机器人的足部结构和机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，具体涉及一种机器人的足部结构和机器人。


背景技术：

2.随着仿生技术的发展，足式机器人成为了被研究的热点对象。足式机器人的运动控制、平衡控制是足式机器人技术中的重点。在相关技术中，足式机器人的足底安装有压力传感器，足式机器人通过压力传感器采集足底的压力，从而根据该压力控制足式机器人的姿态。然而，压力传感器的容易损坏，维护难度较高。


技术实现要素：

3.本技术实施方式提供了一种机器人的足部结构和机器人。
4.本技术实施方式的机器人的足部结构包括弹性的足底件、配合件、结构件和传感器，配合件与所述足底件连接。所述配合件能够随着所述足底件的弹性变形而移动。结构件相对于所述足底件独立设置。传感器与所述结构件连接。所述传感器与所述配合件间隔设置，所述传感器用于检测所述配合件与所述传感器之间的距离。
5.本技术实施方式的机器人包括机体和以上实施方式的足部结构，所述足部结构连接所述机体。
6.本技术实施方式的机器人的足部结构和机器人中，传感器设置在结构件上，可以避免传感器与足底件直接接触，提高了传感器的寿命。另外，传感器与配合件配合可以检测所述配合件与所述传感器之间的距离，进而可以根据该距离确定足底件所受到的压力。
7.本技术的实施方式的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实施方式的实践了解到。
附图说明
8.本技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
9.图1是本技术实施方式的机器人的立体示意图；
10.图2是本技术实施方式的足部结构的立体示意图；
11.图3是本技术实施方式的足部结构的分解示意图；
12.图4是本技术实施方式的足部结构的剖面示意图；
13.图5是本技术实施方式的足部结构的另一个剖面示意图；
14.图6是本技术实施方式的足部结构的足底件的立体示意图；
15.图7是本技术实施方式的足部结构的连接件的剖面示意图。
16.主要元件符号说明：
17.机器人200、机体210、足部结构100、足底件10、第二台阶结构11、配合件20、端面21、第一部22、第二部分23、结构件30、连接槽31、传感器40、连接件50、连接耳51、第一台阶
结构52、第一孔53、第二孔54、第一螺钉60、第二螺钉70、弹性件80。
具体实施方式
18.以下结合附图对本技术的实施方式作进一步说明。附图中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。
19.另外，下面结合附图描述的本技术的实施方式是示例性的，仅用于解释本技术的实施方式，而不能理解为对本技术的限制。
20.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本技术的不同结构。为了简化本技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本技术。此外，本技术可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
21.请参阅图1，本技术实施方式公开了一种机器人200，本技术实施方式的机器人200包括机体210和足部结构100，足部结构100连接机体210。例如，足部结构100转动地设置在机体210上。机器人200可以为足式机器人，例如，机器人200为四足机器人200。本技术不限制机器人200的足的数量。
22.请参阅图2-图4，本技术实施方式的机器人200的足部结构100包括弹性的足底件10、配合件20、结构件30和传感器40，配合件20与足底件10连接。配合件20能够随着足底件10的弹性变形而移动。结构件30相对于足底件10独立设置。传感器40与结构件30连接。传感器40与配合件20间隔设置，传感器40用于检测配合件20与传感器40之间的距离。
23.本技术实施方式的足部结构100和机器人200中，传感器40设置在结构件30上，可以避免传感器40与足底件10直接接触，提高了传感器40的寿命。另外，传感器40与配合件20配合可以检测配合件20与传感器40之间的距离，进而可以根据该距离确定足底件10所受到的压力。
24.具体地，足底件10为机器人200的受力零部件，足底件10一般与支撑面(例如桌面、地面)接触以支撑机器人200的整体重量。足底件10具有弹性指的是足底件10在外力的作用下可以发生弹性变形，在外力撤销后可以恢复原来的形状。
25.为了使得足底件10具有弹性，足底件10可以采用弹性的材料制成，可以采用弹性的结构形成。例如，足底件10可以采用橡胶、硅胶等弹性材料制成，也可以采用弹簧等弹性结构形成。在足底件10采用弹性材料制成的情况下，足底件10可以是空心结构，也可以是实心结构，本技术不具体限制足底件10的具体结构。
26.弹性的足底件10还具有缓冲的作用，可以减小机器人200受到的冲击，降低机器人200损坏的风险，提高机器人200的寿命。
27.足底件10的外轮廓面可以平面，也可以是曲面。如图6所示的示例中，足底件10的外表面为球面。球面的外轮廓可以使得足底件10的棱边更少，可以减少与地面障碍物碰撞的几率。
28.配合件20与足底件10连接，可以指的是配合件20与足底件10直接连接，也可以指配合件20与足底件10间接连接。另外，配合件20与足底件10可以一体式地连接，也可以拆卸地连接。本技术不限制配合件20与足底件10具体连接结构。
29.本技术实施方式中，配合件20设置在足底件10的受力方向上，或者说，配合件20沿足底件10所承受的外力的方向上设置。例如，足底件10所受到的外力为地面向足底件10施加的方向向上的反作用力，那么，配合件20设置在足底件10向上的方向上。
30.由于配合件20与足底件10连接，配合件20可以随着足底件10的弹性变形移动。需要指出的是，配合件20的移动量可以与足底件10的弹性变形量一致，也可以呈一定的关系。例如，在足底件10的弹性变形量为5毫米的情况下，配合件20的移动量也可以为5毫米。
31.可以理解，足底件10受到的外力越大，足底件10的弹性变形量也越大，配合件20的移动量也越大。因此，可以根据配合件20的移动量确定足底件10受到的外力大小。
32.配合件20可以是规则的形状结构，也可以是不规则的形状结构。本技术实施方式中，配合件20呈柱状。在其他实施方式中，配合件20也可以呈其他形状。
33.本技术实施方式中，结构件30相对于足底件10独立设置，或者说，结构件30和足底件10是两个不同的元件。本技术实施方式中，结构件30和足底件10没有直接接触，两者之间具有一定的距离。当然，在其他实施方式中，结构件30可以也可以与足底件10接触。
34.结构件30能够使得传感器40安装得更加稳定，保证传感器40正常工作。结构件30可以通过卡接、粘接等方式与传感器40连接。
35.本技术实施方式中，传感器40与配合件20间隔设置，指的是传感器40与配合件20之间具有一定的距离，该距离可以随着配合件20的移动而改变。本技术实施方式中，传感器40相对于结构件30的位置保持固定不动，传感器40相对于结构件30可以移动，如此，在配合件20移动的过程中，传感器40可以检测得到配合件20与传感器40之间的距离是变化的。
36.如以上所讨论的，足底件10的变形量与配合件20的移动量一般呈正相关关系，而足底件10受到的外力与足底件10的变形量一般呈正相关关系，因此，通过检测配合件20与传感器40之间的距离，可以确定足底件10受到的外力大小。
37.本技术实施方式中，传感器40可以采用光线、磁场等方式检测自身与配合件20之间的距离。例如，传感器40可以为采用光线原理的红外传感器40，也可以为采用磁场原理的霍尔传感器40。
38.请参阅图4，在某些实施方式中，配合件20的一端插入在足底件10中。如此，配合件20与足底件10可以连接得更加紧密，使得配合件20可以随着足底件10的变形而移动。为了防止配合件20相对于足底件10移动，配合件20可以通过过盈配合、螺纹连接、粘接等方式与足底件10连接。
39.本技术实施方式中，配合件20的另一端凸出于足底件10，以使得传感器40可以准确地检测配合件20与传感器40之间的距离，提高检测精度。
40.请参阅图4及图5，在某些实施方式中，配合件20包括朝向传感器40的端面21，传感器40用于向端面21发射光线，并接收端面21反射的光线以检测配合件20与传感器40之间的距离。如此，传感器40可以通过光线检测自身与配合件20之间的距离。
41.具体地，传感器40可以包括发射器和接收器，发射器用于发射光线，接收器用于接收配合件20的端面21反射的光线。发射器发出的光线可以红外线，也可以是激光。可以理解，在发射器发出的光线为红外线的情况下，传感器40为红外距离传感器。
42.需要指出的是，配合件20的端面21可以为平面，并且具有光线反射能力。配合件20的端面21可以对光线进行漫反射以使光线可以发射回传感器40中。
43.可以理解，可以根据传感器40发射光线和接收光线的时间差、以及光线的传播速度确定传感器40与配合件20之间的距离。
44.在其他实施方式中，传感器40可以为霍尔传感器。在此情况下，配合件20至少部分为磁性材料。或者说，配合件20整体可以采用磁性材料制成，例如，配合件20整体采用铁材料制成。当然，配合件20可以部分采用磁性材料构成，例如，配合件20可以通过在塑料件上设置磁铁件形成。本技术不限制配合件20的具体形成方式。
45.请参阅图4，在某些实施方式中，传感器40至少部分容置在结构件30中。换句话说，传感器40可以部分容置在结构件30中，也可以完全容置在结构件30中。如此，结构件30可以防止传感器40受到外部物体的冲击，提高了传感器40的寿命。
46.具体地，结构件30可以形成有容置孔，传感器40可以安装在容置孔中，传感器40可以通过粘胶与容置孔的孔壁粘接在一起。
47.当然，在其他实施方式中，传感器40可以设置在结构件30外。例如，传感器40可以通过支架安装在结构件30的外侧。
48.请参阅图2及图3，在某些实施方式中，足部结构100包括连接件50，连接件50连接结构件30和足底件10。如此，连接件50可以使得结构件30与足底件10连接形成一个整体，有利于足部结构100安装在机器人200的机体210上。
49.具体地，连接件50可以采用塑料等材料制成。由于连接件50需要将足底件10受到的作用力向结构件30传递，因此，连接件50的材料优先选用强度足够大的材料，避免连接件50在机器人200工作的过程中损坏。
50.请参阅图7，连接件50呈上小下大的结构，连接件50的上部外表面与结构件30的外表面平滑过渡，连接件50的下部外表面与结构件30的外表面平滑过渡。连接件50与结构件30可以通过螺钉、螺纹等方式连接。类似地，连接件50与足底件10也可以通过螺钉、螺纹等方式连接。
51.请参阅图3及图7，本技术实施方式中，连接件50设置有多个连接耳51，多个连接耳51沿连接件50的周向间隔设置。结构件30形成有多个连接槽31，连接耳51和连接槽31一一对应。连接件50通过第一螺钉60穿过连接耳51与结构件30安装在一起。足底件10的外周面设有螺钉孔，足底件10通过第二螺钉70穿过螺钉孔与连接件50安装在一起，如此使得足底件10、连接件50和结构件30连接成一个整体。
52.请参阅图3及图7，在某些实施方式中，连接件50形成第一台阶结构52，足底件10形成有第二台阶结构11，连接件50与足底件10通过第一台阶结构52和第二台阶结构11卡接。
53.如此，第一台阶结构52和第二台阶结构11使得连接件50与足底件10更加容易定位，有利于提高足底件10和连接件50的装配效率，并且第一台阶结构52和第二台阶结构11可以具有密封的作用，防止液体从足底件10和连接件50之间的间隙进入连接件50中，提高连接件50的寿命。
54.请参阅图4及图5，在某些实施方式中，配合件20部分地容置在连接件50中。配合件20可相对于连接件50移动。如此，配合件20和连接件50的配合结构紧凑，使得足部结构100的体积更小，并且连接件50可以减少配合件20受到的冲击。
55.当然，在其他实施方式中，配合件20也可以设置在连接件50的外部。例如，配合件20可以通过支架设置在连接件50的外部。
56.具体地，请参阅图4及图7，本技术实施方式中，连接件50形成有第一孔53和与第一孔53连通的第二孔54，第一孔53的孔径大于第二孔54的孔径，配合件20包括第一部分22和与第一部分22连接的第二部分23，第一部分22位于第一孔53中，第二部分23穿设第二孔54并与足底件10连接。
57.如此，第一孔53和第二孔54使得配合件20可以相对于连接件50移动，并且使得配合件20可以与足底件10连接。第一孔53的孔径大于第二孔54的空间，可以限制配合件20的移动范围，避免配合件20向足底件10施加作用力，而降低传感器40的检测精度。
58.具体地，第一孔53和第二孔54可以均是圆孔，也可以均是方孔，本技术限制第一孔53和第二孔54的具体形状，只要保证配合件20能够相对于连接件50移动即可。
59.请参阅图3和图4，在某些实施方式中，足部结构100包括弹性件80，弹性件80的两端分别抵持配合件20和结构件30。如此，弹性件80可以足底件10受到的外力撤消后，驱动配合件20复位，有利于传感器40实时地检测配合与传感器40之间的距离，提高传感器40检测的准确性。
60.具体地，本技术实施方式中，弹性件80容置在第一孔53中，也即是说，弹性件80容置在连接件50中，这样使得弹性件80与连接件50的配合结构更加紧凑。弹性件80可以是弹簧，也可以是采用橡胶等弹性材料制成的弹性件。
61.综上，请结合图3及图4，在一个实施方式中，本技术的足部结构100的安装过程如下：首先，在足底件10的第二台阶结构11上涂布胶水，将连接件50的第一台阶结构52与第二台阶配合，使得连接件50安装在足底件10上，再通过第二螺钉70将足底件10和连接件50锁紧；之后，将配合件20的一端沿着连接件50内的第一孔53和第二孔54插入足底件10中；将弹性件80沿着第一孔53装入在第一孔53内并使弹性件80的一端抵靠配合件20；之后，将传感器40装入在结构件30内；最后将带有传感器40的结构件30装在连接上，在通过第一螺钉60将结构件30与连接件50锁紧，从而完成足部结构100的安装。
62.请结合图4及图5，在一个例子中，足部结构100的工作原理过程如下：当足底件10未触地时，其状态为图4所示，传感器40将光束打在配合件20的端面21，再反射回去，可以计算出此时的距离，可作为零位距离；如图5所示，当足底件10触地时，地面对足底件10有一个地面力f，此力使足底件10被压缩，足底件10压缩后，足底件10带动配合件20在第一孔53和第二孔54内滑动，弹性件80被压缩，此时，传感器40检测到的距离发生变化，将此数值传递至机体210的主板端，通过计算即感知到力的变化。通过提前标定传感器40，即可计算出此力值的大概范围。当足底件10抬起离开地面后，弹性件80的弹力将配合件20压回初始位置。
63.在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
64.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。