专利名称：一种可自动伸缩的机器人腿的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，特别地涉及一种可自动伸缩的机器人腿。
背景技术：
机器人在搬运、焊接和日常生活中均可以代替人类完成许多工作，尤其是一些重 复性、枯燥乏味的工作，因此成为近几十年来研究的热点。在机器人的应用过程中，要求具 有良好的稳定性和高效性，设计满足上述两个要求的机器人已成为学者和研究人员的研究 重点和难点。
仿人机器人可以模仿人的行走步态，在其行走过程中，利用髋关节和膝关节的屈 伸使得机器人向前行走。例如中国专利文献CNlO 1121424A公开了一种多自由度的双足机 器人下肢机构，该机构可最大程度的实现双足机器人拟人步态行走，经济可行，承载力大。 另外中国专利文献CN101229826A公开了一种双足机器人的下肢机构，该机构具有10个自 由度，实现髋关节和膝关节前摆自由度的两个电机均设计于膝关节处，优化了腿部机构的 质量布局，降低了设计难度。上述专利均是通过髋关节和膝关节的摆动使得机器人向前行 走的。
目前大部分仿人机器人机构都是通过髋关节和膝关节的屈伸摆动实现运动的，通 过机器人腿的伸缩实现机器人运动的机构还较少。当机器人腿通过屈伸摆动实现运动时， 一般需要多个电机对各关节进行驱动，这样就会涉及到初始状态的确定和变量协调的问 题，增加了控制系统的复杂性。另外，目前大部分仿人机器人腿的运动精度不够高、反应较 为缓慢、可靠性和稳定性仍需提高且结构较为复杂。发明内容
为了达到上述目标，本发明提供了一种便于控制、运动精度高、反应灵敏、安全可 靠、结构简单紧凑、便于加工安装的可自动伸缩的机器人腿解决方案。
本发明的技术方案为
一种可自动伸缩的机器人腿，包括运动单元、上固定座、上电磁铁、套筒、下电磁 铁、下固定座、U形块、弹簧板和弹簧。其中上固定座、上电磁铁、套筒、下电磁铁、下固定座、 U形块依次自上而下固连在一起。所述弹簧安装在U形块底部，弹簧板在远离U形块底部的 一端与所述弹簧固定连接。所述运动单元进一步包括依次自上而下固定连接的上连接杆， 运动电磁铁和下连接杆，进一步在所述运动电磁铁的上端面和下端面分别设置上缓冲垫和 下缓冲垫，所述上缓冲垫、运动电磁铁和下缓冲垫设置在套筒的空腔中，所述上连接杆贯穿 所述上固定座和上电磁铁，所述下连接杆贯穿所述下电磁铁和下固定座。所述运动电磁铁 的极性可变，所述上电磁铁和下磁铁的极性固定且相反，通过改变运动电磁铁的极性改变 其与上电磁铁和下电磁铁之间的受力，带动上连接杆在套筒中运动，从而实现腿的伸缩功 倉泛。
优选地，所述上固定座和下固定座的中间为锯齿状的孔。
优选地，所述套筒的两端设有翻边结构。
优选地，采用继电器控制所述运动电磁铁极性的改变。
与现有技术采用的相比，本发明的有益效果是
(I)可以实现机器人腿的自动伸缩。通过控制系统自动调节机器人腿的位置，从而 实现机器人腿的灵活伸缩。
(2)运动精度高，可操作性强。由于对运动单元所到达的极限位置进行了限制，因 此运动精度高。由于弹簧能起到“储能”的作用，因此避免了 “卡死”等现象，可操作性强。
(3)反应灵敏、方便控制且稳定可靠。通过继电器改变运动电磁铁的极性，因此装 置反应灵敏且方便控制。
(4)结构简单紧凑、便于加工安装。
图1为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的结构示意图2为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的运动单元结构示意图3为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的上固定座、上电磁铁、套筒结构示 意图4为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的下电磁铁、下固定座、U形块结构示 意图5为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的弹簧板和弹簧结构示意图。
附图标记说明
1-上连接杆；2_上固定座；3_上电磁铁；4_上缓冲垫；5_运动电磁铁；6_下缓冲 垫；7_套筒；8_下连接杆；9_下电磁铁；10_下固定座；11-U形块；12_弹簧板；13_弹簧。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发 明进一步进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于 限定本发明。相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、 修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的 细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分 的描述也可以完全理解本发明。
参照图1，所示为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的结构示意图。包括运动 单元、上固定座2、上电磁铁3、套筒7、下电磁铁9、下固定座10、U形块11、弹簧板12和弹 簧13。其中上固定座2、上电磁铁3、套筒7、下电磁铁9、下固定座10、U形块11依次自上 而下固连在一起。弹簧13安装在U形块11底部，弹簧板12在远离U形块11底部的一端 与弹簧13固定连接。运动单元进一步包括依次自上而下固定连接的上连接杆1，运动电磁 铁5和下连接杆8，进一步在运动电磁铁5的上端面和下端面分别设置上缓冲垫4和下缓冲 垫6，上缓冲垫4、运动电磁铁5和下缓冲垫6设置在套筒7的空腔中。上连接杆I贯穿上 固定座2和上电磁铁3，下连接杆8贯穿下电磁铁9和下固定座10。运动电磁铁5的极性 可变，上电磁铁3和下磁铁9的极性固定且相反，通过改变运动电磁铁5的极性改变其与上电磁铁3和下电磁铁9之间的受力，带动上连接杆I在套筒7中运动，从而实现腿的伸缩功 倉泛。
具体地，参见图2，所示为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的运动单元结构示 意图。运动单元包括上连接杆1、上缓冲垫4、运动电磁铁5、下缓冲垫6、下连接杆8。上连 接杆I连接到与可自动伸缩的机器人腿相连接的装置上。上缓冲垫4和下缓冲垫6分别安 装在运动电磁铁5的上下两个端面上，对运动单元的运动起到缓冲作用，以免产生剧烈的 碰撞。通过控制系统改变运动电磁铁5的极性与磁场的强弱，改变其受力方向与大小,从而 实现所规划的运动。由于继电器的反应速度较快，所以运动电磁铁5的极性优先采用继电 器来改变。
具体地，参见图3和图4，所示为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的上固定 座、上电磁铁、套筒结构示意图和下电磁铁、下固定座、U形块结构示意图。上固定座2、上电 磁铁3、套筒7固连在一起，套筒7、下电磁铁9、下固定座10、U形块11固连在一起。为了 改善摩擦与受力情况，上固定座2和下固定座10中间的孔均为锯齿状。上电磁铁3和下电 磁铁9分别具有固定且相反的极性，与运动电磁铁5分别形成引力、斥力或者斥力、引力，从 而实现所规划的运动。套筒7的两端均具有翻边结构，以方便与其它零部件连接。优先地， 为了方便加工，上固定座2和下固定座10的形状相同，上电磁铁3和下电磁铁9的形状相 同，上缓冲垫4和下缓冲垫6的形状相同。
参见图5，所示为本发明实施例的可自动伸缩机器人腿的弹簧板和弹簧结构示意 图。弹簧板12和弹簧13固连在一起，且均安装在U形块11中。当运动单元中的下连接杆 8向下运动至下端位置时，会与弹簧板12接触，压缩弹簧13，这时弹簧13对运动单元的运 动起到缓冲作用。当运动单元运行至最低端，且需要向上运行时，弹簧13会释放所储存的 能量，配合上电磁铁3、下电磁铁9对运动单元的引力、斥力带动运动单元向上运动。
具体实现方式如下
当运动单元位于最低端，且需要向上运动时，弹簧推动弹簧板向上运动，从而推动 运动单元向上运动，同时通过控制系统调节运动电磁铁的极性变为与其向下运动时相反的 极性，以使上电磁铁与运动电磁铁之间形成引力，下电磁铁与运动电磁铁之间形成斥力，从 而使得运动单元向上运动。
当运动单元位于最高端，且需要向下运动时，运动电磁铁的极性变为与其向上运 动时相反的极性，上电磁铁与运动电磁铁之间形成斥力，下电磁铁与运动电磁铁之间形成 引力，同时加上运动单元重力的作用，使得运动单元向下运动。为了防止运动单元与下电磁 铁发生剧烈的碰撞，在U形块中设置有弹簧，当运动单元运动到一定位置时会与弹簧板接 触，弹簧对运动单元具有一定的缓冲作用，直到运动单元运行至最低点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种可自动伸缩的机器人腿，其特征在于，包括运动单元、上固定座(2)、上电磁铁 (3)、套筒⑵、下电磁铁(9)、下固定座(10)、U形块(11)、弹簧板(12)和弹簧(13);其中上固定座(2)、上电磁铁(3)、套筒(7)、下电磁铁(9)、下固定座(10)、U形块(11)依次自上而下固连在一起；所述弹簧(13)安装在U形块(11)底部，弹簧板(12)在远离U形块(11)底部的一端与所述弹簧(13)固定连接；所述运动单元进一步包括依次自上而下固定连接的上连接杆(I)，运动电磁铁(5)和下连接杆(8)，进一步在所述运动电磁铁(5)的上端面和下端面分别设置上缓冲垫(4)和下缓冲垫￠)，所述上缓冲垫(4)、运动电磁铁(5)和下缓冲垫(6)设置在套筒(7)的空腔中，所述上连接杆(I)贯穿所述上固定座(2)和上电磁铁 (3)，所述下连接杆⑶贯穿所述下电磁铁(9)和下固定座(10);所述运动电磁铁(5)的极性可变，所述上电磁铁(3)和下磁铁(9)的极性固定且相反，通过改变运动电磁铁(5)的极性改变其与上电磁铁(3)和下电磁铁(9)之间的受力，带动上连接杆(I)在套筒(7)中运动，从而实现腿的伸缩功能。
2.根据权利要求1所述的可自动伸缩的机器人腿，其特征在于，所述上固定座(2)和下固定座(10)的中间为锯齿状的孔。
3.根据权利要求1或2所述的可自动伸缩的机器人腿，其特征在于，所述套筒(7)的两端设有翻边结构。
4.根据权利要求1所述的可自动伸缩的机器人腿，其特征在于，采用继电器控制所述运动电磁铁(5)极性的改变。
全文摘要
本发明公开一种可自动伸缩的机器人腿，该机器人腿由运动单元，上(下)固定座，上(下)电磁铁，套筒、U形块、弹簧板和弹簧组成。上电磁铁和下电磁铁具有固定且相反的极性，运动电磁铁的极性是变化的，该机器人腿运动时运动电磁铁与上(下)电磁铁形成变化的引(斥)力或斥(引)力，从而带动运动单元上下运动，以实现机器人腿的伸缩功能。同现有技术相比，本发明的优点是可实现机器人腿的自动伸缩，便于控制，运动精度高；响应速度快，安全可靠；结构简单紧凑，便于加工安装；尤其适用于无膝关节的机器人中。
文档编号B62D57/032GK102991602SQ201210531579
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月7日 优先权日2012年12月7日
发明者杨世锡, 丁长涛, 甘春标, 徐安定 申请人:浙江大学