一种足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体地说，它涉及一种足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器。

背景技术

随着科技的进步，机器人越来越广泛地应用于工业生产、医疗保健、国防太空、服务业等领域，足式行走机器人具有行动灵活、环境适应性强、鲁棒性高等优点，能在人类不能涉足的极端环境下工作，而被应用于野外作业、减灾救援、军事侦察、太空探索、极地科考等领域，成为人类不可缺少的重要工具。

足式机器人主要通过在髋关节处安装舵机驱动大腿，然后通过带传动驱动小腿，使得足式机器人能够行走，足式机器人的运动姿态主要依靠舵机的高精度转矩控制。但是当机器人的足部受到冲击，或者机器人的躯体在下落过程中对关节造成冲击时，机器人关节处的舵机会产生振动，并且此时舵机处于停止转动状态，如果强行转动必定会对舵机造成损耗，而且频繁的振动和冲击作用也会给舵机带来一定程度的损伤，减少舵机的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器，解决了足式机器人在运动过程中频繁振动会减少舵机使用寿命的问题。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器，包括前板、后板和机架连接盘，所述机架连接盘为环形结构，所述机架连接盘的外圆周上设有多个机架连接块，所述机架连接盘可拆卸连接在前板和后板之间，所述前板和后板之间还设有被动毂，所述被动毂和前板之间、被动毂和后板之间均设有阻尼片，所述阻尼片、被动毂、前板和后板上均开设有多个弹簧窗口，所有所述弹簧窗口均匀排列成圆周阵列结构，所述弹簧窗口内设有螺旋弹簧，所述螺旋弹簧的两端分别抵接在弹簧窗口内的两侧上，所述前板和后板的弹簧窗口外均设有挡片。

通过采用上述技术方案，当机器人的足部受到冲击，或者当机器人的躯体在下落过程中对关节造成冲击时，机器人的关节会发生一定幅度的扭转运动，此时，舵机停止转动，被动毂将会相对前板和后板旋转，从而压缩螺旋弹簧，使得机器人在受到冲击后能够有一个缓冲作用，从而减小振动幅度；同时，被动毂相对转动阻尼片转动，并与阻尼片产生摩擦，产生减振阻尼，将振动或冲击所产生的能量吸收掉，从而减小舵机受到的冲击或者振动，延长舵机的使用寿命，同时阻尼片也能够起到降噪的作用。

本发明进一步设置为：所述机架连接块上设有机架连接孔，所述前板、后板和机架连接盘上均开设有多个呈圆周阵列的第一通孔，所述第一通孔内穿设有第一螺栓，所述第一螺栓的尾端螺纹连接有第一螺母；所述前板、后板和阻尼片上均开设有多个呈圆周阵列的第二通孔，所述第二通孔内穿设有第二螺栓，所述第二螺栓的尾端螺纹连接有第二螺母，所述被动毂上开设有多个呈圆周阵列的限位通槽，所述限位通槽呈弧形结构，所述第二螺栓穿过与其对应的限位通槽，所述第二螺栓上套设有隔套，所述隔套滑动连接在限位通槽内。

通过采用上述技术方案，使用第一螺栓可拆卸链接前板、后板和机架连接盘，使用第二螺栓可拆卸连接前板、后板、阻尼片和被动毂，便于人们拆卸该减振器，从而检查减振器的问题或者更换减振器的部件；通过隔套与限位通槽的相互配合，当被动毂相对前板和后板转动时，隔套受到限位通槽的限制，使得被动毂的转动能够更加平稳，进一步加强该减振器的减振效果。

本发明进一步设置为：所述前板、后板、被动毂和阻尼片均为环形结构，所述被动毂的内圆周上设有舵机轴连接环，所述前板、后板和阻尼片的内圆周面均滑动连接在舵机轴连接环的外圆周面上。

通过采用上述技术方案，设置舵机轴连接环便于该减振器与舵机的输出轴连接；通过将前板、后板和阻尼片的内圆周面抵接在舵机轴连接环的外圆周面上，使得前板、后板、阻尼片和被动毂装配在一起时能够更加稳定，避免出现松动的情况，同时在被动毂相对前板和后板转动时，使得被动毂的转动能够更加平稳，进一步加强该减振器的减振效果。

本发明进一步设置为：所述弹簧窗口、螺旋弹簧和挡片均呈弧形结构，所述弹簧窗口和螺旋弹簧弧度相等，所述挡片未将弹簧窗口完全覆盖。

通过采用上述技术方案，当被动毂相对前板和后板转动时，被动毂与螺旋弹簧的抵接处能够沿着螺旋弹簧的弧度转动，避免冲击过大时，被动毂受到弹簧的限制而突然停止转动的问题，不仅使得被动毂的转动过程更加顺利，同时也能够加大被动毂的转动幅度，进一步加强该减振器的减振效果；当机器人处于运动过程中时，被动毂会频繁压缩弹簧，弹簧会产生一定的热量，通过挡片将弹簧窗口部分覆盖，既能将弹簧固定在弹簧窗口内，又能够散发热量。

本发明进一步设置为：所述被动毂和阻尼片的外径均小于机架连接盘的内径。

通过采用上述技术方案，避免被动毂的外圆周面与机架连接盘的内圆周面相互接触，从而减小被动毂相对前板和后板转动时受到的外部阻力，使得该减振器能够顺利工作，同时也能够减少被动毂和阻尼片受到的磨损，延长该减振器的使用寿命。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1、该足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器设置被动毂、螺旋弹簧、阻尼片等结构，当机器人的足部受到冲击时，被动毂能够相对前板和后板转动，从而压缩弹簧，受到弹簧的缓冲作用，从而减小振动幅度，然后通过被动毂与阻尼片摩擦，产生减振阻尼，从而将振动或者冲击产生的能量吸收，进而降低舵机受到的冲击或者振动，延长舵机的使用寿命。

2、该足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器的所有部件均可拆卸，便于人们检查该减振器的问题或者更换减振器的零件。

3、该足式机器人关节用分布螺旋弹簧减振器通过设置限位通槽等结构，使得被动毂在相对前板和后板的转动过程中更加平稳，进一步加强该减振器的减振效果。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图；

图2是本发明实施例的剖视图；

图3是本发明实施例的剖视图；

图4是本发明实施例中机架连接盘的结构示意图；

图5是本发明实施例中前板的结构示意图；

图6是本发明实施例中被动毂的结构示意图；

图7是本发明实施例中阻尼片的结构示意图；

图中：1、前板；2、后板；3、机架连接盘；4、机架连接块；5、被动毂；6、弹簧窗口；7、螺旋弹簧；8、挡片；9、机架连接孔；10、第一通孔；11、第一螺栓；12、第一螺母；13、阻尼片；14、第二通孔；15、第二螺栓；16、第二螺母；17、限位通槽；18、隔套；19、舵机轴连接环。

具体实施方式

以下结合附图1至图7对本发明作进一步详细说明。

实施例：一种足式机器人关节用分布螺旋弹簧7减振器，包括前板1、后板2和机架连接盘3，前板1、后板2和机架连接盘3均为环形结构，前板1和后板2结构相同，机架连接盘3的外径与前板1、后板2外径相同，机架连接盘3的内径比前板1、后板2的内径大，机架连接盘3的外圆周上一体成型有八个呈圆周阵列结构的机架连接块4，每个机架连接块4上均开设有机架连接孔9，通过机架连接孔9便于整个减振器与机械臂连接；前板1、后板2和机架连接盘3上均开设有十个呈圆周阵列的第一通孔10，机架连接盘3夹在前板1和后板2之间，前板1、后板2和机架连接盘3上的第一通孔10一一对应，位于同一位置的第一通孔10内均穿设有第一螺栓11，第一螺栓11的螺纹连接有第一螺母12，第一螺栓11和第一螺母12相互配合，将前板1、后板2和机架连接盘3固定在一起。

前板1和后板2中间还设置有被动毂5，并且被动毂5与前板1之间、被动毂5与后板2之间均设置有阻尼片13，被动毂5和阻尼片13也均为圆环形结构，被动毂5、阻尼片13、前板1和外板的内径均相同，被动毂5和阻尼片13的外径也相同，且被动毂5和阻尼片13的外径比机架连接盘3的内径小，避免被动毂5的外圆周面与机架连接盘3的内圆周面相互接触，被动毂5的内圆周面上一体成型有舵机轴连接环19，舵机轴连接环19用于连接舵机的驱动轴，舵机轴连接环19的宽度比被动毂5、阻尼片13、前板1和后板2的宽度之和还宽，所以前板1、后板2和阻尼片13的内圆周面均滑动连接在舵机轴连接环19的外圆周面上。

前板1、后板2、被动毂5和阻尼片13上均开设有六个呈圆周阵列结构的弹簧窗口6，弹簧窗口6呈弧形结构，且弹簧窗口6的弧度与被动毂5相对前板1、后板2转动时的运动轨迹相吻合，前板1、后板2、被动毂5和阻尼片13上位于同一位置的弹簧窗口6内共同安装有螺旋弹簧7，该螺旋弹簧7在制造时即被加工成弧形结构，且螺旋弹簧7的弧度与弹簧窗口6的弧度相等，螺旋弹簧7的两端分别抵接在弹簧窗口6内的两侧，即螺旋弹簧7的两端与前板1、后板2、被动毂5和阻尼片13相互接触，前板1和后板2的弹簧窗口6外均焊接有挡片8，挡片8也为弧形结构，且挡片8的整体结构与螺旋弹簧7超出弹簧窗口6外部分的结构契合，所以两个挡片8能够将螺旋弹簧7限制在弹簧窗口6内，挡片8的两端并未将弹簧窗口6的两侧完全覆盖，这样设置便于螺旋弹簧7散热。

前板1、后板2和阻尼片13上开设有六个呈圆周阵列结构的第二通孔14，第二通孔14位于弹簧窗口6与内环之间，前板1、后板2和阻尼片13上位于同一位置的第二通孔14内共同穿设有第二螺栓15，第二螺栓15的尾端螺纹连接有第二螺母16，被动毂5上开设有多个呈圆周阵列的限位通槽17，每个限位通槽17均呈弧形结构，且限位通槽17的弧度与被动毂5相对前板1、后板2转动的运动轨迹相吻合，每个第二螺栓15均穿过与其对应的限位通槽17，且第二螺栓15位于限位通槽17内的部位上套设有隔套18，隔套18滑动连接在限位通槽17内。

该技术方案的工作原理：当足式机器人的足部受到冲击，或者机器人的躯体在下落过程中对关节造成冲击时，机器人的关节会发生一定幅度的扭转运动，关节的转动带动被动毂5相对前板1和后板2旋转，从而使得被动毂5压缩螺旋弹簧7，使得机器人在受到冲击后能够有一个缓冲作用，也能够减小振动的幅度；同时，被动毂5相对转动阻尼片13转动，并与阻尼片13产生摩擦，产生减振阻尼，将振动或冲击所产生的能量吸收掉；在整个过程中，隔套18始终滑动连接在限位通槽17内，使得被动毂5相对前板和后板转动时更加平稳，进一步加强该减振器的减振效果；最后被动毂5受到螺旋弹簧7的弹力复位，使得被动毂5再次与阻尼片13产生摩擦，继续产生减振阻尼，将复位时产生的冲击能量吸收掉，从而减小舵机受到的直接冲击或者振动，延长舵机的使用寿命。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。