一种轮腿式机器人的腿部结构及轮腿机器人

1.本技术属于机器人领域，尤其涉及一种轮腿式机器人的腿部结构及轮腿机器人。


背景技术：

2.移动机器人所采取的运动方式包括轮式、履带式、足式、混合式等运动形式。对于足式机器人，现有多项技术可以检测在运动过程中足底压力分布情况，研究人员可以检测装置获取的压力数值，更好地调整足式机器行走地步态和姿态。随着科技的发展，轮腿式机器人不再局限于只能在平整的路面移动，可在非结构化、不平坦等复杂地形灵活移动，还可以完成翻转、攀爬、落地等动作。
3.在完成上述动作过程中由于地面崎岖、高低落差等，需要获得轮腿式机器人腿部触地及足端与地面的距离信息以便进行预测控制，使腿部着地更加的平稳准确。不同于四足机器人的足底，轮腿机器人的末端为车轮，传感器的布置空间较四足机器人愈发狭小，结构要求紧凑，且能发挥传感器的良好检测能力。但是现有的触地检测传感器或足部装置均适用于四足机器人，对于轮腿式机器人的轮端检测机构极为少见。
4.需要说明的是，上述内容属于发明人的技术认知范畴，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种轮腿式机器人的腿部结构及轮腿机器人，将腿部结构分为上腿部和下腿部，弹性件将两者分隔出一个缓冲空间，将检测单元置于缓冲空间内，当机器人腿部触地时，检测单元会被触发，以实现对轮腿式机器人触地信息的检测。
6.为解决上述问题，本实用新型提供一种轮腿式机器人的腿部结构，包括：上腿部；下腿部；弹性件，弹性件置于上腿部和下腿部之间，弹性件连接并支撑上腿部和下腿部，使上腿部和下腿部之间存在缓冲空间；检测单元，检测单元设置于缓冲空间内，缓冲空间沿腿部结构的长度方向的间距缩小至设定距离时，检测单元被触发。
7.进一步的，检测单元为压力传感器或位移传感器。
8.进一步的，还包括导向装置，导向装置与上腿部和下腿部连接，使上腿部和下腿部沿导向装置作直线运动。
9.进一步的，导向装置包括至少两组限位螺栓，两限位螺栓设置于检测单元两侧，限位螺栓包括底部螺纹区和光轴区，底部螺纹区与下腿部连接，上腿部设置有通孔，限位螺栓顶部从通孔伸出。
10.进一步的，弹性件为弹簧，限位螺栓穿过弹簧并分别与上腿部和下腿部连接。
11.进一步的，弹性件为弹簧，上腿部底部设置有上安装槽，下腿部顶部设置由下安装槽，弹簧两端分别置于上安装槽和下安装槽内。
12.进一步的，还包括盖板组件，盖板组件包括盖板和导向槽，下腿部设置有导向槽，盖板与上腿部固定连接，盖板在导向槽内滑动。
13.进一步的，盖板组件还包括u型板，u型板安装在下腿部两侧，u型板与下腿部之间
形成导向槽，u型板延伸至上腿部以封闭缓冲空间。
14.进一步的，检测单元设置在上腿部的底面或下腿部的顶面。
15.本实用新型还提供一种轮腿机器人，包括上述任意一项的轮腿式机器人的腿部结构。
16.本实用新型的有益效果在于，将腿部结构分为上腿部和下腿部，弹性件将两者分隔出一个缓冲空间，将检测单元置于缓冲空间内，当机器人触地时，下腿部受到冲击从而压缩弹性件，使得缓冲空间减小，检测单元会被触发，以实现检测轮腿式机器人触地受力情况，大大降低了直接测量车轮的难度和复杂性，结构简单紧凑。而且轮腿式机器人在翻转落地过程中容易受到冲击和振动，通过设置弹性件可以起到缓冲减震的作用。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型提供的轮腿式机器人的腿部结构部分剖视结构示意图。
19.图2为图1所示实施例立体结构示意图。
20.其中，10、上腿部；20、下腿部；30、弹性件；40、缓冲空间；50、检测单元；60、导向装置；70、盖板组件；701、盖板；702、导向槽。
具体实施方式
21.为了更清楚的阐释本技术的整体构思，下面结合说明书附图以示例的方式进行详细说明。
22.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
23.另外，在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同
的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
26.在本实用新型中，如图1-2所示，本实用新型提供一种轮腿式机器人的腿部结构，包括：上腿部10；下腿部20；弹性件30，弹性件30置于上腿部10和下腿部20之间，弹性件30连接并支撑上腿部10和下腿部20，使上腿部10和下腿部20之间存在缓冲空间40；检测单元50，检测单元50设置于缓冲空间40内，缓冲空间40沿腿部结构的长度方向的间距缩小至设定距离时，检测单元50被触发。
27.弹性件30两端分别连接上腿部10和下腿部20，在弹性件30弹力的作用下，使上腿部10和下腿部20分离，两者之间的空间为缓冲空间40，检测单元50置于缓冲空间40内。当轮腿式机器人未触地时，弹性件30一直处于压缩状态，缓冲空间40始终保持一定大小，此时检测单元50不会被触发，没有信号产生。当轮腿式机器人触地时，下腿部20受到的外力大于弹性件30给它的弹力，弹性件30就会被压缩，上腿部10和下腿部20之间的缓冲空间40在沿腿部结构的长度方向上的间距就会缩短，同时，弹性件30对上腿部10和下腿部20的相对移动还具有导向作用。若间距缩短到一定值时，检测单元50就会触发，并记录轮腿式机器人在触地时的压力的检测结果。
28.本实用新型提出一种新型的检测轮腿机器人触地检测结构，通过力的传递，将机器人轮部受到的力传递给下腿部20，弹性件30使上、下腿部20之间存在有缓冲空间40，并将检测单元50置于缓冲空间40内检测，从而可以快速准确地检测出机器人着地的受力状态，结构简单而且紧凑，大大降低了直接测量轮腿式机器人轮部受力情况的难度和复杂性。而且轮腿式机器人在翻转落地过程中容易受到冲击和振动，通过设置弹性件30可以起到缓冲减震的作用。
29.更进一步的是，上腿部10承担轮腿式机器人上半部分的重量，为避免为触地时检测单元50产生错误信号，在选择弹性件30时要保证未触地时上腿部10和下腿部20之间始终存在一定距离的缓冲空间40，只有当弹性件30被压缩，缓冲空间40缩小到一定值时，才会触发检测单元50。下腿部20下方为圆环状，套设在轮腿式机器人的轮部车轴的一端。
30.具体的，如图1所示，检测单元50为压力传感器或位移传感器。当检测单元50为压力传感器时，其安装方式可以选择为压力传感器的顶面或底面至少一面不与上腿部10或下腿部20接触，待机器人触地后，上腿部10或下腿部20移动并与压力传感器接触挤压，压力传感器会持续输出压力信号并将反应最终触地时的压力值，此时应该选择弹性变形量较大的弹性件30。当然，压力传感器也可以选择直接与上腿部10和下腿部20直接接触，上腿部10承载的重量为初始压力值，当机器人触地时，缓冲空间40进一步被压缩，压力传感器会持续输出压力信号，当缓冲空间40被压缩到设定值时，压力传感器输出的压力值去掉初始压力值即为机器人触地时的受力值。选择压力传感器作为检测单元50可以直接反映出机器人轮部的受力大小，更加方便直观。除此之外，检测单元50还可以选择位移传感器，通过检测缓冲空间40在沿腿部结构长度方向上间距的变化，并通过弹性件30的弹性系数计算得出触地时的受力情况。
31.需要进一步说明的是，还包括导向装置60，导向装置60与上腿部10和下腿部20连接，使上腿部10和下腿部20沿导向装置60作直线运动。无论是上腿部10承载的重量增加而沿着腿部结构长度方向向下移动，还是下腿部20在触地受到冲击时而沿腿部结构长度方向
向上移动，导向装置60可以保证上腿部10和下腿部20在移动过程中不发生偏移，确保腿部结构的稳定性，同时对于检测单元50为压力传感器而言，在下腿部20移动过程中，压力传感器只会受到下腿部20对其在腿部结构长度方向上的压力，避免压力传感器受到不同方向的力挤压产生误差并降低使用寿命。
32.具体的，如图1所示，导向装置60包括至少两组限位螺栓，两组限位螺栓设置于检测单元50两侧，限位螺栓包括底部螺纹区和光轴区，底部螺纹区与下腿部20连接，上腿部10设置有通孔，限位螺栓顶部从通孔伸出。下腿部20设置有螺纹孔，限位螺栓的底部螺纹区与螺纹孔连接，上腿部10设置有凸台，在凸台上设置通孔，在缓冲空间40和通孔内至少应为光轴区，避免在移动过程中产生较大的摩擦力，此外保证上腿部10和下腿部20移动过程中各个限位螺栓受力均匀，移动过程更加平稳，避免单个限位螺栓连接时，上腿部10和下腿部20之间发生相对转动。
33.需要进一步说明的是，弹性件30为弹簧，限位螺栓穿过弹簧并分别与上腿部10和下腿部20连接。为了节约上腿部10和下腿部20之间各个结构的排布空间，将弹簧套设在限位螺栓上，使得缓冲空间40内部更加紧凑，而且当弹簧在压缩和回弹过程中，限位螺栓可以支撑并限制弹簧的运动方向，使得弹簧变形更加均匀，更好地支撑和连接上腿部10和下腿部20。
34.作为一种优选的实施方式是，如图1所示，弹性件30为弹簧，上腿部10底部设置有上安装槽，下腿部20顶部设置有下安装槽，弹簧两端分别置于上安装槽和下安装槽内，弹簧结构简单，成本较低，而且可以根据实际需要，比如承载重物的范围、检测单元50的选择不同，而选择不同类型的弹簧。将弹簧两端分别安装在上安装槽和下安装槽内，既可以方便更换不同弹簧，也能够始终给上腿部10和下腿部20以弹力，避免弹簧在工作过程中弹出缓冲空间40内，或与上腿部10和下腿部20中的一个出现分离的现象。
35.进一步的，如图2所示，还包括盖板组件70，盖板组件70包括盖板701和导向槽702，下腿部20设置有导向槽702，盖板701与上腿部10固定连接，盖板701在导向槽702内滑动。在上腿部10和下腿部20移动过程中，盖板701会在导向槽702内滑动，盖板组件70一方面可以起到导向作用，另一方面还可以起到加强腿部结构的稳定性，提高腿部强度，避免受到外界冲击时，上腿部10和下腿部20之间断裂分离。
36.需要说明的是，如图2所示，为了避免尘土或液体进入缓冲空间40，对检测单元50正常检测过程造成影响和干扰，盖板组件70还包括u型板，u型板安装在下腿部20两侧，u型板与下腿部10侧壁之间形成导向槽702，u型板可以延伸至上腿部10，确保在移动过程中u型板的上端不会脱离上腿部10。也可以直接延伸至限位螺栓的最高处，以实现对限位螺栓的防护效果，u型板与盖板701共同对上腿部10和下腿部20之间的空间及内部结构起到保护作用。
37.需要进一步说明的是，检测单元50设置在上腿部10的底面。对于检测单元50，无论是选择压力传感器，还是位移传感器，将其固定在上腿部10的底面，可以使其不发生相对移动，从而在检测单元50与外界线路连接时不会因移动而拉断。此外，检测单元50设置在下腿部20的顶面。检测单元50也可以设置在缓冲空间40内部，在下腿部20顶面或者上腿部10底面设置有支柱，检测单元50与支柱连接。在实际使用过程中，检测单元50横向布置于缓冲空间40内部。
38.更为具体的是，本实用新型还提供一种轮腿机器人，包括上述任意一项所述的轮腿式机器人的腿部结构。
39.本实用新型中未述及的地方采用或借鉴已有技术即可实现。
40.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。
41.以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。