阅读说明：本技术 被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统及缓冲机器人 (Passive electromagnetic type repeatable buffering robot leg system and buffering robot ) 是由 孙新源 蔡旭 何俊 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统及缓冲机器人,包括缓冲套筒、电磁铁、弹簧、阻尼、压力传感器以及缓冲杆,其中：弹簧和阻尼安装在缓冲套筒内部的顶部区域,电磁铁紧固于缓冲套筒内部的底部区域；缓冲杆的一部分自缓冲套筒底部向外伸出；弹簧和阻尼下端与缓冲杆连接,上端与缓冲套筒内部的顶部区域连接；压力传感器设置在缓冲杆上并检测缓冲杆受到的冲击力。本发明结构紧凑、控制简单、性能可靠、空间简单易行、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高,适用于复杂路面上重复缓冲以及腿部减震。(The invention provides a passive electromagnetic type repeatable buffering robot leg system and a buffering robot, which comprise a buffering sleeve, an electromagnet, a spring, a damper, a pressure sensor and a buffering rod, wherein: the spring and the damper are arranged in the top area inside the buffer sleeve, and the electromagnet is fastened in the bottom area inside the buffer sleeve; one part of the buffer rod extends outwards from the bottom of the buffer sleeve; the lower ends of the spring and the damper are connected with the buffer rod, and the upper ends of the spring and the damper are connected with the top area inside the buffer sleeve; the pressure sensor is arranged on the buffer rod and detects the impact force applied to the buffer rod. The leg damping mechanism has the advantages of compact structure, simple control, reliable performance, simple and feasible space, high motion efficiency, flexible leg mechanism and high bearing capacity, and is suitable for repeated buffering and leg damping on complex road surfaces.)

被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统及缓冲机器人

技术领域

本发明涉及机械工程中机器人，具体地，涉及一种电磁式可重复缓冲机器人腿系统。

背景技术

电磁式可重复缓冲机器人腿结构是一种采用电磁、弹簧阻尼系统的机器人腿结构，该机器人腿结构能够实现重复着陆缓冲，可以代替人类在复杂未知环境中工作，比如：勘测复杂的地形地貌、深空探测等。与一般的弹簧阻尼系统缓冲结构相比，电磁式可重复缓冲机器人腿结构利用电磁的特性实现了腿部结构的重复缓冲功能，极大的提高了机器人腿部结构缓冲效率并且降低了对机器人缓冲能力的控制难度，对提高机器人的运动效率和运动稳定性有着重要的意义。

经检索发现，申请号为201710853492.2，申请日期为2017年9月20日的发明专利公开了一种四轮足机器人，该机器人用于实现轮足机器人和腿式机器人功能上的集合。该发明包括：一个平台和四个轮子，四个轮子分别安装在该平台左右两侧的前后位置；其中，每个轮子上都活动连接有两根支腿，当两根支腿与轮子的连接端的连线处于水平状态时，单根支腿的长度足以将与其连接的轮子撑离底面；且两根支腿的连接端均设置有微电机，用于转动该支腿至指定状态下并锁死；微电机不工作，仅充当轴承使用，轮子转动时，在重力的作用下，支腿的自由端悬空时，该支腿始终处于自然下垂的状态，当轮子转动到该支腿的自由端接触到地面时，该支腿为倾斜状态，倾斜的支腿在惯性的作用下，将与其连接的轮子撑起；微电机启动，转动相应的支腿，将每个轮子上的两根支腿调整成Z字形的状态并锁死，每个轮子上的两根支腿相互平行但方向相反；在四轮式机器人的每个轮子上均采用了两根可控的支腿结构，既可使机器人在平坦路面实现快速移动，又可使机器人在非平坦路面依靠腿部进行行走。该专利并未考虑机器人在复杂路面上的缓冲能力，并且机器人腿部尺寸过小，难以完成对平台位姿进行调整。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统及缓冲机器人。

根据本发明提供的一种被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统，包括缓冲套筒、电磁铁、弹簧、阻尼、压力传感器以及缓冲杆，其中：

弹簧和阻尼安装在缓冲套筒内部的顶部区域，电磁铁紧固于缓冲套筒内部的底部区域；

缓冲杆的一部分自缓冲套筒底部向外伸出；

弹簧和阻尼下端与缓冲杆连接，上端与缓冲套筒内部的顶部区域连接；

压力传感器设置在缓冲杆上并检测缓冲杆受到的冲击力。

优选地，还包括连接件，所述连接件连接所述缓冲套筒的顶部。

优选地，所述缓冲杆的状态包括静止状态和缓冲状态，其中：

缓冲杆处于静止状态时，缓冲杆吸附在电磁铁上；

缓冲杆处于缓冲状态时，缓冲杆脱离电磁铁的吸附。

优选地，缓冲杆处于缓冲状态时，缓冲杆先向上运动，并压缩弹簧和阻尼，再收到弹簧的弹力向下运动。

优选地，缓冲杆的初始状态为静止状态。

优选地，缓冲杆包括连接板和缓冲轴，连接板的上表面连接弹簧和阻尼，连接板的下表面连接缓冲轴的一端，缓冲轴的另一端伸出缓冲套筒。

优选地，所述缓冲套筒的轴向与所述缓冲轴的轴向平行或者重合。

根据本发明提供的一种缓冲机器人，包括机架、大腿机构、轮子以及上述的被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统，其中：

机架和大腿机构一端通过髋关节连接；

大腿机构另一端与被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统通过膝关节连接；

缓冲杆的末端连接轮子。

优选地，所述机架水平设置，所述大腿机构与机架之间的角度大于90度。

优选地，机架的两侧各设置有两个大腿机构。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用的被动电磁式可重复缓冲机器人腿结构提高了机器人腿部的承载能力、缓冲减震能力，并且提高了机器人的越障能力。

2、本发明的缓冲机器人的每条腿均采用电磁式可重复缓冲的技术方案，增加了腿部的灵活性，使机器人在移动的过程中能够灵活的实现缓冲吸能，更好的顺应复杂工况。

3、本发明结构紧凑、控制简单、性能可靠、空间简单易行、运动效率高、腿部机构灵活、承载能力高，适用于复杂路面上重复缓冲以及腿部减震。

4、本发明的电磁铁仅起到打开和闭合吸附功能，在控制上仅为一个开关量，实现简单。着陆时冲击力较大，当其大于电磁吸附力时，电磁铁正、负极断开，从而弹簧及阻尼系统开始工作，实现缓冲吸能；着陆完成之后，在弹簧推力作用下，电磁铁正、负极又重新实现贴合吸附，维持腿长不变，确保腿机构移动算法的一致性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明落地缓冲前示意图。

图3为本发明落地缓冲时示意图。

图4为本发明落地缓冲后示意图。

图中示出：

电磁铁1

弹簧2

阻尼3

压力传感器4

缓冲套筒5

缓冲杆6

连接件7

机架8

髋关节9

膝关节10

轮11

大腿机构12

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1至图4所示，本实施例提供了一种被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统及缓冲机器人，所述被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统包括：电磁铁1、弹簧2、阻尼3、压力传感器4、缓冲套筒5、缓冲杆6以及连接件7。所述缓冲机器人包括：机架8、髋关节9、膝关节10、轮11、大腿机构12以及被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统。缓冲机器人设置有四条腿，每条腿均安装被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统。机架8通过髋关节9与大腿机构12的一端连接；大腿机构12的另一端通过膝关节10与被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统连接，被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统的端部的缓冲杆6的端部连接轮11，具体参见图2。

被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统包括电磁铁1、弹簧2、阻尼3、压力传感器4、缓冲套筒5、缓冲杆6和连接件7。其中，电磁铁1、弹簧2和阻尼3均安装在缓冲套筒5内，弹簧2和阻尼3设置在缓冲套筒5的上方位置，电磁铁1固定于缓冲套筒5下方位置。弹簧2和阻尼3下端与缓冲杆6连接，上端与缓冲套筒5固定。所述缓冲结构有两种状态。未缓冲状态下，由于电磁铁1的吸附力作用，缓冲杆6处于固定位置。缓冲状态时，有两种可能情况，当压力传感器4测得数值小于电磁吸附力时，缓冲杆6处于固定位置，缓冲冲击力由电磁吸附力抵消；当压力传感器4测得数值大于电磁吸附力时，缓冲杆6移动，弹簧2、阻尼3系统开始起作用，吸收冲击能量。缓冲冲击结束之后，冲击力小于弹簧2压缩力使得缓冲杆6下移，在弹簧2的作用下，电磁铁1两块组件又重新吸附到一起固定住缓冲杆，从而完成了缓冲，吸收能量并能够实现重复缓冲功能。

如图2-4所示，本实施例提供的电磁式可重复缓冲机器人腿结构安装在各个单腿关节上。在落地缓冲前，如图2所示，电磁铁1处于锁死状态，此时缓冲杆6固定，无缓冲作用。在落地缓冲时，如图3所示，电磁铁1处于打开状态，此时缓冲杆6可自由移动，弹簧阻尼系统发挥缓冲作用。在落地缓冲后，如图4所示，随着腿的抬起，由于弹簧2的弹力以及腿部自身重力，缓冲杆6向下移动至固定位置，此时电磁铁1锁死，完成整个缓冲过程。

本实施例中可以通过调节电磁力来调节缓冲力大小，缓冲力由压力传感器4测得。

实际作业时，被动电磁式可重复缓冲机器人腿系统具有多个驱动自由度，其中重复缓冲结构可以实现单自由度运动。通过电磁铁、弹簧阻尼共同作用，得以实现腿部的重复缓冲。

本发明中的电磁铁仅起到打开和闭合吸附功能，在控制上仅为一个开关量，实现简单。着陆时冲击力较大，当其大于电磁吸附力时，电磁铁正、负极断开，从而弹簧及阻尼系统开始工作，实现缓冲吸能；着陆完成之后，在弹簧推力作用下，电磁铁正、负极又重新实现贴合吸附，维持腿长不变，确保腿机构移动算法的一致性。本发明针对地外星表腿式探测机器人资源受限工况，具备如下优点：其一，控制简单，方便与整器系统集成；其二，功能简单可靠，在着陆时可实现缓冲，机器人行走时保持腿的长度不变，又利于移动算法实现。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。