机器人及其脚部结构的制作方法

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种机器人及其脚部结构。

背景技术：

仿人机器人，除了具有与人类相似的外形，例如具有双臂、双腿、躯干及头部等外，其最大的特征就是具有灵活的行走系统，能像人类一样双足行走。众所周知，仿人机器人的行走机构行走的速度、稳定性、步态的灵活性将直接影响到机器人的工作能力和效率。在行走过程中，脚部与地面接触时会产生冲击力，该冲击力通过踝关节被传送到躯干上，导致仿人机器人的步态不稳定，容易发生晃动，严重时甚至会失去平衡而摔倒，这些将会直接导致机器人内部的电机、精密器件等受到损伤，故此，缓解行走时地面对脚部的冲击力尤为重要。然而，目前的机器人的脚部结构中，其冲击吸收效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人的脚部结构，用以解决机器人脚部的冲击吸收效果不佳的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种机器人的脚部结构，该机器人的脚部结构包括脚部主体和用以带动所述脚部主体运动的转接支架；所述脚部主体包括：

脚背壳，形成有安装元器件的空腔，中间部分连接有所述转接支架；

底板，设有承载壁和连接壁，所述承载壁连接于所述脚背壳上并盖合所述空腔；以及，

垫板，设有缓冲壁和与地面接触的触地壁，所述缓冲壁连接于所述底板的所述连接壁上，且所述缓冲壁在脚部前后行进的方向上为中间内凹结构。

进一步地，于所述脚部的前后行进方向上，所述垫板的所述缓冲壁的中间部分与对应的两端形成中间低、两头高的台阶。

进一步地，所述垫板的所述缓冲壁上凸设有多个间隙排布的缓冲凸台，所述底板的所述连接壁上开设有多个间隙排布的限位槽，各所述缓冲凸台容置于对应的所述限位槽内。

进一步地，各所述缓冲凸台的顶面位于同一平面上。

进一步地，所述垫板的所述触地壁上开设有多个沉头孔，所述底板的所述连接壁上凸设有多个第一安装台，所述第一安装台上开设有螺孔，所述螺孔与所述沉头孔一一对应，所述垫板通过连接件顺次插接于对应的所述沉头孔和所述螺孔以连接于所述底板上。

进一步地，所述垫板采用缓冲材料制成，所述连接件为介子头螺丝。

进一步地，所述垫板的所述触地壁上设置有防滑结构。

进一步地，所述元器件包括电路板和与所述电路板电性连接的力传感器，所述底板的所述承载壁的中间部分上凸设有第二安装台，所述第二安装台上开设有安装槽；所述脚背壳的内壁上开设有安装孔，所述力传感器的一端容置于所述安装槽内，另一端容置于所述安装孔内并抵接于所述转接支架上。

进一步地，所述安装槽的槽底上开设有第一通孔，所述垫板的所述触地壁上开设有能与所述第一通孔相通的第二通孔。

本发明的目的还在于提供一种机器人，该机器人包括腿部，还包括上述的机器人的脚部结构，所述腿部通过所述转接支架连接于所述脚部主体上。

本发明提供的机器人及其脚部结构，在将连接腿部的转接支架连接在脚背壳的中间部分，以及垫板自身具有缓冲作用能吸收地面的反作用冲击力的基础上，在不大幅增加生产成本，无需复杂化脚部结构的前提下，将垫板的缓冲壁设置为中间内凹结构，使垫板的缓冲壁的中间部分不与底板的连接壁接触，从而使垫板在脚部主体行走过程中做出相应的变形，以进一步加强对地面的反作用冲击力的吸收或缓冲，进而确保机器人在行走时保持平衡，不晃动，以及确保脚部行走的步态更加平稳和自然。

附图说明

为更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中机器人的脚部结构某一视角上的立体结构示意图；

图2是本发明实施例中机器人的脚部结构另一视角上的立体结构示意图；

图3是本发明实施例中机器人的脚部结构的立体爆炸示意图；

图4是本发明实施例中机器人的脚部结构的剖视图；

图5是图4中a处的局部放大图；

图6是本发明实施例中安装有力传感器的脚板的立体结构示意图；

图7是图6中脚底的立体爆炸示意图；

图8是本发明实施例中某一视角上底板的立体结构示意图；

图9是本发明实施例中另一视角上底板的剖视图；

图10是本发明实施例中机器人的脚部结构的脚背壳的立体结构示意图。

其中，附图中的标号如下：

10-转接支架、11-连接架、12-连接耳、20-脚部主体；

100-脚背壳、110-空腔、120-安装孔、130-连接槽、140-连接柱；

200-脚板、210-底板、211-承载壁、2111-第二安装台、2112-安装槽、2113-第一通孔、212-连接壁、2121-限位槽、2122-第一安装台、2123-螺孔、213-连接孔；

220-垫板、221-缓冲壁、2211-缓冲凸台、222-触地壁、2221-沉头孔、2222-第二通孔、2223-台阶；

400-连接件/介子头螺丝、500-防滑结构、600-电路板、700-力传感器。

具体实施方式

为使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合具体附图及具体实施例，进一步对本发明作详细说明。其中，本发明具体实施例的附图中相同或相似的标号表示相同或相似的元件，或者具有相同或类似功能的元件。应当理解地，下面所描述的具体实施例旨在用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当元件被称为“固定于”或“安装于”或“设于”或“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接位于该另一个元件上。例如，当一个元件被称为“连接于”另一个元件上，它可以是直接或间接连接到该另一个元件上。术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置为基于附图所示的方位或位置，仅是便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅为便于描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。总之，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的具体含义。

以下结合附图1至图10对本发明提供的一种机器人的脚部结构的实现进行详细地描述。

如图1所示，该机器人的脚部结构，包括脚部主体20和用以带动脚部主体20运动的转接支架10。需说明的是，再如图1所示，转接支架10包括连接架11和设置于连接架11两端上的连接耳12。通常，连接架11连接脚部主体20，连接耳12连接脚踝两侧以连接腿部和脚部。可以理解地，在脚踝的作用下，转接支架10能联动脚部主体20相对于腿部运动。具体在本实施例中，脚部主体20可做前后摆动，也可做左右摆动。故此，能基本模仿人类的脚部行走。

在本实施例中，脚部主体20包括脚背壳100和脚板200，其中，脚板200包括底板210和垫板220。如图3所示，脚背壳100形成有空腔110，其中，该空腔110可以用来安装电路板600、力传感器700等元器件。如图1所示，脚背壳100的中间部分连接有转接支架10，这样，即可确保机器人的脚部以上的重力能尽量集中在脚部主体20的中间，以此利于保证机器人整体的平稳性。

如图3和图7所示，底板210设有承载壁211和连接壁212，顾名思义，承载壁211主要用来支撑承载机器人脚部以上的重力，连接壁212主要用来连接垫板220，故此，通常，底板210采用刚性材料制成，具体地，底板210可以为五金件。其中，如图3和图4所示，底板210的承载壁211连接于脚背壳100上，且底板210盖合空腔110以密闭空腔110。

可以理解地，底板210的承载壁211的大小和形状分别与空腔110的开口处的大小和形状适配。具体在实施例中，为方便将底板210连接到脚背壳100上，如图3所示，脚背壳100的空腔110内凸设有连接柱140，连接柱140上开设有螺纹孔(图未示)，底板210上开设有连接孔213，通过将螺钉或螺丝等螺件顺次插接于连接孔213和螺纹孔上，即可实现底板210和脚背壳100之间的连接。

如图7至图9所示，垫板220设有缓冲壁221和与地面接触的触地壁222。其中，如图4和图5所示，垫板220的缓冲壁221连接于底板210的连接壁212上，且缓冲壁221在脚部前后行进的方向上为中间内凹结构。需说明的是，通常，为确保稳定性，触地壁222的壁面为平面。故此，脚部主体20与地面为平面接触。

由上可以理解地，在转接支架10连接在脚背壳100的中间部分，垫板220与地面为平面接触，确保脚部主体20承受的载荷集中于脚板200中间部分的基础上，以及在垫板220自身具有吸收地面给予的反作用冲击力能力的前提下，通过将垫板220的缓冲壁221设置为中间内凹结构，也即，垫板220的缓冲壁221的中间部分不与底板210的连接壁212接触，以此，在机器人的脚部主体20向前加速行走其载荷重心向后偏移，或者向前减速其载荷重心向前偏移时，垫板220在脚部前后行进的方向上能做出相应的变形，从而吸收或缓冲地面的反作用冲击力，进而确保机器人的躯干始终保持平衡，不会晃动，以及脚部行走的步态平稳，故，利于延长机器人脚部的使用寿命。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图4、图5和图9所示，于脚部的前后行进方向上，垫板220的缓冲壁221的中间部分与垫板220对应的两端形成中间低、两头高的台阶2223。具体地，可以在垫板220的缓冲壁221的中间部分开设一个槽孔(图未示)，其中，为进一步提高脚部行走的步态平稳性，该槽孔的长轴方向为脚部的前后行进方向，槽孔的短轴方向垂直于脚部的前后行进方向。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图9所示，垫板220的缓冲壁221上凸设有多个缓冲凸台2211，其中，各缓冲凸台2211间隙排布，也即，各缓冲凸台2211之间存在间隙。对应地，如图3所示，底板210的连接壁212上开设有多个限位槽2121。同样，各限位槽2121间隙排布。各缓冲凸台2211容置于对应的限位槽2121内。这样，即可将各缓冲凸台2211限位在限位槽2121内，以此防止垫板220发生扭转，一来利于提高垫板220与底板210间的连接牢固性和稳定性；二来利于进一步提高垫板220对地面的反作用冲击力的缓冲吸收能力，从而进一步提高脚部行走的步态平稳性。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，垫板220中各缓冲凸台2211的顶面位于同一平面上，也即各缓冲凸台2211的顶面相平齐，这样，利于简化脚板200的结构，减少生产成本，还利于确保垫板220和底板210安装后的整体平稳性，从而提高脚部行走的步态稳定性。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图8和图9所示，垫板220的触地壁222上开设有多个沉头孔2221。对应地，如图3至图5所示，底板210的连接壁212上凸设有多个第一安装台2122，其中，各第一安装台2122上开设有螺孔2123，螺孔2123与沉头孔2221一一对应。如图4和图5所示，垫板220通过连接件400顺次插接于对应的沉头孔2221和螺孔2123，由此，即可将垫板220连接于底板210上。

通常，垫板220采用缓冲材料制成。譬如，垫板220可以为橡胶制品。当然，实际上，该缓冲材料并不限于橡胶材料。对应地，如图5所示，连接件400可以为介子头螺丝，这样，利于将橡胶垫板220稳定可靠地连接到底板210上。具体地，介子头螺丝400包括带有垫片的头部(图未示)和与头部相连的螺杆(图未示)，这样，将垫板220安装到底板210后，介子头螺丝400的头部位于沉头孔2221的沉头槽内，垫片可以与垫板220相挤压紧配合。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图2和图8所示，为防止脚部与地面打滑，垫板220的触地壁222上设置有防滑结构500。具体在本实施例中，该防滑结构500为开设在触地壁222上的防滑槽。当然，实际上防滑结构500的结构并不限于此，例如可以在触地壁222上设置一层防滑层等。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图3所示，元器件包括电路板600和与电路板600电性连接的力传感器700，当然，实际上，该元器件还可包括其它的元件。为方便安装力传感器700，如图4和图7所示，底板210的承载壁211的中间部分上凸设有第二安装台2111，其中，第二安装台2111上开设有安装槽2112。对应地，如图3和图10所示，脚背壳100的内壁上开设有安装孔120。其中，如图4和图6所示，力传感器700的一端容置于安装槽2112内，另一端容置于安装孔120内并抵接于转接支架10的连接架11上。这样，即可将力传感器700稳固地安装在脚部主体20内，且利于确保力传感器700能准确地测到脚部主体20各部分受到的力，从而利于准确地控制脚部行走的步态。

需说明的是，如图10所示，为方便将转接支架10连接到脚部主体20上，脚背壳100的外壁上开设有连接槽130，其中，转接支架10的连接架11卡接于连接槽130上。另外，为方便力传感器700能准确地测量，脚背壳100的安装孔120开设在连接槽130的槽底上，这样，方便实现力传感器700的另一端抵接于连接架11。

进一步地，作为本发明提供的机器人的脚部结构的一种具体实施方式，如图7所示，底板210中安装槽2112的槽底上开设有第一通孔2113，对应地，如图7至图9所示，垫板220的触地壁222上开设有第二通孔2222。其中，如图4所示，第二通孔2222能与第一通孔2113相通，这样，利于确保力传感器700能更加精确地测得脚部主体20各部分的受力情况。

本发明还提供一种机器人，为方便站立，该机器人包括腿部(图未示)，为方便行走，该机器人还包括上述的机器人的脚部结构，在本实施例中，腿部通过转接支架10连接于脚部主体20上。其中，该机器人的脚部结构与上述的机器人的脚部结构的结构相同，作用也相同，在此不再赘述。

需说明的是，该机器人通常还包括有头部、臂部和与头部连接的躯干，其中，腿部和臂部均连接于躯干上，以模仿人类的四肢。当然，实际上该机器人的具体结构并不限于此。

总体上，该机器人通过采用上述的机器人的脚部结构，结构简单可靠，生产成本低，能有效地吸收地面的冲击力，减少冲击力被传递到躯干上，从而确保机器人的步态稳定，不会晃动、倾斜甚至摔倒，显然，利于保护机器人内的重要零部件，确保其安全稳定地运行，提高机器人的使用安全性和可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。