一种脚部机构及机器人的制作方法

1.本技术涉及机器人技术领域，尤其涉及一种脚部机构及机器人。


背景技术：

2.随着科技的发展，移动机器人被应用越来越广泛，给人们的生活和生产带来了极大的便利。机器人脚板结构设计已经成为移动机器人设计的一项重要任务，其结构和功能影响机器人的运动稳定性和灵活性，以及对复杂环境的适应能力。现有的移动机器人包括躯体结构以及连接于躯体结构底部的机器人脚板结构，躯体结构的整机重量作用于机器人脚板结构上。其中，机器人脚板结构通常设计成刚体，其与腿部也为刚性连接，在行走过程中会产生整机振动，产生的共振对整机的硬件造成载荷冲击，致使机器人的使用寿命大大降低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种脚部机构，旨在解决现有技术中机器人的脚板结构在行走过程中产生的共振对整机的硬件造成载荷冲击，致使机器人的使用寿命大大降低的技术问题。
4.本技术第一方面提供了一种脚部机构，该脚部机构包括：
5.主骨架，用于与机器人的腿部连接；
6.第一脚掌部，与所述主骨架转动连接，且设置有第一连接部；
7.第二脚掌部，与所述主骨架转动连接，所述第二脚掌部与所述第一脚掌部位于所述主骨架的两相对侧，所述第二脚掌部设置有第二连接部；
8.柔性脚板，分别与所述第一脚掌部和所述第二脚掌部连接，并位于所述第一脚掌部和所述第二脚掌部的底部；
9.弹性件，所述弹性件的一端与所述第一连接部连接，另一端与所述第二连接部连接，所述弹性件设置于所述柔性脚板与所述主骨架之间。
10.另外，根据本技术的脚部机构，还可具有如下附加的技术特征：
11.在本技术的一些实施方式中，所述脚部机构还包括限位结构，所述限位结构包括第一限位部、第二限位部和第三限位部；
12.所述第一限位部设置于所述主骨架上，所述第二限位部设置于所述第一脚掌部靠近所述主骨架的一端，所述第三限位部设置于所述第二脚掌部靠近所述主骨架的一端，所述第二限位部和所述第三限位部能够抵接于所述第一限位部上，以限制所述第一脚掌部和所述第二脚掌部朝向地面方向转动。
13.在本技术的一些实施方式中，所述脚部机构还包括转动件，所述第一脚掌部和所述第二脚掌部分别通过所述转动件与所述主骨架转动连接。
14.在本技术的一些实施方式中，所述转动件为轴承，所述主骨架上分别设置有第一固定轴和第二固定轴，所述第一固定轴和所述第二固定轴上分别套设有所述轴承，所述第
一脚掌部上设置有第一u型支座，所述第二脚掌部上设置有第二u型支座，所述第一u型支座和所述第二u型支座上分别开设有安装槽，所述轴承设置于所述安装槽内，以使所述第一u型支座通过所述轴承绕所述第一固定轴转动，所述第二u型支座通过所述轴承绕所述第二固定轴转动。
15.在本技术的一些实施方式中，所述安装槽与所述轴承的外圈过盈配合。
16.在本技术的一些实施方式中，所述第一u型支座和所述第二u型支座相对的一端分别呈圆弧形结构，所述第一限位部上靠近所述第一u型支座的一端以及所述第一限位部上靠近所述第二u型支座的一端分别呈圆弧形。
17.在本技术的一些实施方式中，所述转动件由第一转轴和第二转轴组成，所述第一脚掌部通过所述第一转轴与所述主骨架转动连接，所述第二脚掌部通过所述第二转轴与所述主骨架转动连接，且所述第一转轴的轴线方向与所述第一脚掌部的转动轴线方向相同，所述第二转轴的轴线方向与所述第二脚掌部的转动轴线方向相同。
18.在本技术的一些实施方式中，所述第一连接部为第一卡槽，所述第二连接部为第二卡槽，所述弹性件为弹性板材，所述弹性板材的一端卡接于所述第一卡槽，所述弹性板材的另一端卡接于所述第二卡槽。
19.在本技术的一些实施方式中，所述弹性板材的一侧分别设置有第一斜度骨位和第二斜度骨位，所述第一斜度骨位抵接于所述第一卡槽的槽壁，所述第二斜度骨位抵接于所述第二卡槽的槽壁。
20.在本技术的一些实施方式中，沿所述弹性板材的长度方向设置有至少一个条形通孔。
21.进一步地，每一个所述条形通孔的延伸方向的长度为l，所述弹性板材未发生弹性形变时的长度为w，满足关系式：1/4w≤l≤1/3w。
22.在本技术的一些实施方式中，所述第一连接部为具有螺纹孔的第一安装板，所述第二连接部为具有螺纹孔的第二安装板，所述弹性件的一端通过螺钉与所述第一安装板连接，所述弹性件的另一端通过螺钉与所述第二安装板连接。
23.在本技术的一些实施方式中，沿所述柔性脚板的长度方向依次包括第一安装部、形变部和第二安装部，所述第一安装部设置于所述第一脚掌部的底部，所述形变部设置于所述弹性件的底部，所述第二安装部设置于所述第二脚掌部的底部，且所述第一安装部和所述第二安装部的厚度分别小于所述形变部的厚度。
24.本技术第二方面提供了一种机器人，所述机器人包括上述任一实施例中所述的脚部机构。
25.相对于现有技术，本技术的有益效果是：本技术提出一种脚部机构，该脚部机构包括主骨架、第一脚掌部、第二脚掌部、柔性脚板和弹性件。通过将第一脚掌部和第二脚掌部分别与主骨架转动连接，同时，将弹性件分别与第一脚掌部和第二脚掌部连接，并将弹性件设置于柔性脚板和主骨架之间。模拟人的走路步态，当机器人腿部迈出时，前后脚掌先着地，即第一脚掌部和第二脚掌部着地，后脚掌(第二脚掌部)受到一定冲击力，此时，弹性件沿着第二脚掌部的旋转中心向上弯曲形变，第一脚掌部不动。当腿部收回时，后脚掌(第二脚掌部)先抬离地面，重力落到第一脚掌部(前脚掌)上，第一脚掌部受到一定冲击后，亦会通过弹性件来沿着第一脚掌部的旋转中心向上弯曲形变。这样，以减少整机受冲到击力的
情况下产生的共振，增加不平地面行走适应能力，降低机器人行走及跑跳过程中，脚板落地时的冲击力与振动，能够很好的吸收行走过行中产生的冲击力，延长机器人的整体寿命，提高产品的市场竞争力。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。
27.图1示出了本技术一些实施例提供的脚部机构的立体示意图；
28.图2示出了本技术一些实施例提供的脚部机构的一视角结构示意图；
29.图3示出了图2中a-a向剖视结构示意图；
30.图4示出了本技术一些实施例提供的脚部机构的另一视角结构示意图；
31.图5示出了图4中b部的放大结构示意图；
32.图6示出了本技术一些实施例提供的脚部机构的分解结构示意图；
33.图7示出了本技术一些实施例中脚部机构的主骨架的一视角结构示意图；
34.图8示出了本技术一些实施例中脚部机构的第一脚掌部和第二脚掌部的一视角结构示意图；
35.图9示出了本技术一些实施例中脚部机构的第一脚掌部和第二脚掌部的另一视角结构示意图；
36.图10示出了本技术一些实施例中脚部机构的弹性件的一视角结构示意图；
37.图11示出了本技术一些实施例中脚部机构的弹性件的另一视角结构示意图；
38.图12示出了本技术一些实施例中脚部机构的弹性件的立体结构示意图。
39.主要元件符号说明：
40.100-脚部机构；110-主骨架；111-腿部安装位；112-第一固定轴；113-第二固定轴；120-第一脚掌部；121-第一连接部；122-第一u型支座；123-安装槽；130-第二脚掌部；131-第二连接部；132-第二u型支座；140-柔性脚板；141-第一安装部；142-形变部；143-第二安装部；150-弹性件；151-条形通孔；152-第一斜度骨位；153-第二斜度骨位；160-限位结构；161-第一限位部；162-第二限位部；163-第三限位部；170-转动件。
具体实施方式
41.下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
42.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
43.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
44.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本技术中的具体含义。
45.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
46.目前，现有的移动机器人包括躯体结构以及连接于躯体结构底部的机器人脚板结构，躯体结构的整机重量作用于机器人脚板结构上。其中，机器人脚板结构通常设计成刚体，其与腿部也为刚性连接，在行走过程中会产生整机振动，产生的共振对整机的硬件造成载荷冲击，致使机器人的使用寿命大大降低，同时，刚性连接脚板结构受冲击后的力矩全部传导至机器人的电机上，增加了电机力矩需求。
47.如图1所示，本技术的实施例提供了一种脚部机构100，主要用于机器人上，可以是室内使用的智能移动机器人，也可以是室外使用的智能机器人。该脚部机构100包括：主骨架110、第一脚掌部120、第二脚掌部130、柔性脚板140和弹性件150。
48.一并参阅图2、图3和图8，主骨架110用于与机器人的腿部连接。第一脚掌部120和第二脚掌部130分别与所述主骨架110转动连接，且第一脚掌部120设置有第一连接部121，所述第二脚掌部130与所述第一脚掌部120位于所述主骨架110的两相对侧，所述第二脚掌部130设置有第二连接部131。
49.继续参阅图3，柔性脚板140分别与所述第一脚掌部120和所述第二脚掌部130连接，并位于所述第一脚掌部120和所述第二脚掌部130的底部。
50.所述弹性件150的一端与所述第一连接部121连接，另一端与所述第二连接部131连接，且所述弹性件150设置于所述柔性脚板140与所述主骨架110之间。
51.本技术的实施例提供的脚部机构100，通过将第一脚掌部120和第二脚掌部130分别与主骨架110转动连接，同时，将弹性件150分别与第一脚掌部120和第二脚掌部130连接，并将弹性件150设置于柔性脚板140和主骨架110之间。这样，通过弹性件150的弯曲变形，提高第一脚掌部120和第二脚掌部130不平地面行走适应能力，降低机器人行走及跑跳过程中，脚部机构100落地时的冲击力与振动，能够很好的吸收行走过行中产生的冲击力，延长机器人的整体寿命。
52.具体地，模拟人的走路步态，当机器人腿部迈出时，前后脚掌先着地，即第一脚掌部120和第二脚掌部130着地，后脚掌(第二脚掌部130)受到一定冲击力，此时，弹性件150沿着第二脚掌部130的旋转中心向上弯曲形变，第一脚掌部120不动。当腿部收回时，后脚掌
(第二脚掌部130)先抬离地面，重力落到第一脚掌部120(前脚掌)上，第一脚掌部120受到一定冲击后，亦会通过弹性件150来沿着第一脚掌部120的旋转中心向上弯曲形变。这样，以减少整机受冲到击力的情况下产生的共振，从而增加不平地面行走适应能力，降低机器人行走及跑跳过程中，脚部机构100落地时的冲击力与振动，减少电机的力矩峰值，延长机器人的整体寿命，提高产品的市场竞争力。
53.如图4和图5所示，在本技术的一些实施方式中，可选地，所述脚部机构100还包括限位结构160，所述限位结构160包括第一限位部161、第二限位部162和第三限位部163。
54.具体地，所述第一限位部161设置于所述主骨架110上，所述第二限位部162设置于所述第一脚掌部120靠近所述主骨架110的一端，所述第三限位部163设置于所述第二脚掌部130靠近所述主骨架110的一端，所述第二限位部162和所述第三限位部163能够抵接于所述第一限位部161上，以限制所述第一脚掌部120和所述第二脚掌部130朝向地面方向转动。
55.本实施方式中，通过第一限位部161、第二限位部162和第三限位部163的设置以及上述连接关系，使柔性脚板140、第一脚掌部120和第二脚掌部130一直处于水平状态，防止第一脚掌部120和第二脚掌部130一起向下移动，使第一脚掌部120和第二脚掌部130只能向上转动，进而压缩弹性件150弯曲变形。
56.如图6和图7所示，在本技术的一些实施方式中，可选地，所述脚部机构100还包括转动件170，所述第一脚掌部120和所述第二脚掌部130分别通过所述转动件170与所述主骨架110转动连接。
57.结合图8和图9所示，可选地，所述转动件170为轴承，所述主骨架110上分别设置有第一固定轴112和第二固定轴113，所述第一固定轴112和所述第二固定轴113上分别套设有所述轴承，所述第一脚掌部120上设置有第一u型支座122，所述第二脚掌部130上设置有第二u型支座132，所述第一u型支座122和所述第二u型支座132上分别开设有安装槽123，所述轴承设置于所述安装槽123内，以使所述第一u型支座122通过所述轴承绕所述第一固定轴112转动，所述第二u型支座132通过所述轴承绕所述第二固定轴113转动。通过两个轴承分别与第一u型支座122转动连接，另外两个轴承分别与第二u型支座132转动连接，轴承的设置增加了第一脚掌部120和第二脚掌部130转动的灵活性，降低转过过程中摩擦，使第一脚掌部120和第二脚掌部130相对主骨架110转动更加顺畅。
58.进一步地，所述安装槽123与所述轴承的外圈过盈配合。这样，便于轴承与第一u型支座122和第二u型支座132的固定，结构简单，便于操作，减少了固定轴承与安装槽123连接的固定件，降低了产品的成本。
59.如图5、图6和图8所示，在本技术的一些实施方式中，可选地，所述第一u型支座122和所述第二u型支座132相对的一端分别呈圆弧形结构，所述第一限位部161上靠近所述第一u型支座122的一端以及所述第一限位部161上靠近所述第二u型支座132的一端分别呈圆弧形。这样，当第一脚掌部120转动时，即第一u型支座122转动时，圆弧形结构的端部与第一限位部161的圆弧形处形成相切接触，避免发生干涉，便于转动。
60.在本技术的另一些实施方式中，转动件170除了使用轴承外，所述转动件170还可以由第一转轴(图中未示出)和第二转轴(图中未示出)组成，所述第一脚掌部120通过所述第一转轴与所述主骨架110转动连接，所述第二脚掌部130通过所述第二转轴与所述主骨架110转动连接，且所述第一转轴的轴线方向与所述第一脚掌部120的转动轴线方向相同，所
述第二转轴的轴线方向与所述第二脚掌部130的转动轴线方向相同。相对于转动件170使用轴承的方案，使用转轴的成本更加低廉。
61.在本技术的一些实施方式中，可选地，所述第一连接部121为第一卡槽，所述第二连接部131为第二卡槽，所述弹性件150为弹性板材，所述弹性板材的一端卡接于所述第一卡槽，所述弹性板材的另一端卡接于所述第二卡槽。通过第一卡槽和第二卡槽将弹性板材固定在第一脚掌部120和第二脚掌部130上。这样，当机器人腿部迈出时，第一脚掌部120和第二脚掌部130先着地，同时柔性脚板140也着地，第二脚掌部130受到一定冲击力，此时，弹性板材沿着第二脚掌部130的旋转中心向上弯曲形变，第一脚掌部120不动。当腿部收回时，第二脚掌部130先抬离地面，重力落到第一脚掌部120上，第一脚掌部120受到一定冲击后，亦会通过弹性板材沿着第一脚掌部120的旋转中心向上弯曲形变，进行形成缓冲。
62.如图11和图12所示，进一步地，所述弹性板材的一侧分别设置有第一斜度骨位152和第二斜度骨位153，所述第一斜度骨位152抵接于所述第一卡槽的槽壁，所述第二斜度骨位153抵接于所述第二卡槽的槽壁。第一斜度骨位152可以与第一卡槽的槽壁抵接，这样使弹性板材与第一卡槽过盈配合，同样，第二斜度骨位153可以与第二卡槽的槽壁抵接，这样使弹性板材与第二卡槽过盈配合。另外，第一斜度骨位152和第二斜度骨位153通过斜度还可以具有导向作用，便于弹性板材插入到第一卡槽和第二卡槽内。
63.更进一步地，第一斜度骨位152和第二斜度骨位153靠近柔性垫板的一部分还分别抵接于形变部142上，这样便于对形变部142进行抵压发生形变。
64.如图10所示，在本技术的上述实施方式中，可选地，沿所述弹性板材的长度方向设置有至少一个条形通孔151。通过条形通孔151的设置，以便于弹性板材在受到压力时弯曲形变。
65.本实施方式中，条形通孔151的数量使用两个，一个位于靠近第一卡槽的位置开设，另一个靠近第二卡槽的位置开设，且条形通孔151位于弹性板材宽度方向的中间位置。当然，在其他实施方式中，条形通孔151的数量还可以选择使用三个、四个等。
66.更进一步地，每一个所述条形通孔151的延伸方向的长度为l，所述弹性板材未发生弹性形变时的长度为w，满足关系式：1/4w≤l≤1/3w。这样，以确保弹性板材能够向上弯曲，便于第一脚掌部120和第二脚掌部130的转动，减少振动冲击力。
67.需要说明的是，弹性板材可以为弹性钢板，当然，弹性板材也可以为其他具有弹性功能的金属材料或非金属材料制成。
68.在本技术的另一些实施方式中，除了第一连接部121和第二连接部131选择为卡槽的方案，所述第一连接部121也可以为具有螺纹孔的第一安装板(图中未示出)，所述第二连接部131为具有螺纹孔的第二安装板(图中未示出)，所述弹性件150的一端通过螺钉与所述第一安装板连接，所述弹性件150的另一端通过螺钉与所述第二安装板连接。通过螺钉实现对弹性件150的连接，相对于卡接的方式，提高了固定强度。
69.如图3所示，在本技术的一些实施方式中，可选地，沿所述柔性脚板140的长度方向依次包括第一安装部141、形变部142和第二安装部143，所述第一安装部141设置于所述第一脚掌部120的底部，所述形变部142设置于所述弹性件150的底部，所述第二安装部143设置于所述第二脚掌部130的底部，且所述第一安装部141和所述第二安装部143的厚度分别小于所述形变部142的厚度。这样，便于第一安装部141跟随第一脚掌部120，第二安装部143
跟随第二脚掌部130转动变形，同时，形变部142亦会随弹性件150发生形变。此外，在形变部142的厚度分别大于第一安装部141和第二安装部143的厚度的同时，对弹性件150有一个反向作用力，便于弹性件150恢复弹性形变。
70.需要说明的是，柔性脚板140由软性硅胶制成，相应地，第一安装部141、第二安装部143和形变部142也为软性硅胶制成。当然，在其他实施例中，柔性脚板140还可以选择其他柔软性的材料制成，如橡胶等。
71.本技术的实施例提供了一种机器人，所述机器人包括上述任一实施例中所述的脚部机构100。
72.具体地，机器人的腿部与主骨架110连接，主骨架110上设置有腿部安装位111，该腿部安装位111用于与机器人的腿部连接。
73.本实施例提供的机器人具有上述任一实施例中所述脚部机构100，因此，具有上述任一实施例中所述脚部机构100的全部有益效果，在此就不一一赘述。
74.综上所述，本技术提出一种脚部机构100及机器人，该脚部机构100通过将第一脚掌部120和第二脚掌部130分别与主骨架110转动连接，同时，将弹性件150分别与第一脚掌部120和第二脚掌部130连接，并将弹性件150设置于柔性脚板140和主骨架110之间。这样，通过弹性件150的弯曲变形，提高第一脚掌部120和第二脚掌部130不平地面行走适应能力，降低机器人行走及跑跳过程中，脚部机构100落地时的冲击力与振动，减少电机的力矩峰值，延长机器人的整体寿命，提高产品的市场竞争力。
75.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例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例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
76.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。