CN110228545A - 一种直线关节及腿足机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于机器人技术领域，提供了一种直线关节及腿足机器人，其中，直线关节包括：电机组件，具有用于输出动力的转轴；丝杠副，包括螺母及螺杆，螺母连接于转轴内且与转轴同轴心设置，螺杆转动套接于螺母内；以及推杆，与螺杆的一端连接；转轴带动螺母旋转时，螺杆带动推杆沿转轴轴心的方向做直线运动；腿足机器人包括如上所述的直线关节。在本发明中，由于电机相对液压***，其控制较为简单，且无漏油风险，同时，丝杠副相对减速器，其具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高等特点，因此，本发明直线关节具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高、无漏油风险、控制简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种直线关节及腿足机器人。
背景技术
腿足机器人，其相对轮式或履带式机器人具有显著的优点，其中，腿足机器人可以适应复杂的地形，如台阶、斜坡、坑洼地面、碎石路，甚至草地、湿地、山地、森林等地面。并且，腿足机器人可以适应家庭、商场及户外等各种场所，因此在家庭服务娱乐、商场导购、工厂巡检、物流运输、抢险救灾、军事任务等方面存在广泛的应用前景。
目前，国内外关于腿足机器人的研究较多，有双足仿人机器人、四足机器人、六足机器人等。在各种类型的腿足机器人中，关节结构都是机器人的核心结构之一。目前，市面上的机器人中，关节结构采用旋转电机连接谐波减速器或行星齿轮减速器的方案占多数，也有少数采用液压缸等直线执行器的方案。然而，采用电机连接减速器的方案，其控制相对简单，但减速器具有成本高，效率低等缺点；采用液压缸的方案，其需要配备油泵、油泵电机、伺服阀、管路等整套液压***，结构比较复杂，控制也比较复杂，并且存在漏油风险。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直线关节，旨在解决目前的直线关节的结构复杂、控制复杂、成本高、效率低且存在漏油风险的技术问题。
本发明是这样实现的，一种直线关节，包括：
电机组件，具有用于输出动力的转轴；
丝杠副，包括螺母及螺杆，所述螺母连接于所述转轴内，且与所述转轴同轴心设置，所述螺杆转动套接于所述螺母内；以及
推杆，与所述螺杆的一端连接；
所述转轴带动螺母旋转时，所述螺杆带动所述推杆沿所述转轴轴心的方向做直线运动。
在本发明的一个实施例中，所述推杆上设置有用于防止所述推杆转动的防转机构。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括：
关节外壳，套接于所述丝杠副外；
所述防转机构连接于所述关节外壳的一端，所述防转机构包括设置于所述推杆的外表面上且沿所述推杆的轴向延伸的至少一条凹槽，以及设置于所述防转机构的内环面向轴心方向突起且与所述凹槽一一相互配合的至少一个凸块。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括连接于所述螺杆远离所述推杆的一端的限位块，所述限位块用于防止所述螺杆脱离所述螺母。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括套设于所述推杆与所述关节外壳之间的直线轴承。
在本发明的一个实施例中，所述转轴靠近所述电机组件的一端设置有限位结构，所述限位结构用于限制所述螺杆向上运动的行程。
在本发明的一个实施例中，所述限位结构与所述螺杆之间设置有第一弹性件。
在本发明的一个实施例中，所述电机组件包括：
电机，具有所述转轴，所述转轴是空心轴；
电机外壳，套接于所述电机外；以及
滚动轴承，其内圈固定于所述转轴上，其外圈固定于所述电机外壳上。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括驱动器，所述驱动器用于控制所述电机。
在本发明的一个实施例中，所述螺杆的底端套接于所述推杆内，所述推杆与所述螺杆之间设置有第二弹性件，所述第二弹性件套设于所述螺杆外。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括编码器，所述编码器设置于所述转轴的一端外。
在本发明的一个实施例中，所述直线关节还包括：
力传感器，连接于所述推杆远离所述螺杆的一端，所述力传感器用于检测所述推杆的轴向力；以及
推杆末端，连接于所述力传感器远离所述推杆的一端。
本发明的另一目的在于提供一种腿足机器人，其包括如上述任一实施例所述的直线关节。
实施本发明的一种直线关节，具有以下有益效果：该直线关节包括电机组件、丝杠副和推杆，其中，电机组件具有用于输出动力的转轴，丝杠副包括螺母及螺杆，螺母连接于转轴内且与转轴同轴心设置，螺杆转动套接于螺母内，推杆连接于螺杆的一端，通过丝杠副的螺杆和螺母将转轴的旋转运动转化为推杆的直线运动，即，当转轴带动螺母旋转时，螺杆带动推杆沿转轴轴心方向做直线运动，由于电机相对液压***，其控制较为简单，且无漏油风险，同时，丝杠副相对减速器，其具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高等特点，因此，本发明直线关节具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高、无漏油风险、控制简单等优点。
附图说明
为了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他的附图。
图1是本发明实施例提供的直线关节的俯视结构示意图；
图2是本发明实施例提供的直线关节处于不完全伸出状态时沿图1中的A-A方向的剖视结构示意图；
图3是本发明实施例提供的直线关节的丝杠副的侧视结构示意图；
图4是本发明实施例提供的直线关节的螺杆和防转机构的立体结构示意图；
图5是本发明实施例提供的直线关节的电机的剖视结构示意图；
图6是本发明实施例提供的直线关节处于完全缩进状态时沿图1中的A-A方向的剖视结构示意图；
图7是本发明实施例提供的直线关节处于完全伸出状态时沿图1中的A-A方向的剖视结构示意图；
图8是本发明实施例提供的直线关节应用于四足机器人的侧视结构示意图；
图9是本发明实施例提供的直线关节应用于四足机器人的立体结构示意图；
图10是本发明实施例提供的直线关节应用于四足机器人的剖视结构示意图；
图11是本发明一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处的结构示意图；
图12是本发明一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处的立体结构示意图；
图13是本发明一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处且沿第一方向的侧视结构示意图；
图14是本发明一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处且沿第二方向的侧视结构示意图；
图15是本发明一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处且沿第三方向的侧视结构示意图；
图16是本发明另一个实施例提供的直线关节应用于双足机器人的踝关节处的立体结构示意图。
上述附图所涉及的标号明细如下：
100-直线关节；10-电机组件；11-电机；111-定子；112-转子；113-转轴；114-限位结构；12-电机外壳；121-第一紧固件；13-滚动轴承；20-丝杠副；21-螺母；22-螺杆；221-限位块；222-限位台阶；23-第二紧固件；24-第四紧固件；30-推杆；31-凹槽；32-限位凹槽；40-关节外壳；41-防转机构；411-凸块；42-第三紧固件；50-直线轴承；60-驱动器；61-驱动器座；70-编码器；71-编码器座；72-固定件；80-力传感器；90-推杆末端；
200-四足机器人；201-机身；202/306-连杆；203/301-小腿；300-双足机器人；302-脚板；303-踝关节；304-关节轴承；305-踝辅助万向节；306-连杆；307-支撑杆；400-地面。
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明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接位于该另一个部件上。当一个部件被称为“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“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，仅是为了便于描述，不能理解为对本技术方案的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，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。
为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。
请参阅图1和图2，本发明实施例提供了一种直线关节100，其包括电机组件10、丝杠副20、推杆30及关节外壳40。其中，关节外壳40呈内中空结构且套接于丝杠副20外；电机组件10与关节外壳40固定连接在一起，如通过第一紧固件121将电机外壳12与关节外壳40固定连接在一起，该第一紧固件121包括但不限于螺钉等；推杆30的一端与丝杠副20远离电机组件10的一端连接。在具体应用中，丝杠副20包括但不限于滑动丝杠副、滚珠丝杠副、行星滚柱丝杠副等。
具体地，电机组件10具有转轴113，该转轴113用于输出动力，且转轴113是空心轴；丝杠副20至少部分收容于关节外壳40内，且与转轴113同轴心设置并连接；推杆30连接于丝杠副20的一端上，丝杠副20用于将转轴113的旋转运动转化为推杆30沿转轴113轴向的直线运动。另外，推杆30可根据实际需要选择与转轴113同轴心设置，或者不与转轴113同轴心设置，优选与转轴113同轴心设置，以便于对推杆30的直线运动进行准确地控制。
在本实施例中，由于电机相对液压***，其控制较为简单，且无漏油风险，同时，丝杠副20相对减速器，其具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高等特点，因此，该直线关节100具有结构简单、成本低、摩擦系数低、效率高、无漏油风险、控制简单等优点。
在本实施例中，请结合图4，丝杠副20包括螺母21和螺杆22，其中，螺母21固定套接于转轴113内，其能够与转轴113同步转动；螺杆22转动套于螺母21内，推杆30连接于螺杆22的一端的端部且与螺杆22同步运动，当转轴113带动螺母21旋转时，螺杆22带动推杆30沿转轴113轴心方向做直线运动。具体地，推杆30通过第二紧固件23连接于螺杆22的一端的端部，该第二紧固件23包括但不限于螺钉等。优选地，在螺杆22与推杆30连接的端部设置有限位台阶222，相应地，在推杆30的端部设置有限位凹槽32，当螺杆22***推杆30内时，限位台阶222的端面抵接于限位凹槽32的底面上，可实现螺杆22和推杆30的轴向定位。
同时，在推杆30上设置有用于防止推杆30转动的防转机构41，该防转机构41设置于关节外壳40远离电机组件10一端的端部。具体地，防转机构41可以为呈环形的板状结构，其套设于推杆30外，并通过第三紧固件42固定连接于关节外壳40的端部，该第三紧固件42包括但不限于螺钉等。优选地，防转机构41通过多个第三紧固件42固定连接于关节外壳40的端部，且多个第三紧固件42沿关节外壳40的圆周方向均匀布置。
进一步地，为了实现防转机构41的防转功能，请结合图3，该防转机构41包括设置于推杆30的外表面上的至少一条凹槽31以及设置于防转机构41的内环面向轴心方向突起的至少一个凸块411，该凹槽31沿推杆30的轴向延伸设置，凸块411与凹槽31一一相互配合，使得推杆30与防转机构41可在轴向上相对移动，以防止推杆30在防转机构41内发生转动，进而防止丝杠副20的螺杆22跟随螺母21发生转动。其中，凸块411和凹槽31的个数可根据实际需要进行选择，在此不做限定。
在本实施例中，由于防转机构41的存在，使得螺杆22不能跟随螺母21旋转，只能沿自身的轴线做直线运动，而螺杆22的直线运动将带动推杆30一起做直线运动。
在本发明的一个实施例中，在螺杆22远离推杆30的一端的端部固定设置有限位块221。优选地，该限位块221大致呈板状，该限位块221设置于螺杆22的顶端，并通过第四紧固件24与螺杆22固定连接，螺杆22的顶部端面与限位块221的下端面抵接，该第四紧固件24包括但不限于螺钉等。在垂直转轴113的剖面线A-A方向(如图1所示)下，限位块221的剖面宽度大于螺杆22的剖面宽度，从而使得限位块221可以防止螺杆22向下做直线运动时脱离螺母21。由于限位块221的剖面宽度大于螺杆22的剖面宽度，当螺杆22做向下运动时，会带动限位块221向下运动，直至限位块221的下端面抵接于螺母21的上端面上，此时螺杆22无法进一步向下运动，进而防止螺杆22脱离螺母21。优选地，限位块221的端缘与转轴113的内侧壁间隔距离，以避免限位块221撞击转轴113内侧壁而阻碍螺杆22及推杆30灵活运动。
在本发明的一个实施例中，直线关节100还包括套设于推杆30与关节外壳40之间的直线轴承50。在本实施例中，直线轴承50安装于关节外壳40与推杆30之间，可降低推杆30与关节外壳40之间相对直线运动的摩擦。具体地，该直线轴承50安装于关节外壳40远离电机组件10一端的端部，其内表面与推杆30的外表面抵接，其外表面与关节外壳40的内表面抵接，其下端面抵接于防转机构41的上端面上，其上端面与突出于关节外壳40内表面的突起401抵接，通过关节外壳40、防转机构41和推杆30限制直线轴承50的位置。在具体应用中，该直线轴承50包括但不限于滚珠直线轴承、滑动轴承、特氟龙等低摩擦系数材质制成的套筒等。
在本发明的一个实施例中，电机组件10包括电机11、电机外壳12和滚动轴承13。其中，请结合图5，电机11包括上述转轴113、固定套接于电机外壳12内的定子111，以及套设于定子111内且固定套接于转轴113外的转子112。滚动轴承13套设于转轴113与电机外壳12之间，其内圈固定于转轴113上，其外圈固定于电机外壳12上，以保证定子111和转子112同轴。在本实施中，电机外壳12与关节外壳40固定连接在一起，电机外壳12、关节外壳40和转轴113三者限制滚动轴承13的位置。在具体应用中，滚动轴承13应润滑良好，可使电机11高速运转平稳、噪音低，该滚动轴承13包括但不限于单列轴承、双列轴承及多列轴承等；电机11包括但不限于交流永磁同步电机、无刷直流电机、带刷直流电机等。
在本发明的一个实施例中，在转轴113靠近电机组件10的电机11的一端设置有限位结构114，该限位结构114用于限制螺杆22向上运动的行程。当螺杆22向上运动至极限状态时，螺杆22顶端部的限位块221的上端面与所述限位结构114的下端面之间碰撞接触，此时螺杆22无法继续向上运动。请结合图6，在这种极限状态下，推杆30伸出关节外壳40的长度最短，也即推杆30完全缩进关节外壳40内。优选地，所述限位结构114与转轴113可为一体结构，即限位结构114为转轴113的顶部。
优选地，在限位结构114与螺杆22之间设置有第一弹性件(未示出)，即在限位结构114的下端面与限位块221的上端面之间设置有第一弹性件，该第一弹性件由弹性材料制成，其起到缓冲作用，以保护零部件，还可减小运动接触的噪音。具体地，该第一弹性件可以连接于限位结构114的下端面上，也可以连接于限位块221的上端面上。
在本发明的另一个实施例中，螺杆22的底端固定套接于推杆30内，在推杆30与螺杆22之间设置有第二弹性件(未示出)，该第二弹性件套设于螺杆22外。在本实施例中，第二弹性件由弹性材料制成，其起到缓冲作用，以保护零部件，还可减小噪音。具体地，该第二弹性件设置于推杆30的上端面与螺母21的下端面之间，该第二弹性件可以连接于推杆30的上端面上，也可以连接于螺母21的下端面上。当螺杆22向上运动至极限状态时，推杆30的上端面与螺母21的下端面之间碰撞接触，此时螺杆22无法继续向上运动。请结合图6，在这种极限状态下，推杆30伸出关节外壳40的长度最短，也即推杆30完全缩进关节外壳40内。
可以理解的是，当螺杆22向上运动至极限状态时，可以是限位结构114的下端面与限位块221的上端面先碰撞接触，也可以是推杆30的上端面与螺母21的下端面先碰撞接触，还可以是限位结构114的下端面与限位块221的上端面，以及推杆30的上端面与螺母21的下端面同时接触。故，在本发明的又一个实施例中，在限位结构114的下端面与限位块221的上端面之间设置有第一弹性件，同时，在推杆30的上端面与螺母21的下端面之间设置有第二弹性件。
在本发明的一个实施例中，在限位块221与螺母21之间设置有第三弹性件(未示出)，该第三弹性件套设于螺杆22外。在本实施例中，第三弹性件由弹性材料制成，其起到缓冲作用，以保护零部件，还可减小噪音。具体地，在限位块221的下端面与螺母21的上端面之间设置有第三弹性件，该第三弹性件可以连接于限位块221的下端面上，也可以连接于螺母21的上端面上。当螺杆22向下运动至极限状态时，限位块221的下端面与螺母21的上端面之间碰撞接触，此时螺杆22无法继续向下运动。请结合图7，在这种极限状态下，推杆30伸出关节外壳40的长度最长，也即推杆30完全伸出关节外壳40。
如图2所示，螺杆22处于两个极限状态之间的中间状态，这种状态下，推杆30相对关节外壳40处于不完全伸出状态。
在本发明的一个实施例中，为了对电机11进行控制，直线关节100还包括驱动器60，该驱动器60用于控制电机11。在本实施例中，驱动器60可先安装于驱动器座61上，再进一步通过驱动器座61固定于电机外壳12上；或者，驱动器60直接安装于电机外壳12上；或者，驱动器60安装于其它位置，如腿足机器人的机身201位置等。在具体应用中，驱动器60可以是控制电路板，电机11与控制电路板电性连接。
在本发明的一个实施例中，为了对推杆30的伸缩进行准确的位置控制，直线关节100还包括编码器70，该编码器70设置于转轴113的一端处，其用于把转轴113的角位移转换成电信号，并反馈给电路板，电路板根据当前转轴113的角度向电机输出控制指令，以调整并校正转轴113的输出角度。在本实施例中，在转轴113靠近限位结构114的一端外设置有编码器座71，该编码器座71与转轴113同轴设置，并通过固定件72固定于转轴113上，编码器70安装于该编码器座71上。
在本发明的一个实施例中，为了对推杆30的伸缩进行准确的力控制，直线关节100还包括力传感器80，该力传感器80连接于推杆30远离螺杆22的一端，且用于检测推杆30的轴向力，该力传感器80还与驱动器60电性连接。在本实施例中，直线关节100还包括推杆末端90，该推杆末端90连接于力传感器80远离推杆30的一端。当给电机11供电时，转子112旋转，带动转轴113旋转，进而带动螺母21旋转，因防转机构的防转功能，螺杆22不能跟随螺母21旋转，只能沿丝杠副20的轴线做直线运动，螺杆22的直线运动将带动推杆30、力传感器80和推杆末端90一起直线运动。
可以理解的是，在其它实施例中，对于不需要力控制的场合，可以不安装力传感器80。另外，对于成本有严格要求，并且对力控制要求不严苛的场合，也可以不安装力传感器80，此时，力反馈可通过检测电机11的电流，根据电机11转矩与电机11电流的比例关系，换算出电机11转矩，再根据丝杠副20的转矩与轴向力的换算关系，换算出螺杆22的轴向力。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种腿足机器人，其包括如上述任意一个实施例所述的直线关节100。在具体应用中，腿足机器人包括但不限于四足机器人、双足机器人及多足机器人等。
在本发明的一个实施例中，请结合图8至图10，将上述的直线关节100应用于四足机器人200中，该四足机器人200包括机身201、上述直线关节100、连杆202和小腿203，其中，直线关节100、连杆202和小腿203构成一个曲柄滑块机构，直线关节100的丝杠副20将电机11的转子112的旋转运动转换为螺杆22的直线运动，进而带动推杆30的直线运动，曲柄滑块机构将推杆30的直线运动转换为小腿203的旋转运动(如图8中的B-B’方向)。
在本发明的另一个实施例中，请结合图11和图12，将上述的直线关节100应用于双足机器人300的踝关节处，该双足机器人300主要包括小腿301、脚板302、踝关节303、上述直线关节100、关节轴承304和踝辅助万向节305。其中，小腿301和脚板302通过踝关节303连接，踝关节303是一组万向节，这里可称之为踝主万向节，以区别于踝辅助万向节305。直线关节100靠近电机11的顶端通过关节轴承304连接小腿301，靠近推杆30的底端连接踝辅助万向节305。关节轴承304枢转安装于小腿301的支撑杆307上。踝辅助万向节305远离直线关节100的一端安装于脚板302上。将直线关节100、关节轴承304、踝辅助万向节305组成的装配体，称之为直线关节组件。双足机器人的每条腿的踝关节303处均包括两组直线关节组件，该两组直线关节组件分别位于小腿301的左右两侧，相对于小腿301及踝关节303对称设置，如图12所示。
请结合图13和图14，在本实施例中，通过机器人的主控制板(未示出)向两个直线关节100发送同步伸缩运动的主控指令，通过驱动器60传递主控指令控制两个直线关节100的电机11同向转动，即，两个直线关节100内的螺杆22及推杆30的直线运动方向相同，关节轴承304及脚踝303转动，并带动脚底板302实现相对地面400的俯仰运动。
如图15所示，通过机器人的主控制板(未示出)向两个直线关节100发送不同步伸缩运动的主控指令，通过驱动器60传递主控指令控制两个直线关节100的电机11反向转动，即，两个直线关节100的螺杆22及推杆30的直线运动方向相反，关节轴承304及脚踝303转动，并带动脚底板302实现滚动或内/外翻运动。
另外，在本实施例中，关节轴承304可以替换为万向节组件，踝辅助万向节305也可以替换为关节轴承304。本实施例中展示的直线关节100的朝向为：电机外壳12和关节外壳40在上，推杆30朝下。当然，也可以将直线关节100的朝向改变，即电机外壳12和关节外壳40在下，推杆30朝上。
在本发明的又一个实施例中，请结合图16，将上述的直线关节100应用于双足机器人的踝关节处，该双足机器人主要包括小腿301、脚板302、踝关节303、直线关节100、关节轴承304、踝辅助万向节305和连杆306。其中，小腿301和脚板302通过踝关节303连接，踝关节303是一组万向节，这里可称之为踝主万向节，以区别于踝辅助万向节305。直线关节100靠近电机的一端固定于小腿301上，另一端靠近推杆30的一端连接关节轴承304。连杆306的一端连接关节轴承304，另一端连接踝辅助万向节305。踝辅助万向节305的远离连杆306的一端安装于脚板302上。将直线关节100、关节轴承304、踝辅助万向节305和连杆306组成的装配体，称之为直线关节组件，双足机器人的每条腿的踝关节303处都包括两组直线关节组件，该两组直线关节组件分别位于小腿301的左右两侧，相对于小腿301及踝关节303对称设置，如图16所示。
在本实施例中，通过机器人的主控制板(未示出)向两个直线关节100发送同步伸缩运动的主控指令，通过驱动器60传递主控指令控制两个直线关节100的电机11同向转动，两个直线关节100内的螺杆22及推杆30的直线运动方向相同，关节轴承304及脚踝303转动，并带动脚底板302实现相对地面400的俯仰运动。通过机器人的主控制板(未示出)向两个直线关节100发送不同步伸缩运动的主控指令，通过驱动器60传递主控指令控制两个直线关节100的电机11反向转动，即，两个直线关节100的螺杆22及推杆30的直线运动方向相反，关节轴承304及脚踝303转动，并带动脚底板302实现滚动或内/外翻运动。
另外，在本实施例中，关节轴承304可以替换为万向节组件，踝辅助万向节305也可以替换为关节轴承304。本实施例中展示的直线关节100的朝向为：电机外壳12和关节外壳40在上，推杆30朝下。当然，也可以将直线关节100的朝向改变，即电机外壳12和关节外壳40在下，推杆30朝上。
以上所述仅为本发明的可选实施例而已，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。
Claims (13)
1.一种直线关节，其特征在于，包括：
电机组件，具有用于输出动力的转轴；
丝杠副，包括螺母及螺杆，所述螺母连接于所述转轴内，且与所述转轴同轴心设置，所述螺杆转动套接于所述螺母内；以及
推杆，与所述螺杆的一端连接；
所述转轴带动螺母旋转时，所述螺杆带动所述推杆沿所述转轴轴心方向做直线运动。
2.如权利要求1所述的直线关节，其特征在于，所述推杆上设置有用于防止所述推杆转动的防转机构。
3.如权利要求2所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括：
关节外壳，套接于所述丝杠副外；
所述防转机构连接于所述关节外壳的一端，所述防转机构包括设置于所述推杆的外表面上且沿所述推杆的轴向延伸的至少一条凹槽，以及设置于所述防转机构的内环面向轴心方向突起且与所述凹槽一一相互配合的至少一个凸块。
4.如权利要求2所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括连接于所述螺杆远离所述推杆的一端的限位块，所述限位块用于防止所述螺杆脱离所述螺母。
5.如权利要求3所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括套设于所述推杆与所述关节外壳之间的直线轴承。
6.如权利要求3所述的直线关节，其特征在于，所述转轴靠近所述电机组件的一端设置有限位结构，所述限位结构用于限制所述螺杆向上运动的行程。
7.如权利要求6所述的直线关节，其特征在于，所述限位结构与所述螺杆之间设置有第一弹性件。
8.如权利要求1至7任一项所述的直线关节，其特征在于，所述电机组件包括：
电机，具有所述转轴，所述转轴是空心轴；
电机外壳，套接于所述电机外；以及
滚动轴承，其内圈固定于所述转轴上，其外圈固定于所述电机外壳上。
9.如权利要求8所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括驱动器，所述驱动器用于控制所述电机。
10.如权利要求1至7任一项所述的直线关节，其特征在于，所述螺杆的底端套接于所述推杆内，所述推杆与所述螺杆之间设置有第二弹性件，所述第二弹性件套设于所述螺杆外。
11.如权利要求1至7任一项所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括编码器，所述编码器设置于所述转轴的一端外。
12.如权利要求2至7任一项所述的直线关节，其特征在于，所述直线关节还包括：
力传感器，连接于所述推杆远离所述螺杆的一端，所述力传感器用于检测所述推杆的轴向力；以及
推杆末端，连接于所述力传感器远离所述推杆的一端。
13.一种腿足机器人，其特征在于，包括如权利要求1至12任一项所述的直线关节。
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111300475A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 一种高动态机器人的高能效关节结构 |
| CN111360844A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 北京理工大学 | 刚度主动控制的末段肢杆及包含该末段肢杆的仿生机器人 |
| CN112590967A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 腿部结构及机器人 |
| CN112847377A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-05-28 | 宿州赛尔沃德物联网科技有限公司 | 一种机器人关节的驱动控制方法 |
| CN113232742A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-10 | Oppo广东移动通信有限公司 | 机器人及其腿部组件 |
| CN113371094A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-09-10 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种轮足式机器人腿部机构及轮足式机器人 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111439322B (zh) * | 2020-05-19 | 2021-02-19 | 燕山大学 | 一种四足仿生机器人轻量化四自由度腿部机构 |
| CN112660264B (zh) * | 2020-12-30 | 2023-06-20 | 厦门大学 | 马蹄形足端感知机器人腿部结构及输出力矩检测控制方法 |
| CN215186320U (zh) * | 2021-01-15 | 2021-12-14 | 北京小米移动软件有限公司 | 伺服电机和具有它的机器人 |
| WO2024073135A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Tesla, Inc. | Systems and methods for a robot knee joint assembly |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012047317A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Minebea Motor Manufacturing Corp | リニアアクチュエータ |
| CN102931760A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种紧凑型直线位移电动伺服机构 |
| CN203180713U (zh) * | 2013-04-18 | 2013-09-04 | 章小青 | 推杆电机 |
| CN103448828A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-12-18 | 上海大学 | 一种四足仿生机器人腿机构 |
| WO2015057111A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Diakont" | Electromechanical drive unit having a damping device |
| CN106992627A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-28 | 上海宇航***工程研究所 | 一种高频响直线驱动机构 |
| CN206770538U (zh) * | 2017-05-25 | 2017-12-19 | 温州江南精机有限公司 | 高精度的丝杆传动结构 |
| CN107606089A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-19 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种嵌套式滚珠丝杠副 |
| CN108233619A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 湖北环电磁装备工程技术有限公司 | 一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的千斤顶装置 |
| JP2019002461A (ja) * | 2017-06-14 | 2019-01-10 | オリエンタルモーター株式会社 | リニアアクチュエータ |
| CN109723781A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种紧凑型的丝杠防转装置 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5394288A (en) * | 1991-12-20 | 1995-02-28 | Jeco Company Limited | Actuator |
| GB2263465B (en) * | 1992-01-09 | 1995-05-31 | Link Miles Ltd | Electrically powered actuator |
| US7736394B2 (en) * | 2002-08-22 | 2010-06-15 | Victhom Human Bionics Inc. | Actuated prosthesis for amputees |
| WO2009054103A1 (ja) * | 2007-10-23 | 2009-04-30 | Honda Motor Co., Ltd. | ２足歩行ロボット |
| FR3034660B1 (fr) * | 2015-04-07 | 2022-06-10 | Wandercraft | Exosquelette comprenant une liaison mecanique de cheville avec deux axes de pivotement |
| US20170067548A1 (en) * | 2015-08-17 | 2017-03-09 | Peter Neuhaus | Linkage Actuator |
| US10253855B2 (en) * | 2016-12-15 | 2019-04-09 | Boston Dynamics, Inc. | Screw actuator for a legged robot |
| CN107128397A (zh) | 2017-05-31 | 2017-09-05 | 地壳机器人科技有限公司 | 机器人腿部脚掌行走装置 |
| WO2020031772A1 (ja) * | 2018-08-08 | 2020-02-13 | ソニー株式会社 | リンク構造 |
-
2019
- 2019-05-16 CN CN201910407492.9A patent/CN110228545A/zh active Pending
- 2019-09-11 US US16/566,908 patent/US11485028B2/en active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012047317A (ja) * | 2010-08-30 | 2012-03-08 | Minebea Motor Manufacturing Corp | リニアアクチュエータ |
| CN102931760A (zh) * | 2012-11-15 | 2013-02-13 | 北京自动化控制设备研究所 | 一种紧凑型直线位移电动伺服机构 |
| CN203180713U (zh) * | 2013-04-18 | 2013-09-04 | 章小青 | 推杆电机 |
| CN103448828A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-12-18 | 上海大学 | 一种四足仿生机器人腿机构 |
| WO2015057111A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Zakrytoe Aktsionernoe Obschestvo "Diakont" | Electromechanical drive unit having a damping device |
| CN106992627A (zh) * | 2017-05-19 | 2017-07-28 | 上海宇航***工程研究所 | 一种高频响直线驱动机构 |
| CN206770538U (zh) * | 2017-05-25 | 2017-12-19 | 温州江南精机有限公司 | 高精度的丝杆传动结构 |
| JP2019002461A (ja) * | 2017-06-14 | 2019-01-10 | オリエンタルモーター株式会社 | リニアアクチュエータ |
| CN107606089A (zh) * | 2017-08-21 | 2018-01-19 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种嵌套式滚珠丝杠副 |
| CN109723781A (zh) * | 2017-10-30 | 2019-05-07 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种紧凑型的丝杠防转装置 |
| CN108233619A (zh) * | 2018-01-31 | 2018-06-29 | 湖北环电磁装备工程技术有限公司 | 一种无框组合式永磁同步直线电机直驱的千斤顶装置 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111300475A (zh) * | 2020-03-17 | 2020-06-19 | 北京理工大学 | 一种高动态机器人的高能效关节结构 |
| CN111300475B (zh) * | 2020-03-17 | 2021-03-16 | 北京理工大学 | 一种高动态机器人的高能效关节结构 |
| WO2021184516A1 (zh) * | 2020-03-17 | 2021-09-23 | 北京理工大学 | 一种高动态机器人的高能效关节结构 |
| CN111360844A (zh) * | 2020-03-24 | 2020-07-03 | 北京理工大学 | 刚度主动控制的末段肢杆及包含该末段肢杆的仿生机器人 |
| WO2021189676A1 (zh) * | 2020-03-24 | 2021-09-30 | 北京理工大学 | 刚度主动控制的末段肢杆及包含该末段肢杆的仿生机器人 |
| CN112590967A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-02 | 深圳市优必选科技股份有限公司 | 腿部结构及机器人 |
| CN112847377A (zh) * | 2021-02-08 | 2021-05-28 | 宿州赛尔沃德物联网科技有限公司 | 一种机器人关节的驱动控制方法 |
| CN113232742A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-08-10 | Oppo广东移动通信有限公司 | 机器人及其腿部组件 |
| CN113371094A (zh) * | 2021-08-02 | 2021-09-10 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种轮足式机器人腿部机构及轮足式机器人 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US20200361101A1 (en) | 2020-11-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190913 |