CN109515548B - 一种机器人腿部结构及机器人装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机器人技术领域，旨在提供一种机器人腿部结构及机器人装置，该机器人腿部结构包括脚踝支架、小腿骨架以及连接于脚踝支架和小腿骨架之间的第一舵机组件，其中，第一机壳上对应小腿骨架的其中一端设置有第一安装凸台，第一安装凸台具有第一缺口，第一机壳上于远离输出轴的一侧设置第二安装凸台，第二安装凸台具有第二缺口，第一缺口朝向所述第二安装凸台设置，所述第二缺口朝向所述第一安装凸台设置。本发明通过在第一机壳上设置朝向彼此的第一缺口和第二缺口，使得线材在该机器人腿部结构上从第一舵机向上走线时，不会因第一舵机的转动而过度扭曲，避免了线材的损坏，进而保证了电源、信号的正常传递，保证机器人装置的正常工作。

Description

一种机器人腿部结构及机器人装置

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地说，是涉及一种机器人腿部结构及机器人装置。

背景技术

人形机器人具有与人类相似的肢体结构，包括头部、躯干、双臂和双腿等，且其双臂、双腿等各处还设置灵活的关节以实现其多个动作的完成。

现有的人形机器人，其腿部上的脚板与踝关节处能够实现若干个维度上的摆动，具有较高的灵活性。同时，若干个维度上的摆动需要复杂的轴承、转轴、驱动组件的配合，用于将脚板内的电路板与舵机连接的线材需要经过该踝关节、膝关节等处，这样，线材需要绕过舵机向上走线，造成了线材随着若干个维度上的摆动发生扭曲，长时间以及大程度的扭曲容易造成线材损坏，进而造成电源、信号等的传输失败，使人形机器人不能正常工作。

因此，有必要对机器人腿部的结构，尤其是用于线材走线的结构进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机器人腿部结构，用以解决现有技术中存在的走线容易扭曲过度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种机器人腿部结构，包括：

第一舵机组件，包括第一机壳以及设于所述第一机壳内的第一舵机，所述第一舵机具有输出轴；

脚踝支架，连接于所述第一机壳，并与所述第一舵机的输出轴连接，在所述第一舵机的带动下实现在第一平面内的摆动；

小腿骨架，所述小腿骨架的两端转动连接于所述第一机壳；

其中，所述第一机壳上对应所述小腿骨架的其中一端设置有第一安装凸台，所述第一安装凸台具有第一缺口，所述第一机壳上于远离所述输出轴的一侧设置第二安装凸台，所述第二安装凸台具有第二缺口，所述第一缺口朝向所述第二安装凸台设置，所述第二缺口朝向所述第一安装凸台设置；所述第一缺口、第二缺口以及所述第一缺口和第二缺口之间用于走线。

在一实施例中，所述第一机壳上还设置有由所述第一缺口朝所述第二安装凸台方向延伸的安装槽。

在一实施例中，所述第二安装凸台包括靠近所述第一安装凸台设置的底板以及凸出于所述底板设置的凸部，所述凸部呈筒形设置，所述第二缺口设于所述凸部的侧面上并延伸至所述凸部远离所述底板的端面上。

在一实施例中，所述安装槽延伸至所述底板，所述第二缺口的底部高于所述底板。

在一实施例中，所述脚踝支架包括呈“U”型的支架本体，所述支架本体的两端转动地安装于所述第一机壳的两端，所述输出轴连接于所述支架本体的其中一端。

在一实施例中，所述支架本体与所述第二安装凸台连接的一端设有供线材穿出的伸出孔，以及位于所述支架本体的外表面并沿着所述伸出孔朝向所述支架本体的底端方向延伸的导向槽。

在一实施例中，所述脚踝支架还包括侧端盖，所述侧端盖的形状设置为将所述伸出孔以及所述导向槽覆盖。

在一实施例中，所述小腿骨架包括呈“U”型的安装架以及位于所述安装架上方的舵机架，所述安装架的两端转动安装于所述第一机壳的外周两侧，所述舵机架用于安装第二舵机，所述第二舵机用于带动所述第一舵机组件和脚踝支架在第二平面内摆动。

在一实施例中，所述小腿骨架还包括连杆机构，所述连杆机构的一端连接至所述第二舵机的输出轴，所述连杆机构的另一端连接至所述第一机壳。

本发明的另一目的还在于提供一种机器人装置，该机器人装置包括腿部、躯干、两臂和头部，所述腿部包括上述的机器人腿部结构，以及连接于所述脚踝支架的脚板组件。

本发明提供的机器人腿部结构，包括脚踝支架、小腿骨架以及连接于脚踝支架和小腿骨架之间的第一舵机组件，其中，第一机壳上对应小腿骨架的其中一端设置有第一安装凸台，第一安装凸台具有第一缺口，第一机壳上于远离第一舵机的输出轴的一侧设置第二安装凸台，第二安装凸台具有第二缺口，第一缺口和第二缺口以朝向彼此的形式设置，使得线材在该机器人腿部结构上从第一舵机向上走线时，不会因第一舵机的转动而过度扭曲，避免了线材的损坏，进而保证了电源、信号的正常传递，保证机器人装置的正常工作；该走线方案安全可靠，在保证机器人装置腿部关节运动灵活的前提下，最大限度地将导线置于机器人装置内，有效减少机器人装置所占的空间，在不增加本体体积与重量的前提下解决导线的缠绕问题，提高导线使用寿命与机器人装置运动的安全性，增加机器人装置外形的美观度。

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腿部结构的正视图；

图2是本发明实施例中机器人腿部结构的侧视图；

图3是本发明实施例中机器人腿部结构的倾斜角度视图；

图4是本发明实施例中机器人腿部结构的部分分解图；

图5是本发明实施例中机器人腿部结构的进一步分解图；

图6是本发明实施例中机器人腿部结构的第一舵机与轴承的结构图；

图7是本发明实施例中机器人腿部结构的第一舵机与轴承的另一角度的结构图；

图8是本发明实施例中机器人腿部结构的脚踝支架的结构示意图；

图9是图2中沿A-A线的剖视图。

其中，附图中的标号如下：

腿部200，机器人腿部结构100；

第一舵机组件1，壳体10，前壳101，后壳102，第一机壳11，第一舵机12，输出轴121，第一安装凸台111，第一缺口112，安装槽113，第二安装凸台114，第二缺口115，底板1141，凸部1142，卡合台1143，背侧凸台116；

脚踝支架2，支架本体20，伸出孔201，导向槽202，侧端盖21；

小腿骨架3，安装架31，舵机架32，舵机安装部321，连接部322，连杆机构33，传动件331，连接杆332；

第二舵机组件4，轴承组件5，安装件6，线材7；

脚板组件300，踩踏板301，面板302，安装板303，电路板304。

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9对本发明提供的一种机器人腿部结构100的实现进行详细地描述。当然，附图中所示均基于机器人装置的腿部进行描述，以结合该腿部结构100与与其连接的部件如脚板组件300等之间的关系进一步明确该机器人腿部结构100的特征。

如图1至3所示，本发明首先提供一种机器人腿部结构100，其下端用于与脚板组件300连接，其上端用于与机器人装置的躯干连接，以此应用于一个完整的机器人装置中。如图4和5所示，机器人腿部结构100包括第一舵机组件1、脚踝支架2、小腿骨架3，第一舵机组件1连接于脚踝支架2上，用于带动脚踝支架2的转动。

具体地，结合图5，第一舵机组件1包括第一机壳11以及设于第一机壳11内的第一舵机12，第一舵机12具有输出轴121，能够产生转动，输出轴121部分伸出于第一机壳11，作为输出端，另一侧为固定端；脚踝支架2连接于第一机壳11的两侧，且与伸出于第一机壳11的输出轴121相连接，在第一舵机12的带动下，脚踝支架2实现在一个平面内的摆动，从而能够实现脚板组件300在一个平面的摆动；小腿骨架3连接于第一机壳11，其用于将来自膝盖舵机(后文的第二舵机)的转动传递至第一舵机组件1和脚板组件300，实现另一个平面上的摆动，从而脚板组件300具有至少两个不同维度上的活动自由度，灵活性高。

在本实施例中，结合图6，第一机壳11上对应小腿骨架3的其中一端设置第一安装凸台111，该第一安装凸台111具有朝着远离输出轴121的方向开设的第一缺口112。即，第一安装凸台111呈“C”型且朝着远离输出轴121的方向，第一安装凸台111用于实现第一机壳11与小腿骨架3的转动安装，第一机壳11上于远离输出轴121的一侧设置第二安装凸台114，该第二安装凸台114具有第二缺口115。第一缺口112朝向第二安装凸台114设置，第二缺口115朝向第一安装凸台111设置，第一缺口、第二缺口以及第一缺口和第二缺口之间均用于走线。如图6所示，多条线材7(本实施例附图中仅示出一根)从第一安装凸台111内经第一缺口112改变一次方向，然后再经一次改变方向到达第一机壳11的侧端面并顺利进入第二缺口115，再经第二安装凸台114延伸出，从输出轴121的轴向上看，线材7沿着其轴向延伸而出，在第一舵机12的输出轴121转动时，线材7不受影响，同时，线材7还从第一安装凸台111的中心穿出，在小腿骨架3由第一安装凸台111处带动第一机壳11转动时，线材7随着转动，但不会受到过大的扭曲，避免了线材7的损坏以及电源、信号的影响。

本发明提供的机器人腿部结构100，通过在第一舵机组件1的第一机壳11上对应小腿骨架3设置具有第一缺口112的第一安装凸台111，以及在第一舵机12上远离输出轴121的一侧设置具有第二缺口115的第二安装凸台114，第一缺口112和第二缺口115以朝向彼此的形式设置，使得线材7在该机器人腿部结构100上从第一舵机12向上走线时，不会因第一舵机12的转动而过度扭曲，避免了线材7的损坏，进而保证了电源、信号的正常传递，保证机器人装置的正常工作；该走线方案安全可靠，在保证机器人装置腿部关节运动灵活的前提下，最大限度地将导线置于机器人装置内，有效减少机器人装置所占的空间，在不增加本体体积与重量的前提下解决导线的缠绕问题，提高导线使用寿命与机器人装置运动的安全性，增加机器人装置外形的美观度。

请参阅图6，第二安装凸台114包括连接于第一机壳11的一端的底板1141以及从底板1141上凸出的凸部1142，凸部1142呈筒形设置，第二缺口115形成于凸部1142的侧面，第二缺口115延伸至凸部1142远离底板1141的端面上。第二安装凸台114可以与第一机壳11的其他结构呈分体设置，便于第一舵机12的组装。

第二安装凸台114还包括形成于底板1141上并位于凸部1142的两侧的卡合台1143。

如图6所示，第一机壳11上还设置有由第一缺口112朝向第二安装凸台114方向延伸的安装槽113，以进一步将线材7隐藏，避免线材7凸出于第一机壳11的表面而受到其他影响。安装槽113可延伸至底板1141上，但第二缺口115不延伸至底板1141上，即第二缺口115的底部高于底板1141，这样安装槽113的侧端与第二缺口115的底部的连线不垂直于第一机壳11的轴向，使线材7在由安装槽113拐向第二安装凸台114时，非垂直变向而是倾斜的变向，可以降低线材7的弯曲程度。

请参阅图4、图5和图9，第一舵机组件1还包括壳体10，壳体10包括相对安装并形成一容置空间的前壳101和后壳102，后壳102固定安装于第一机壳11上远离输出轴121的一侧，具体地，是后壳102的中心设有安装孔，安装孔卡合在凸部1142和卡合台1143上，实现相对固定连接，前壳101固定安装于第一机壳11上靠近输出轴121的一侧，从而，壳体10固定于第一机壳11上，壳体10与第一机壳11、第一舵机12等同步发生移动或转动。

请参阅图4和图5，脚踝支架2包括支架本体20，支架本体20呈“U”型，其两端安装于壳体10的外侧，并且沿着第一舵机12的输出轴121的轴向转动地安装于第一机壳11的两端，输出轴121连接于该支架本体20的一端，在第一输出轴121的带动下，支架本体20能够在垂直于输出轴121的轴向的平面内转动，即在图1所示的平面内进行左右摆动，此为脚板组件300的侧向摆动。

如图4和图5所示，小腿骨架3包括呈“U”型的安装架31以及位于安装架31上方的舵机架32，“U”型的安装架31的两端转动地安装于第一机壳11的外周两侧，即“U”型的安装架31的两端分别位于第一舵机12的输出轴121的轴向的两侧，第一机壳11能够相对于安装架31发生转动，舵机架32用于安装第二舵机组件4，第二舵机组件4包括具有输出轴(未图示)的第二舵机，用于带动第一舵机组件1和支架本体20在另一个平面内的摆动。

具体地，安装架31的至少一侧设有连杆机构33，该连杆机构33为四杆连杆机构，其中一传动件331连接于第二舵机组件4的输出轴，相对的另一传动件331连接在第一机壳11上，另外两连接杆332相对设置，将两传动件331连接起来，当一传动件331转动时带动另一传动件331转动，从而第二舵机的输出轴121的转动能够传递至第一机壳11，实现第一机壳11连同其内的第一舵机12以及安装于其上的壳体10的转动，该转动与支架本体20的转动优选为垂直，即图2所示的平面内的左右摆动，脚板组件300表现为前后摆动。

结合图5至图7所示，安装架31的一侧通过一轴承组件5与第一安装凸台111实现转动连接。如图7所示，安装架31的另一侧也通过一轴承组件5与第一机壳11上的背侧凸台116实现转动连接。

如图4和图5所示，舵机架32包括与安装架31连接的舵机安装部321和设于舵机安装部321上端的连接部322，第二舵机组件4安装于舵机安装部321内，连接部322用于与躯干转动连接。连接部322可以是呈任何可实现形式，不限于图4所示，不再赘述。

如图4所示，支架本体20的一端通过一轴承组件5连接至输出轴121，另一端也可通过一轴承组件5与第一机壳11转动连接。具体地，支架本体20与第二安装凸台114连接的一端设置有伸出孔201，轴承组件5上对应该伸出孔201设有穿过孔，伸出孔201和穿过孔均对应筒形的凸部1142设置，从而线材7能够进一步由凸部1142伸出于支架本体20之外。

进一步地，如图8所示，支架本体20的外侧面上还形成有从伸出孔201开始至支架本体20的下端延伸的导向槽202，在图1至图3中，导向槽202为朝向脚板组件300延伸。支架本体20的下端安装于脚板组件300的内部，从而导向槽202可以延伸至脚板组件300的内部，线材7经该导向槽202可以到达脚板组件300内部。

在此需要说明的是，机器人腿部结构100的电路板304是设置于脚板组件300内部的。如图5所示，脚板组件300包括踩踏板301、安装于踩踏板301上的安装板303以及与安装板303板相对安装的面板302。支架本体20的下端通过安装件6安装并固定于安装板303上，从而支架本体20的下端会伸入至脚板组件300内部。电路板304安装于安装板303上。由此，线材7进入了脚板组件300内部并连接至电路板304上，外观上，在脚板组件300和支架本体20处，导向槽202和线材7不会有任何外露，美观性强。

脚踝支架2还包括两个侧端盖21，分别安装于支架本体20的两端，以将第一机壳11及其轴承组件5覆盖。在本实施例中，其中一侧端盖21呈圆形设计，另一侧端盖21的形状设置为将伸出孔201以及导向槽202覆盖，有利于外观的美化。当然，侧端盖21的形状不限于此，可以是任何形状，根据支架本体20与第一机壳11的实际连接结构设置。

在上述所说的机器人腿部结构100的基础上，本发明还提供一种机器人装置，该机器人装置包括腿部200、躯干、两壁和头部，其中腿部200包括上述各实施例记载的机器人腿部结构100，以及连接于脚踝支架2的脚板组件300，小腿骨架3上端的连接部322与躯干转动连接。机器人腿部结构100与脚板组件300各自的特征及其连接关系参见上述实施例所描述，不再赘述。

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。

Claims (10)

1.一种机器人腿部结构，其特征在于，包括：

第一舵机组件，包括第一机壳以及设于所述第一机壳内的第一舵机，所述第一舵机具有输出轴；

脚踝支架，连接于所述第一机壳，并与所述第一舵机的输出轴连接，在所述第一舵机的带动下实现在第一平面内的摆动；

小腿骨架，所述小腿骨架的两端转动连接于所述第一机壳；

其中，所述第一机壳上对应所述小腿骨架的其中一端设置有第一安装凸台，所述第一安装凸台具有第一缺口，所述第一机壳上于远离所述输出轴的一侧设置第二安装凸台，所述第二安装凸台具有第二缺口，所述第一缺口朝向所述第二安装凸台设置，所述第二缺口朝向所述第一安装凸台设置；所述第一缺口、第二缺口以及所述第一机壳的外表面上于所述第一缺口和第二缺口之间的部分用于走线。

2.根据权利要求1所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述第一机壳上还设置有由所述第一缺口朝所述第二安装凸台方向延伸的安装槽。

3.根据权利要求2所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述第二安装凸台包括靠近所述第一安装凸台设置的底板以及凸出于所述底板设置的凸部，所述凸部呈筒形设置，所述第二缺口设于所述凸部的侧面上并延伸至所述凸部远离所述底板的端面上。

4.根据权利要求3所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述安装槽延伸至所述底板，所述第二缺口的底部高于所述底板。

5.根据权利要求1所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述脚踝支架包括呈“U”型的支架本体，所述支架本体的两端转动地安装于所述第一机壳的两端，所述输出轴连接于所述支架本体的其中一端。

6.根据权利要求5所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述支架本体与所述第二安装凸台连接的一端设有供线材穿出的伸出孔，以及位于所述支架本体的外表面并沿着所述伸出孔朝向所述支架本体的底端方向延伸的导向槽。

7.根据权利要求6所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述脚踝支架还包括至少一侧端盖，其中一所述侧端盖的形状设置为将所述伸出孔以及所述导向槽覆盖。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述小腿骨架包括呈“U”型的安装架以及位于所述安装架上方的舵机架，所述安装架的两端转动安装于所述第一机壳的外周两侧，所述舵机架用于安装第二舵机，所述第二舵机用于带动所述第一舵机组件和脚踝支架在第二平面内摆动。

9.根据权利要求8所述的机器人腿部结构，其特征在于，所述小腿骨架还包括连杆机构，所述连杆机构的一端连接至所述第二舵机的输出轴，所述连杆机构的另一端连接至所述第一机壳。

10.一种机器人装置，其特征在于，包括腿部、躯干、两臂和头部，所述腿部包括权利要求1至9中任一项所述的机器人腿部结构，以及连接于所述脚踝支架的脚板组件。

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