一种弹性装置、机器人及机器人控制方法

本发明涉及机器人，尤其涉及一种弹性装置、机器人及机器人控制方法。

背景技术：

1、在机器人中，尤其是腿式机器人中，大腿和小腿之间通常连接一弹性件，弹性件既可为腿式机器人的跳跃提供能量支持，还可在腿式机器人落地时起到缓冲作用。为了充分利用弹性件的能量，现有的做法是将弹性件的两端分别与大腿和小腿滑动连接，以在屈膝动作完成后，利用电机驱动弹性件的两端分别相对大腿和小腿滑移，直至弹性件处于竖直状态，使弹性件的弹力能够完全被用于机器人跳跃。

2、但由于屈膝过程中，弹性件压缩变形蓄积了弹性势能，使得电机在驱动弹性件的端部滑移时还需克服弹性件蓄积的弹性势能，导致电机耗能大量增加，影响了机器人的运行效率。同时，在电机驱动弹性件端部移动的过程中，弹性件变形不稳定，使得电机消耗的能量不固定，导致机器人运动时的控制难度增加，降低了人机交互的体验感。

3、因此，亟需一种弹性装置、机器人及机器人控制方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明的目的在于提供一种弹性装置、机器人及机器人控制方法，能够减小机器人的整体耗能，提高机器人的运行效率和人机交互体验感。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，提供了一种弹性装置，其包括：

4、伸缩机构，包括第一安装座、第二安装座、第一弹性件和牵引件，第一弹性件沿第一方向延伸，第一弹性件的一端连接第一安装座，第一弹性件的另一端连接第二安装座；第一安装座上设置有可转动的第一转轴，第一转轴沿第二方向延伸，牵引件的一端连接第二安装座，牵引件的另一端绕设于第一转轴，第一弹性件沿第一方向伸缩时能通过牵引件带动第一转轴转动，第一方向与第二方向呈夹角设置；

5、自锁机构，包括驱动件、第一锁定件和第二锁定件，第一锁定件设置于第一转轴，驱动件的输出端连接第二锁定件，用于驱动第二锁定件靠近或远离第一锁定件，以使第二锁定件与第一锁定件锁定或解锁，第二锁定件与第一锁定件锁定时能限制第一转轴转动。

6、作为优选地，伸缩机构还包括设置于第一安装座的动力件，动力件用于对第一转轴施加第一旋转力矩，牵引件对第一转轴施加有第二旋转力矩，第一旋转力矩的方向与第二旋转力矩的方向相反。

7、作为优选地，动力件包括第一转轮、第二转轮和第二弹性件，第一转轮同轴固定于第一转轴，第二转轮转动设置于第一安装座，第二弹性件的一端卷绕于第一转轮，第二弹性件的另一端卷绕于第二转轮，第一转轮能在第二弹性件的弹力作用下对第一转轴施加第一旋转力矩。

8、作为优选地，第一安装座包括底板，底板上沿第二方向间隔设置有第一立板、第二立板和第三立板，第一弹性件与底板连接，第一转轴转动地依次贯穿第一立板、第二立板和第三立板，第一转轮位于第一立板和第二立板之间，牵引件活动贯穿底板并绕设于第一转轴，且牵引件位于第二立板和第三立板之间，第一立板和第二立板之间设置有与第一转轴平行的第二转轴，第二转轮转动设置于第二转轴。

9、作为优选地，自锁机构还包括滑动设置于第一安装座的移动支架，移动支架上设置有第二锁定件，驱动件输出端与移动支架连接，以驱动移动支架带动第二锁定件靠近或远离第一锁定件。

10、作为优选地，驱动件包括：

11、生磁件，设置于第一安装座，生磁件能产生磁场；

12、移动杆，可移动地设置于第一安装座，移动杆与移动支架连接，移动杆能在磁场作用下带动移动支架靠近第一锁定件；

13、弹性复位件，套设于移动杆，弹性复位件被配置为在磁场消失时驱动移动支架远离第一锁定件。

14、作为优选地，伸缩机构还包括伸缩杆，伸缩杆的一端连接第一安装座，伸缩杆的另一端连接第二安装座；第一弹性件套设于伸缩杆。

15、作为优选地，第一锁定件包括蜗轮，蜗轮同轴设置于第一转轴，第二锁定件包括蜗杆，蜗杆能与蜗轮啮合。

16、第二方面，提供了一种机器人，包括动力模块、控制模块以及可相对转动的第一连接臂和第二连接臂，第一连接臂和第二连接臂之间连接有如上所述的弹性装置；

17、弹性装置的第一安装座与第一连接臂滑动连接，弹性装置的第二安装座与第二连接臂滑动连接，动力模块被配置为驱动第一安装座相对第一连接臂滑动以及驱动第二安装座相对第二连接臂滑动，控制模块与动力模块和驱动件均电连接，用于控制动力模块和驱动件的启闭。

18、第三方面，提供了一种机器人控制方法，应用于如上所述的机器人，包括以下步骤：

19、s1：第一连接臂和第二连接臂相对转动至预设夹角时，控制模块控制驱动件启动，以使第二锁定件向第一锁定件移动并与第一锁定件锁定；

20、s2：控制模块控制动力模块启动，以使第一安装座相对第一连接臂滑动，以及使第二安装座相对第二连接臂滑动，直至弹性装置的第一弹性件呈预设状态；

21、s3：控制模块控制驱动件关闭，以使第二锁定件脱离第一锁定件。

22、本发明的有益效果为：本发明提供的弹性装置、机器人及机器人控制方法，第一安装座与机器人的第一连接臂滑动连接，第二安装座与机器人的第二连接臂滑动连接，第一连接臂和第二连接臂相对转动过程中，第一安装座和第二安装座不发生滑动，第一连接臂与第二连接臂的夹角改变，使得第一安装座与第二安装座之间的间距改变，从而带动第一安装座和第二安装座之间的第一弹性件随之伸缩变形。与此同时，牵引件在第二安装座的带动下放长或收卷于第一转轴，从而使第一转轴相对第一安装座正转或反转。当第一连接臂与第二连接臂相对转动至预设夹角后，通过驱动件控制第二锁定件靠近第一锁定件，使第二锁定件与第一锁定件锁定，将第一转轴锁止，此时在牵引件的作用下第二安装座与第一安装座之间的间距固定，即锁定了第一弹性件的当前变形状态，使第一弹性件积蓄的弹性势能暂时不释放。因此，机器人的动力模块在驱动第一安装座相对第一连接臂滑动以及驱动第二安装座相对第二连接臂滑动时，无需提供克服第一弹性件积蓄的弹性势能，从而达到了降低机器人整体能耗的目的，提高了机器人运行效率。并且，动力模块驱动第一安装座和第二安装座移动过程中，能量稳定输出，降低了机器人的运动控制难度，提高了人机交互体验感。

技术特征：

1.一种弹性装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的弹性装置，其特征在于，所述伸缩机构(1)还包括设置于所述第一安装座(11)的动力件(16)，所述动力件(16)用于对所述第一转轴(14)施加第一旋转力矩，所述牵引件(15)对所述第一转轴(14)施加有第二旋转力矩，所述第一旋转力矩的方向与所述第二旋转力矩的方向相反。

3.根据权利要求2所述的弹性装置，其特征在于，所述动力件(16)包括第一转轮(161)、第二转轮(162)和第二弹性件(163)，所述第一转轮(161)同轴固定于所述第一转轴(14)，所述第二转轮(162)转动设置于所述第一安装座(11)，所述第二弹性件(163)的一端卷绕于所述第一转轮(161)，所述第二弹性件(163)的另一端卷绕于所述第二转轮(162)，所述第一转轮(161)能在所述第二弹性件(163)的弹力作用下对所述第一转轴(14)施加所述第一旋转力矩。

4.根据权利要求3所述的弹性装置，其特征在于，所述第一安装座(11)包括底板(111)，所述底板(111)上沿第二方向间隔设置有第一立板(112)、第二立板(113)和第三立板(114)，所述第一弹性件(13)与所述底板(111)连接，所述第一转轴(14)转动地依次贯穿所述第一立板(112)、所述第二立板(113)和所述第三立板(114)，所述第一转轮(161)位于所述第一立板(112)和所述第二立板(113)之间，所述牵引件(15)活动贯穿所述底板(111)并绕设于所述第一转轴(14)，且所述牵引件(15)位于所述第二立板(113)和所述第三立板(114)之间，所述第一立板(112)和所述第二立板(113)之间设置有与所述第一转轴(14)平行的第二转轴(164)，所述第二转轮(162)转动设置于所述第二转轴(164)。

5.根据权利要求1所述的弹性装置，其特征在于，所述自锁机构(2)还包括滑动设置于所述第一安装座(11)的移动支架(24)，所述移动支架(24)上设置有所述第二锁定件(23)，所述驱动件(21)输出端与所述移动支架(24)连接，以驱动所述移动支架(24)带动所述第二锁定件(23)靠近或远离所述第一锁定件(22)。

6.根据权利要求5所述的弹性装置，其特征在于，所述驱动件(21)包括：

7.根据权利要求1-6任一项所述的弹性装置，其特征在于，所述伸缩机构(1)还包括伸缩杆(17)，所述伸缩杆(17)的一端连接所述第一安装座(11)，所述伸缩杆(17)的另一端连接所述第二安装座(12)；所述第一弹性件(13)套设于所述伸缩杆(17)。

8.根据权利要求1-6任一项所述的弹性装置，其特征在于，所述第一锁定件(22)包括蜗轮，所述蜗轮同轴设置于所述第一转轴(14)，所述第二锁定件(23)包括蜗杆，所述蜗杆能与所述蜗轮啮合。

9.一种机器人，其特征在于，包括动力模块、控制模块以及可相对转动的第一连接臂(200)和第二连接臂(300)，所述第一连接臂(200)和所述第二连接臂(300)之间连接有如权利要求1-8任一项所述的弹性装置(100)；

10.一种机器人控制方法，应用于如权利要求9所述的机器人，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种弹性装置、机器人及机器人控制方法。弹性装置包括伸缩机构和自锁机构，伸缩机构包括一固定座、第二安装座、第一弹性件和牵引件，第一弹性件与第一安装座和第二安装座连接，牵引件与第二安装座和设置在第一安装座上的第一转轴连接，第一弹性件伸缩时能通过牵引件带动第一转轴转动；自锁机构包括驱动件、第二锁定件和设置于第一转轴的第一锁定件，驱动件驱动第二锁定件与第一锁定件锁定或解锁，锁定后第一转轴转动受限，从而锁定了第一弹性件的变形状态。机器人包括第一连接臂、第二连接臂以及在其之间滑动连接的上述弹性装置。机器人控制方法，应用于上述机器人，能够降低机器人的耗能和控制难度。技术研发人员：陈宇青,俞雷,赵海州,刘沁瑶,张天如受保护的技术使用者：西交利物浦大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30