CN114379668A - 步行机器人的足部结构、步行机器人及操作步行机器人的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于步行机器人的足部结构，包括：配置为限定主体的连杆；缓冲单元，联接到连杆的一个端部并具有形成在缓冲单元中的空置空间；以及压力传感器，设置在连杆中，并配置为检测缓冲单元中的空置空间中的空气的压力变化。

Description

步行机器人的足部结构、步行机器人及操作步行机器人的 方法

相关申请的交叉引用

本申请要求申请日为2020年10月5日、申请号为10-2020-0128300韩国专利申请的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及一种用于步行机器人的足部结构、包括该足部结构的步行机器人以及操作该步行机器人的方法，更具体地，涉及一种用于步行机器人的足部结构，其具有能够检测施加到足部结构的地面压力的传感器，以及包括该足部结构的步行机器人以及操作该步行机器人的方法。

背景技术

各种类型的机器人被用于技术领域，这些机器人的示例可以包括步行机器人。特别是，步行机器人被专门用于执行诸如服务和传送物体的功能，近年来，人们对各种类型的步行机器人进行研究。

步行机器人的结构因步行机器人的功能而异。步行机器人通常包括：主体，配置为限定步行机器人的主体；以及足部结构，联接到主体的一侧并具有向下延伸的形状。

步行机器人中设置的足部结构有时嵌入有压力传感器，用于检测足部结构与地面或其它物体之间的接触。

然而，在现有技术中，在足部结构与地面或物体接触的过程中，对足部结构和压力传感器施加冲击，从而导致足部结构和压力传感器的耐久性劣化问题。

另外，在现有技术中，当足部结构的内部压力与外部压力之间存在压力差时，即使在施加相同的外部冲击的情况下，压力传感器也检测到具有不同数值的压力变化。因此，无法确保持续的性能。

发明内容

本发明的目的是保护安装在步行机器人中的压力传感器免受外部冲击，从而提高压力传感器的耐久性。

本发明的另一个目的是：当足部结构的内部压力与外部压力之间出现压力差时，快速去除压力差，从而确保在压力变化的情况下保持恒定的性能。

为了实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用于步行机器人的足部结构，该足部结构包括：连杆，配置为限定主体；缓冲单元，联接到连杆的一个端部，并具有形成在缓冲单元中的空置空间；以及压力传感器，位于连杆中，并配置为检测缓冲单元中的空置空间中的空气的压力变化。

足部结构还可以包括：第一管，设置在连杆中，并与缓冲单元中的空置空间连通，其中，压力传感器连接到第一管的一个端部。

足部结构还可以包括：第一阀，设置连杆中；以及第二管，从第一管分支，并具有连接到第一阀的一个端部。

足部结构还可以包括：第二阀，设置在连杆中；以及第三管，从第二管分支，并且具有连接到第二阀的一个端部。

足部结构还可以包括：第一连接单元，设置在第二管从第一管分支的区域中，其中，第一连接单元设置为包围第一管的外表部分和第二管的外表部分。

足部结构还可以包括：第二连接单元，设置于第三管从第二管分支的区域中，其中，第二连接单元设置为包围第二管的外表部分和第三管的外表部分。

第一阀可以是止回阀。

第二阀可以是可打开/可关闭的双向阀。

第一管的在第一连接单元与压力传感器之间的区域内的长度可以短于第二管的在第一连接单元与第一阀之间的区域内的长度。

第二管的在第二连接单元与第一阀之间的区域内的长度可以短于第三管的在第二连接单元与第二阀之间的区域内的长度。

止回阀可以使空气从连杆的外部流入连杆，并防止空气从连杆的内部流至连杆的外部。

压力传感器可以插入并且联接到缓冲单元中。

足部结构还可以包括：第一阀，设置于连杆中；以及第一管，设置于连杆中，并且具有与缓冲单元中的空置空间连通的一个端部以及连接到第一阀的另一端部。

足部结构还可以包括：第二阀，设置于连杆中；以及第二管，从第一管分支，并且具有连接到第二阀的一个端部。

缓冲单元的外表面的至少一部分可以包括弹性材料。

缓冲单元的外表面的至少一部分可以具有槽部。

为了实现上述目的，本发明的第二方面提供了一种步行机器人，包括：躯体部；以及一个或多个足部结构，联接到躯体部的下部；其中，足部结构包括：连杆，配置为限定足部结构的主体；缓冲单元，联接到连杆的一个端部，并且具有形成在缓冲单元中并且填充有空气的空置空间；以及压力传感器，设置于连杆中，并且配置为检测缓冲单元中的空置空间中的空气的压力变化。

为了实现上述目的，本发明的第三方面提供了一种操作步行机器人的方法，该步行机器人包括：躯体部和联接到躯体部的下部的一个或多个足部结构，并且还包括：缓冲单元，设置在足部结构的一个端部并且具有形成在缓冲单元中的空置空间，该方法包括：气压调节步骤，在足部结构与地面接触的第一时间点与足部结构在第一时间点之后再次与地面接触的第二时间点之间，通过将空气引入缓冲单元中的空置空间或者从空置空间排出空气，来调节缓冲单元中的气压。

在气压调节步骤中，可以将缓冲单元中的气压调节至大气压力。

根据本发明，可以保护安装在步行机器人中的压力传感器免受外部冲击，从而提高压力传感器的耐久性。

另外，根据本发明，当足部结构的内部压力与外部压力之间出现压力差时，可以快速去除压力差，从而尽管压力变化也确保恒定的性能。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于步行机器人的足部结构的结构的剖视图。

图2是示出根据本发明的另一示例性实施方式的用于步行机器人的足部结构的结构的剖视图。

附图标记：

10：足部结构

100：连杆

200：缓冲单元

210：槽部

300：压力传感器

410：第一管

420：第二管

430：第三管

510：第一阀

520：第二阀

610：第一连接单元

620：第二连接单元

具体实施方式

以下，将参照附图描述根据本发明的用于步行机器人的足部结构、步行机器人以及操作步行机器人的方法。

用于步行机器人的足部结构

图1是示出根据本发明的示例性实施方式的用于步行机器人的足部结构的结构剖视图。根据本发明的用于步行机器人的足部结构可以安装在步行机器人中，以实现步行机器人的行走。

如图1所示，根据本发明的用于步行机器人的足部结构10(以下称为“足部结构”)可以包括：配置为限定足部结构的主体的连杆100以及联接到连杆100的一个端部的缓冲单元200。图1示出缓冲单元200插入连杆100的左端部并联接到连杆100的左端部的状态。

缓冲单元200可以是设置在足部结构10的最下侧的部件。因此，当包括足部结构10的步行机器人行走时，缓冲单元200可以重复地与地面或物体接触。即，施加到足部结构10的冲击可以从外部通过缓冲单元200传递。

因此，设置在根据本发明的足部结构10中的缓冲单元200还可以包括用于减少由于缓冲单元200与地面或物体之间的接触而施加到足部结构10的冲击的装置。

更详细地说，根据本发明，可以在缓冲单元200中形成空置空间，并且缓冲单元200的外表面的至少一部分可以包括弹性材料。因此，缓冲单元200的内部可以填充有空气，并且当缓冲单元200与地面或物体接触时，缓冲单元200的形状可以可逆地变形。因此，缓冲单元200和缓冲单元200中的空气可以用作一种缓冲材料。

接下来，参照图1，根据本发明的足部结构10还可以包括：压力传感器300，设置在连杆100中并配置为检测设置在缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力变化。

如上所述，当缓冲单元200与地面或物体接触时，缓冲单元200的形状可以变形，因此设置在缓冲单元200中的空置空间中的空气也可以压缩或膨胀。因此，当缓冲单元200与地面或物体接触时，在缓冲单元200中的空置空间中空气的压力发生变化。压力传感器300可以配置为检测压力的变化，以检测缓冲单元200是否与地面或物体接触。下文将详细地描述连杆100中的部件。

如图1所示，根据本发明的足部结构10可以包括设置在连杆100中并且与缓冲单元200中的空置空间连通的第一管410。因此，缓冲单元200中的空置空间中的空气可以根据压力的变化移动到第一管410。相反，第一管410中的空气也可以移动到缓冲单元200中的空置空间。

在这种情况下，根据本发明的示例性实施方式，压力传感器300可以连接到第一管410的一个端部。更详细地说，压力传感器300可以在连杆100的长度方向上与缓冲单元200隔开，并且第一管410可以与压力传感器300以及缓冲单元200中的空置空间连通。因此，根据本发明的示例性实施方式，压力传感器300可以通过经由第一管410引入的空气来测量缓冲单元200中的空置空间中的压力，从而不仅确定缓冲单元200是否与地面或物体接触，而且确定缓冲单元200与地面或物体接触的强度。

接下来，参照图1，根据本发明的示例性实施方式，足部结构10还可以包括设置在连杆100中的阀。阀可以配置为提供路径，通过该路径将空气供应到连杆100中或者将连杆100中的空气排出到外部。

连杆100中的空气的压力，更具体地，缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力不仅可以根据缓冲单元200是否与地面或物体接触而变化，而且还可以根据其它因素而变化。例如，当足部结构10外部的温度升高或降低时，或者当空气泄漏时，连杆100中的空气压力和缓冲单元200中的空置空间可能变化。

然而，当缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力由于其它因素变化时，不能根据缓冲单元200是否与地面或物体接触适当地测量的压力的变化。因此，需要设置用于为缓冲单元200中的压力由于其它因素而变化的情况做准备的装置。

当缓冲单元200中的空气压力由于与缓冲单元200是否与地面或物体接触无关的其它因素而变化时，设置在根据本发明的足部结构10中的阀可以是用于抵消压力变化的装置。更详细地，阀可以是将空气从外部供给到连杆100中或者将空气从连杆100排出到外部以抵消由其它因素引起的压力变化的部件。

更详细地，参照图1，根据本发明的示例性实施方式的足部结构10还可包括：设置在连杆100中的第一阀510，以及从第一管410分支并具有连接到第一阀510的一个端部的第二管420。更详细地，第二管420与第一管410连通。

同时，根据本发明的足部结构10可以包括多个不同的阀。更详细地，如图1所示，根据本发明的示例性实施方式，足部结构10还可以包括：设置在连杆100中的第二阀520，以及从第二管420分支并具有连接到第二阀520的一个端部的第三管430。

同时，根据本发明，第一阀510可以是止回阀，并且第二阀520可以是可打开/可关闭的双向阀。在这种情况下，止回阀可以是指仅允许空气沿一个方向流动的阀，并且可打开/可关闭的双向阀可以是指允许空气沿两个方向流动的阀。

更详细地，根据本发明，作为第一阀510的止回阀配置为使空气从连杆100的外部流入连杆100，并防止空气从连杆100的内部流到连杆100的外部。然而，相反，第一阀510可以配置为允许空气从连杆100的内部流到连杆100的外部，并防止空气从连杆100的外部流入连杆100。

同时，与止回阀不同，作为第二阀520的可打开/可关闭双向阀可以配置为使空气能够通过连杆100的内部与外部之间的压力差而在连杆100的外部与连杆100的内部之间沿两个方向流动。

然而，根据本发明，止回阀可以配置为使得空气能够通过阀中的流动路径从连杆100的外部流入连杆100，而无需单独操纵。相反，可打开/可关闭双向阀可以配置为仅当通过单独操纵打开流动路径时才使空气能够沿两个方向流动。即，在可打开/可关闭双向阀的情况下，当阀中的流动路径关闭时，连杆100的内部与外部之间的空气流动可以被阻断。

同时，如上所述，根据本发明的足部结构10可以包括多个管，并且其中，任何一个管从另一个管分支的区域可以形成在多个管交汇的区域内。在这种情况下，根据本发明，可以在任意何一个管与另一个管分支的区域内设置用于连接管的部件。

更详细地，如图1所示，根据本发明的示例性实施方式，足部结构10还可以包括：设置在第二管420从第一管410分支的区域内的第一连接单元610，并且第一连接单元610设置成包围第一管410的外表部分和第二管420的外表部分。另外，根据本发明的示例性实施方式，足部结构10还可以包括：设置在第三管430从第二管420分支的区域内的第二连接单元620，并且第二连接单元620设置成包围第二管420的外表部分和第三管430的外表部分。第一连接单元610和第二连接单元620可以用于连接管以引导空气的流动，并且还可以用于保护管。例如，第一连接单元610和第二连接单元620可以由与管子410、420和430相同的材料制成。然而，相反地，第一连接单元610和第二连接单元620可以由与管410、420和430不同的材料制成。

接下来，参照图1，根据本发明的示例性实施方式，第一管410的在第一连接单元610与压力传感器300之间的区域内的长度可以短于第二管420的在第一连接单元610与第一阀510之间的区域内的长度。在这种情况下，压力传感器300可以更快地检测缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力变化。

另外，根据本发明的示例性实施方式，第二管420的在第二连接单元620与第一阀510之间的区域内的长度可以短于第三管430的在第二连接单元620与第二阀520之间的区域内的长度。因此，当缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力由于除缓冲单元200与地面或物体之间的接触之外的因素而变化时，第一阀510可以比第二阀520更快地应对压力的变化。

图2是示出根据本发明的另一示例性实施方式的用于步行机器人的足部结构的结构剖视图。

参照图2，与本发明的上述示例性实施方式不同，根据本发明的另一示例性实施方式的足部结构10配置为使得压力传感器300可以插入并且直接联接到缓冲单元200中。在这种情况下，当缓冲单元200中的空置空间中的压力变化时，压力传感器300可以更快地检测压力变化。

另外，足部结构10可以包括：设置在连杆100中的第一阀510；以及第一管410，设置在连杆100中并具有与缓冲单元200中的空置空间连通的一个端部和连接到第一阀510的另一端部。因此，与本发明的上述示例性实施方式不同，根据本发明的另一示例性实施方式的第一管410可以连接到第一阀510而不连接到压力传感器300。

另外，根据本发明的另一示例性实施方式，足部结构10还可以包括：设置在连杆100中的第二阀520，以及从第一管410分支并具有连接到第二阀520的一个端部的第二管420。在这种情况下，设置为包围第一管410的外表部分和第二管420的外表部分的第一连接单元610可以设置在第二管420从第一管410分支的区域中。

同时，与根据本发明的上述示例性实施方式类似，第一阀510可以是止回阀，第二阀520可以是可打开/可关闭的双向阀。

在这种情况下，如图2所示，根据本发明的另一示例性实施方式，用于连接缓冲单元200与第一阀510的第一管410的整个区域可以具有直线结构。在这种情况下，可以使第一管410的长度最小化，并且第一管410没有弯曲区域，使得当缓冲单元200中的空置空间中的压力变化时，第一阀410的响应速度可以提高。另外，在第一管410的整个区域具有直线结构的情况下，第一管410可以由硬质材料而不是柔性材料制成，使得在第一管410的耐久性方面也具有优势。

同时，参照图1和图2，设置在根据本发明的足部结构10中的缓冲单元200的外表面的至少一部分可以具有槽部210，槽部210具有凹入形状。槽部210不仅可以用于增加缓冲单元200的表面上的摩擦力以防止缓冲单元200从地面滑动，还可以用于使缓冲单元200能够平滑地插入到连杆100中。然而，不同于图1和图2所示的配置，缓冲单元200的外表面的至少一部分可以具有具有突出形状的突起。例如，可以设置多个突起。例如，多个突起可以具有不同尺寸的同心圆结构。

步行机器人

根据本发明的步行机器人可以包括：配置为限定步行机器人的主体的躯体部(未示出)；以及连接到躯体部的下部并向下延伸的一个或多个足部结构10。在这种情况下，足部结构10可以包括：配置为限定足部结构10的主体的连杆100；缓冲单元200，连接到连杆100的一个端部，并具有形成在缓冲单元200中并且填充有空气的空置空间；以及压力传感器300，设置在连杆100中并配置为检测缓冲单元200中的空置空间中的空气的压力变化。

步行机器人的操作方法

根据本发明的操作步行机器人的方法可以是操作以下步行机器人的方法，该步行机器人包括：配置为限定步行机器人的主体的躯体部；联接到躯体部的下部并向下延伸的一个或多个足部结构10；以及缓冲单元200，设置在足部结构10的一个端部并具有形成于缓冲单元200中的空置空间。

在这种情况下，根据本发明的操作步行机器人的方法可以包括：气压调节步骤，在足部结构10与地面接触的第一时间点与足部结构10在第一时间点之后再次与地面接触的第二时间点之间，通过将空气引入缓冲单元200中的空置空间或者从空置空间排出空气，来调节缓冲单元200中的气压。在这种情况下，在气压调节步骤中，可以将缓冲单元200中的气压调节至大气压。更详细地，可以通过打开作为可打开/可关闭的双向阀的第二阀520的流动路径，来执行气压调节步骤。第二阀520的流动路径可自动打开或手动打开。

已经参照有限的示例性实施方式和附图描述了本发明，但是本发明不限于此。本发明所属领域的技术人员在本发明的技术精神和与所附权利要求等同的范围内可以以各种方式执行所描述的示例性实施方式。

Claims (19)

1.一种用于步行机器人的足部结构，所述足部结构包括：

限定主体的连杆；

缓冲单元，联接到所述连杆的一个端部，并具有形成在内部的空置空间；以及

位于所述连杆中的压力传感器，所述压力传感器配置为检测所述缓冲单元中的空置空间中的空气的压力变化。

2.根据权利要求1所述的足部结构，还包括：

第一管，位于所述连杆中并与所述缓冲单元中的空置空间连通，其中，所述压力传感器连接到所述第一管的一个端部。

3.根据权利要求2所述的足部结构，还包括：

位于所述连杆中的第一阀；以及

从所述第一管分支的第二管，所述第二管具有连接到所述第一阀的一个端部。

4.根据权利要求3所述的足部结构，还包括：

位于所述连杆中的第二阀；以及

从所述第二管分支的第三管，所述第三管具有连接到所述第二阀的一个端部。

5.根据权利要求3所述的足部结构，还包括：

第一连接单元，位于所述第二管从所述第一管分支的区域中，其中，所述第一连接单元被定位成包围所述第一管的外表部分和所述第二管的外表部分。

6.根据权利要求4所述的足部结构，还包括:

第二连接单元，位于所述第三管从所述第二管分支的区域中，其中，所述第二连接单元被定位成包围所述第二管的外表部分和所述第三管的外表部分。

7.根据权利要求3所述的足部结构，其中，所述第一阀是止回阀。

8.根据权利要求4所述的足部结构，其中，所述第二阀是双向阀。

9.根据权利要求5所述的足部结构，其中，所述第一管的在所述第一连接单元与所述压力传感器之间的区域内的长度短于所述第二管的在所述第一连接单元与所述第一阀之间的区域内的长度。

10.根据权利要求6所述的足部结构，其中，所述第二管的在所述第二连接单元与所述第一阀之间的区域内的长度短于所述第三管的在所述第二连接单元与所述第二阀之间的区域内的长度。

11.根据权利要求7所述的足部结构，其中，所述止回阀允许空气从所述连杆的外部流入所述连杆内，并防止空气从所述连杆的内部流至所述连杆的外部。

12.根据权利要求1所述的足部结构，其中，所述压力传感器被插入并联接到所述缓冲单元中。

13.根据权利要求12所述的足部结构，还包括:

位于所述连杆中的第一阀；以及

位于所述连杆中的第一管，所述第一管具有与所述缓冲单元中的所述空置空间连通的一个端部和连接到所述第一阀的另一端部。

14.根据权利要求13所述的足部结构，还包括:

位于所述连杆中的第二阀；以及

从所述第一管分支的第二管，所述第二管具有连接到所述第二阀的一个端部。

15.根据权利要求1所述的足部结构，其中，所述缓冲单元的外表面的至少一部分包括弹性材料。

16.根据权利要求1所述的足部结构，其中，所述缓冲单元的外表面的至少一部分具有槽部。

17.一种步行机器人，包括：

躯体部；以及

联接到所述躯体部的下部的一个或多个足部结构躯体部；

其中，所述足部结构包括：

限定所述足部结构的主体的连杆；

缓冲单元，联接到所述连杆的一个端部，并具有形成在所述缓冲单元中且填充有空气的空置空间；以及

位于所述连杆中的压力传感器，所述压力传感器配置为检测所述缓冲单元中的空置空间中的空气的压力变化。

18.一种操作步行机器人的方法，所述步行机器人包括：躯体部和联接到所述躯体部的下部的一个或多个足部结构，还包括：缓冲单元，设置在所述足部结构的一个端部并具有形成在内部的空置空间，所述方法包括以下步骤：

在第一时间点与第二时间点之间，通过将空气引入所述缓冲单元中的空置空间或者从所述空置空间排出空气，来调节所述缓冲单元中的气压，其中所述第一时间点是所述足部结构与地面接触的时间点，所述第二时间点是所述足部结构在所述第一时间点之后再次与地面接触的时间点。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述缓冲单元中的气压被调节至大气压力。

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