電磁鐵3、套筒7、下電磁鐵9、下固定座10、U形塊11、彈簧板12和彈 簧13。其中上固定座2、上電磁鐵3、套筒7、下電磁鐵9、下固定座10、U形塊11依次自上 而下固連在一起。彈簧13安裝在U形塊11底部，彈簧板12在遠離U形塊11底部的一端 與彈簧13固定連接。運動單元進一步包括依次自上而下固定連接的上連接杆1，運動電磁 鐵5和下連接杆8，進一步在運動電磁鐵5的上端面和下端面分別設置上緩衝墊4和下緩衝 墊6，上緩衝墊4、運動電磁鐵5和下緩衝墊6設置在套筒7的空腔中。上連接杆I貫穿上 固定座2和上電磁鐵3，下連接杆8貫穿下電磁鐵9和下固定座10。運動電磁鐵5的極性 可變，上電磁鐵3和下磁鐵9的極性固定且相反，通過改變運動電磁鐵5的極性改變其與上電磁鐵3和下電磁鐵9之間的受力，帶動上連接杆I在套筒7中運動，從而實現腿的伸縮功 倉泛。
具體地，參見圖2，所示為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的運動單元結構示 意圖。運動單元包括上連接杆1、上緩衝墊4、運動電磁鐵5、下緩衝墊6、下連接杆8。上連 接杆I連接到與可自動伸縮的機器人腿相連接的裝置上。上緩衝墊4和下緩衝墊6分別安 裝在運動電磁鐵5的上下兩個端面上，對運動單元的運動起到緩衝作用，以免產生劇烈的 碰撞。通過控制系統改變運動電磁鐵5的極性與磁場的強弱，改變其受力方向與大小,從而 實現所規劃的運動。由於繼電器的反應速度較快，所以運動電磁鐵5的極性優先採用繼電 器來改變。
具體地，參見圖3和圖4，所示為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的上固定 座、上電磁鐵、套筒結構示意圖和下電磁鐵、下固定座、U形塊結構示意圖。上固定座2、上電 磁鐵3、套筒7固連在一起，套筒7、下電磁鐵9、下固定座10、U形塊11固連在一起。為了 改善摩擦與受力情況，上固定座2和下固定座10中間的孔均為鋸齒狀。上電磁鐵3和下電 磁鐵9分別具有固定且相反的極性，與運動電磁鐵5分別形成引力、斥力或者斥力、引力，從 而實現所規劃的運動。套筒7的兩端均具有翻邊結構，以方便與其它零部件連接。優先地， 為了方便加工，上固定座2和下固定座10的形狀相同，上電磁鐵3和下電磁鐵9的形狀相 同，上緩衝墊4和下緩衝墊6的形狀相同。
參見圖5，所示為本發明實施例的可自動伸縮機器人腿的彈簧板和彈簧結構示意 圖。彈簧板12和彈簧13固連在一起，且均安裝在U形塊11中。當運動單元中的下連接杆 8向下運動至下端位置時，會與彈簧板12接觸，壓縮彈簧13，這時彈簧13對運動單元的運 動起到緩衝作用。當運動單元運行至最低端，且需要向上運行時，彈簧13會釋放所儲存的 能量，配合上電磁鐵3、下電磁鐵9對運動單元的引力、斥力帶動運動單元向上運動。
具體實現方式如下
當運動單元位於最低端，且需要向上運動時，彈簧推動彈簧板向上運動，從而推動 運動單元向上運動，同時通過控制系統調節運動電磁鐵的極性變為與其向下運動時相反的 極性，以使上電磁鐵與運動電磁鐵之間形成引力，下電磁鐵與運動電磁鐵之間形成斥力，從 而使得運動單元向上運動。
當運動單元位於最高端，且需要向下運動時，運動電磁鐵的極性變為與其向上運 動時相反的極性，上電磁鐵與運動電磁鐵之間形成斥力，下電磁鐵與運動電磁鐵之間形成 引力，同時加上運動單元重力的作用，使得運動單元向下運動。為了防止運動單元與下電磁 鐵發生劇烈的碰撞，在U形塊中設置有彈簧，當運動單元運動到一定位置時會與彈簧板接 觸，彈簧對運動單元具有一定的緩衝作用，直到運動單元運行至最低點。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種可自動伸縮的機器人腿，其特徵在於，包括運動單元、上固定座(2)、上電磁鐵 (3)、套筒⑵、下電磁鐵(9)、下固定座(10)、U形塊(11)、彈簧板(12)和彈簧(13);其中上固定座(2)、上電磁鐵(3)、套筒(7)、下電磁鐵(9)、下固定座(10)、U形塊(11)依次自上而下固連在一起；所述彈簧(13)安裝在U形塊(11)底部，彈簧板(12)在遠離U形塊(11)底部的一端與所述彈簧(13)固定連接；所述運動單元進一步包括依次自上而下固定連接的上連接杆(I)，運動電磁鐵(5)和下連接杆(8)，進一步在所述運動電磁鐵(5)的上端面和下端面分別設置上緩衝墊(4)和下緩衝墊￠)，所述上緩衝墊(4)、運動電磁鐵(5)和下緩衝墊(6)設置在套筒(7)的空腔中，所述上連接杆(I)貫穿所述上固定座(2)和上電磁鐵 (3)，所述下連接杆⑶貫穿所述下電磁鐵(9)和下固定座(10);所述運動電磁鐵(5)的極性可變，所述上電磁鐵(3)和下磁鐵(9)的極性固定且相反，通過改變運動電磁鐵(5)的極性改變其與上電磁鐵(3)和下電磁鐵(9)之間的受力，帶動上連接杆(I)在套筒(7)中運動，從而實現腿的伸縮功能。
2.根據權利要求1所述的可自動伸縮的機器人腿，其特徵在於，所述上固定座(2)和下固定座(10)的中間為鋸齒狀的孔。
3.根據權利要求1或2所述的可自動伸縮的機器人腿，其特徵在於，所述套筒(7)的兩端設有翻邊結構。
4.根據權利要求1所述的可自動伸縮的機器人腿，其特徵在於，採用繼電器控制所述運動電磁鐵(5)極性的改變。
全文摘要
本發明公開一種可自動伸縮的機器人腿，該機器人腿由運動單元，上(下)固定座，上(下)電磁鐵，套筒、U形塊、彈簧板和彈簧組成。上電磁鐵和下電磁鐵具有固定且相反的極性，運動電磁鐵的極性是變化的，該機器人腿運動時運動電磁鐵與上(下)電磁鐵形成變化的引(斥)力或斥(引)力，從而帶動運動單元上下運動，以實現機器人腿的伸縮功能。同現有技術相比，本發明的優點是可實現機器人腿的自動伸縮，便於控制，運動精度高；響應速度快，安全可靠；結構簡單緊湊，便於加工安裝；尤其適用於無膝關節的機器人中。
文檔編號B62D57/032GK102991602SQ201210531579
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月7日 優先權日2012年12月7日
發明者楊世錫, 丁長濤, 甘春標, 徐安定 申請人:浙江大學