CN121468495A - 关节转向装置和仿人形机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种关节转向装置和仿人形机器人，该装置包括：第一动力模组，安设在第一关节部上，并设置有第一动力输出轴；减速齿轮箱，安设在第一关节部上，减速齿轮箱设置有齿轮传动模组以及延伸方向与第一动力输出轴的延伸方向垂直的第二动力输出轴，齿轮传动模组分别连接第一动力输出轴和第二动力输出轴，并设置为通过减速转向的传动方式将第一动力输出轴的转动运动转换为第二动力输出轴的转动运动；传动连接件，分别连接第二动力输出轴与第二关节部，并设置为在第二动力输出轴的转动运动下，带动第二关节部相对第一关节部进行屈伸运动。本技术方案，其可在有限空间内实现高扭矩、高效率转向传动的关节运动。

Description

关节转向装置和仿人形机器人

技术领域

本申请涉及机械手技术领域，尤其涉及一种关节转向装置和仿人形机器人。

背景技术

在现有仿人形机器人的设计中，诸如手肘关节等关节部位通常采用单个电机直接驱动方式或传统电机叠加驱动方式实现关节运动。然而，在实际应用过程中发现，这些实现方式会存在以下主要问题：1、扭矩输出不足：在小型化设计中，单个电机直接驱动方式难以提供足够的扭矩，导致机器人的关节部位（如手肘关节）负载能力低，无法模拟人体关节屈伸的力度和稳定性。例如，在服装拍摄应用中，机器人需要保持特定姿势或进行平滑动作，而单个电机直接驱动方式无法满足该需求。2、空间占用大：传统电机叠加驱动方式需通过多个电机进行串联或并联的方式来增加扭矩，这虽然能满足上述扭矩的相关需求，但多个电机堆叠的方式会明显增加外部尺寸，导致关节结构体积庞大，难以集成到机器人关节部位的有限空间内（尤其是仿人形机器人要求肢体比例与人体相似，空间约束更为严格），进而影响了机器人的整体外观和运动灵活性。因而，现有仿人形机器人实现关节运动的解决方案，缺乏一种在有限空间内实现高扭矩、高效率转向传动的集成化方案。

发明内容

本申请的目的在于提供一种关节转向装置和仿人形机器人，旨在改善现有仿人形机器人实现关节运动的解决方案，缺乏一种在有限空间内实现高扭矩、高效率转向传动的集成化方案的问题。

为达此目的，本申请实施例提供一种关节转向装置，用于实现第一关节部与第二关节部之间的活动连接，所述关节转向装置包括第一动力模组、减速齿轮箱和传动连接件，其中，

所述第一动力模组，安设在所述第一关节部上，所述第一动力模组设置有沿所述第一关节部的延伸方向延伸的第一动力输出轴，所述第一动力输出轴设置为在所述第一动力模组的驱动下进行转动运动；

所述减速齿轮箱，安设在所述第一关节部上，所述减速齿轮箱设置有齿轮传动模组和第二动力输出轴，所述第二动力输出轴的延伸方向垂直于所述第一动力输出轴的延伸方向，所述齿轮传动模组分别连接所述第一动力输出轴和所述第二动力输出轴，并设置为通过减速转向的传动方式将所述第一动力输出轴的转动运动转换为所述第二动力输出轴的转动运动；

所述传动连接件，一端连接所述第二动力输出轴，另一端连接所述第二关节部，所述传动连接件设置为在所述第二动力输出轴的转动运动下，带动所述第二关节部相对所述第一关节部进行屈伸运动。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述第一动力模组包括第一驱动电机，所述第一动力输出轴为所述第一驱动电机的电机轴。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述齿轮传动模组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮安设在所述第一动力输出轴上，所述第二锥齿轮安设在所述第二动力输出轴上；所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合连接，且所述第二锥齿轮的传动齿数多于所述第一锥齿轮的传动齿数。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述第一锥齿轮的周侧设置有第一圆锥面，所述第一圆锥面的轴线与所述第一动力输出轴的轴线重合，且所述第一圆锥面上设置有所述第一锥齿轮的传动齿；

所述第二锥齿轮的周侧设置有第二圆锥面，所述第二圆锥面的轴线与所述第二动力输出轴的轴线重合，且所述第二圆锥面上设置有所述第二锥齿轮的传动齿；所述第二圆锥面上的传动齿与所述第一圆锥面上的传动齿进行相互啮合连接。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述第二锥齿轮的周侧设置有两所述第二圆锥面，两所述第二圆锥面相对设置在所述第一圆锥面的两侧，且每一所述第二圆锥面上的传动齿均与所述第一圆锥面上的传动齿进行相互啮合连接。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述减速齿轮箱还包括齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁的所在平面垂直于所述第二侧壁的所在平面；

所述第一动力输出轴穿设所述第一侧壁，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与所述第一侧壁进行转动连接，以及与密封于所述齿轮箱壳体中的所述第一锥齿轮进行紧固连接；

所述第二动力输出轴穿设所述第二侧壁，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与所述第二侧壁进行转动连接，以及与密封于所述齿轮箱壳体中的所述第二锥齿轮进行紧固连接。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述齿轮箱壳体于所述第一动力输出轴与所述第一侧壁之间的转动连接处设置有第一注油孔；和/或，

所述齿轮箱壳体于所述第二动力输出轴与所述第二侧壁之间的转动连接处设置有第二注油孔。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述关节转向装置还包括第二动力模组，所述第二动力模组安设在所述第二关节部上，且所述第二动力模组设置有沿所述第二关节部的延伸方向延伸的第三动力输出轴，所述第三动力输出轴与所述传动连接件的另一端转动连接，且所述第三动力输出轴设置为在所述第二动力模组的驱动下相对所述传动连接件的另一端进行转动运动。

可选地，在本申请的一些实施例中，所述第二动力模组包括第二驱动电机，所述第三动力输出轴为所述第二驱动电机的电机轴；和/或，

所述传动连接件包括相接设置的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的延伸方向与所述第二连接部的延伸方向相互垂直设置，所述第一连接部与所述第二动力输出轴进行紧固连接，所述第二连接部与所述第三动力输出轴进行转动连接。

此外，为达此目的，本申请实施例还提供一种仿人形机器人，所述仿人形机器人设置有多个关节部位，至少一个所述关节部位上安设有上述任一项的关节转向装置。

本申请提供的关节转向装置和仿人形机器人，通过上述结构设置，其关节转向装置，通过将第一动力模组和减速齿轮箱这两个主体结构集成于对应关节部位的第一关节部的空间内，并利用减速齿轮箱的齿轮传动模组的减速转向传动实现传动方向的改变，来最大限度地利用第一关节部的结构空间，使得第一关节部的外部无需附加笨重的驱动部件的同时，第二关节部可以设计得非常纤细，以使对应的关节部位整体轮廓高度拟人。此外，还利用减速齿轮箱的齿轮传动模组的减速转向传动，来通过减速增矩原理将第一动力模组的输出扭矩放大，使得本关节转向装置只需选用体积小、重量轻的第一动力模组，即可满足关节部位的弯曲和负载所需的大力矩要求，即从根本上解决了“小空间”与“大扭矩”之间的矛盾，确保仿人形机器人对应的关节部位在负载情况下稳定运动，满足仿人形在服装拍摄等应用中对姿势保持和动作力度的要求。可见，本技术方案，其可有效改善现有仿人形机器人实现关节运动的解决方案，缺乏一种在有限空间内实现高扭矩、高效率转向传动的集成化方案的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本申请可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本申请所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本申请所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本申请实施例关节转向装置的结构示意图；

图2为图1所示的关节转向装置的转动方向示意图；

图3为图1所示的关节转向装置的减速齿轮箱的拆分结构示意图。

图示说明：1、关节转向装置；10、第一动力模组；11、第一动力输出轴；20、减速齿轮箱；21、齿轮传动模组；211、第一锥齿轮；2111、第一圆锥面；212、第二锥齿轮；2121、第二圆锥面；22、第二动力输出轴；23、齿轮箱壳体；231、第一侧壁；232、第二侧壁；233、第三侧壁；30、传动连接件；31、第一连接部；32、第二连接部；40、第二动力模组；41、第三动力输出轴；50、第一支架；60、第二支架；70、第三支架。

具体实施方式

为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中设置的组件。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。

请参阅图1至图3所示，在一个实施例中，本申请实施例提供了一种关节转向装置1，该关节转向装置1包括第一动力模组10、减速齿轮箱20和传动连接件30。其中，第一动力模组10安设在关节部位的第一关节部上，第一动力模组10设置有沿第一关节部的延伸方向（即图1中箭头X所示的方向）延伸的第一动力输出轴11，第一动力输出轴11设置为在第一动力模组10的驱动下进行转动运动。减速齿轮箱20安设在第一关节部上，减速齿轮箱20设置有齿轮传动模组21和第二动力输出轴22，第二动力输出轴22的延伸方向（即图1中箭头Y所示的方向）垂直于第一动力输出轴11的延伸方向，齿轮传动模组21分别连接第一动力输出轴11和第二动力输出轴22，并设置为通过减速转向的传动方式将第一动力输出轴11的转动运动转换为第二动力输出轴22的转动运动。传动连接件30的一端连接第二动力输出轴22，传动连接件30的另一端连接关节部位的第二关节部，传动连接件30设置为在第二动力输出轴22的转动运动下，带动第二关节部相对第一关节部进行屈伸运动。

需要说明的是，本申请实施例的关节转向装置1主要应用于仿人形机器人中，以安设在仿人形机器人上诸如手肘关节、膝关节、肩关节等关节部位上，以实现这些关节部位的第一关节部与第二关节部之间的活动连接。上述提到的第一动力输出轴11沿第一关节部的延伸方向延伸的具体指的是以该第一关节部一般为圆柱体结构或棱柱体结构为例，第一动力输出轴11沿该圆柱体结构或棱柱体结构的轴向（即图1中箭头X所示的方向）延伸。上述提到的齿轮传动模组21具体可包括至少两个具有不同传动齿数的齿轮，以通过至少两个齿轮之间的啮合连接来实现相应的减速转向传动，进而实现将第一动力输出轴11的转动运动转换为第二动力输出轴22的转动运动。

以本关节转向装置1具体安装在手肘关节为例，上述提到的第一关节部具体可为手肘关节的大臂，上述可为第二关节部具体可为手肘关节的小臂。此时，上述提到的第二动力输出轴22作为手肘关节的关节轴，横向贯穿手肘关节的大臂的末端壳体，并直接连接手肘关节的小臂，成为驱动小臂屈伸运动的枢轴。如此，便可实现将驱动功能部件（即第一动力模组10和减速齿轮箱20）从传统的小臂或关节铰接点转移至大臂的内部的结构布局，该结构布局极大释放了小臂的设计空间，使其能够做得更纤细、更拟人。同时，通过将驱动功能部件（即第一动力模组10和减速齿轮箱20）隐藏于大臂的内部，且关节运动由旋转运动的第二动力输出轴22直接驱动，不仅使机器人的手肘在外观和运动姿态上都更接近真人，这对于本申请所针对的“替代真人模特进行服装拍摄”这一应用场景尤为关键，能够呈现更自然、优美的姿势，有效避免了机械感。

此外，相比于传统设计忽略了人体关节的生理结构特点，如关节转向和减速的自然机制，导致仿人形机器人的动作僵硬、不自然，难以满足仿人形机器人的高拟人化应用需求，本申请实施例的关节转向装置1能够通过减速齿轮箱20的减速转向传动，来模仿人类手肘关节的转向机制，实现自然、平滑的关节运动，即本申请实施例的关节转向装置1还能提高仿人形机器人的拟人化程度和动作真实性。

这样一来，本申请实施例的关节转向装置1，通过上述结构设置，其关节转向装置1，通过将第一动力模组10和减速齿轮箱20这两个主体结构集成于对应关节部位的第一关节部的空间内，并利用减速齿轮箱20的齿轮传动模组21的减速转向传动实现传动方向的改变，来最大限度地利用第一关节部的结构空间，使得第一关节部的外部无需附加笨重的驱动部件的同时，第二关节部可以设计得非常纤细，以使对应的关节部位整体轮廓高度拟人。此外，还利用减速齿轮箱20的齿轮传动模组21的减速转向传动，来通过减速增矩原理将第一动力模组10的输出扭矩放大，使得本关节转向装置1只需选用体积小、重量轻的第一动力模组10，即可满足关节部位的弯曲和负载所需的大力矩要求，即从根本上解决了“小空间”与“大扭矩”之间的矛盾，确保仿人形机器人对应的关节部位在负载情况下稳定运动，满足仿人形在服装拍摄等应用中对姿势保持和动作力度的要求。

在一些示例中，如图1至图2所示，第一动力模组10包括第一驱动电机，第一动力输出轴11为第一驱动电机的电机轴。如此，通过上述结构设置，使得本关节转向装置1能够通过电机轴直接驱动减速齿轮箱20，减少了传动环节，提升了能量传递效率与响应速度。同时，第一驱动电机与减速齿轮箱20均集成于第一关节部（如手肘关节的大臂），使结构紧凑，有利于将驱动部件集中于近端，从而为远端关节，即第二关节部（如手肘关节的小臂）节省空间，实现更纤细、更拟人的机械结构。

需要说明的是，本示例中的第一驱动电机优选为小型直流伺服电机，以通过小型直流伺服电机提供高精度、快响应的扭矩控制，并显著优化关节运动的平稳性与位置准确性。同时，其紧凑的体积利于在关节内部实现高效集成，进一步减少了第一关节部（如手肘关节的大臂）内部的空间占用，支持整体结构的小型化与轻量化，从而为仿人形机器人带来更流畅、更拟真的动作表现。

此外，本示例中的第一动力模组10还包括第一电机编码器（未图示），第一电机编码器通过实时、高精度地反馈第一动力输出轴11（即电机轴）的转动角度或转速，使得控制系统能够精确得知关节的实际运动状态，使关节能够精确地停在预设角度（位置控制）或以预设速度进行运动（速度控制），以为仿人形机器人带来更可靠、更拟真的动作表现。基于第一电机编码器的反馈信号，仿人形机器人的控制系统可以快速计算并补偿实际位置与目标位置之间的偏差（如通过PID控制算法），这能显著减小关节运动过程中的超调、震荡现象，使其运动更加平滑、稳定，并提高对控制指令的响应速度。为进一步降低第一动力模组10在第一关节部内的空间占用，第一电机编码器与第一驱动电机之间采用集成式结构设计，即第一电机编码器并非一个独立的部件“连接”到第一驱动电机，而是在第一驱动电机制造时就被集成在其电机壳体内部，此时，第一驱动电机的转子轴（即电机轴）直接作为第一电机编码器的码盘（光栅盘或磁环）的载体，第一电机编码器的传感器（光电接收器或霍尔传感器）则固定在第一驱动电机内部的定子部分。第一电机编码器的信号线与第一驱动电机的动力线一起从同一个航空插头或出线口引出，即只需连接这一个插头即可同时为第一驱动电机供电并获取第一电机编码器的信号反馈，如此，不仅使得第一动力模组10的结构紧凑、体积小，且保证了第一电机编码器的码盘与第一驱动电机的转子轴（即电机轴）的极高同心度，使其抗干扰能力强，不易受外部污染和机械安装误差影响。

在一些示例中，如图1至图3所示，齿轮传动模组21包括第一锥齿轮211和第二锥齿轮212，第一锥齿轮211安设在第一动力输出轴11上，第二锥齿轮212安设在第二动力输出轴22上。第一锥齿轮211与第二锥齿轮212啮合连接，且第二锥齿轮212的传动齿数多于第一锥齿轮211的传动齿数。如此，通过上述结构设置，可通过第一锥齿轮211与第二锥齿轮212啮合传动来形成相应的锥齿轮副传动结构，该锥齿轮副传动结构能够通过紧凑的齿轮布局和精密加工，实现了动力从第一关节部的延伸方向（即轴向）到垂直于第一关节部的延伸方向的方向（即径向）的高效、紧凑的90度转向，以减少能量损失和噪音，确保装置在长期使用中的可靠性和耐久性。同时，通过将第二锥齿轮212设置为比第一锥齿轮211具有更多的传动齿数，构成了减速增扭矩传动，这不仅有效降低了输出转速、提升了驱动扭矩，也使关节运动更为平稳、有力，满足了仿人形机器人的关节部位对精确力和运动控制的需求。

需要说明的是，本示例中的第一锥齿轮211与第二锥齿轮212之间的传动比（即传动齿数比）优选为1：2～1：3，如此，可成功地将第一动力模组10的输出扭矩增大2～3倍，使得本关节转向装置1只需选用体积小、重量轻的第一动力模组10，即可满足关节部位的弯曲和负载所需的大力矩要求，即从根本上解决了“小空间”与“大扭矩”之间的矛盾。进一步地，本示例中的第一锥齿轮211与第二锥齿轮212之间的传动比（即传动齿数比）优选为1：2.5；该1：2.5的传动比是经过精心设计的优化平衡值，它能够在不过分增大电机负载和齿轮尺寸的前提下，提供足以支撑第二关节部（如手肘关节的小臂）及末端负载（如摄像头、模拟手部）进行动作所需的扭矩，实现了“小电机、大扭矩”的效果。此外，本示例中通过第一锥齿轮211与第二锥齿轮212啮合传动来形成相应的锥齿轮副传动结构是一个定轴轮系，其齿轮轴（即第一动力输出轴11和第二动力输出轴22）的位置固定，结构刚性好，保证了传动精度和稳定性，而其锥齿轮传动，结构刚性好，传动路径清晰、无中间冗余环节，动力损耗小，传动效率高。还有，通过调整第一锥齿轮211与第二锥齿轮212之间的传动比，还可以方便地适配不同扭矩需求和运动速度的应用场景。

在一些示例中，如图1至图3所示，第一锥齿轮211的周侧设置有第一圆锥面2111，第一圆锥面2111的轴线与第一动力输出轴11的轴线重合，且第一圆锥面2111上设置有第一锥齿轮211的传动齿。第二锥齿轮212的周侧设置有第二圆锥面2121，第二圆锥面2121的轴线与第二动力输出轴22的轴线重合，且第二圆锥面2121上设置有第二锥齿轮212的传动齿。第二圆锥面2121上的传动齿与第一圆锥面2111上的传动齿进行相互啮合连接。如此，通过上述结构设置，可通过将传动齿分别设置在第一、第二锥齿轮212的圆锥面上，并使两圆锥面的轴线分别与其对应的动力输出轴得轴线重合，来保证动力输出轴与对应的锥齿轮之间的同心度的同时，确保第二锥齿轮212与第一锥齿轮211啮合传动时的精确对位与稳定接触。此外，这种锥面啮合设计还能够实现动力在垂直轴间高效、平稳地传递与转向，同时有效分散啮合应力，减少磨损与噪音，提升了整个齿轮传动模组21的可靠性与耐久性。

在一些示例中，如图1至图3所示，第二锥齿轮212的周侧设置有两第二圆锥面2121，两第二圆锥面2121相对设置在第一圆锥面2111的两侧，且每一第二圆锥面2121上的传动齿均与第一圆锥面2111上的传动齿进行相互啮合连接。如此，通过上述结构设置，可通过在第二锥齿轮212周侧相对设置两个第二圆锥面2121，并与第一圆锥面2111两侧的传动齿同时啮合，来形成对称的双面啮合传动设计。这种设计显著提升了齿轮啮合的稳定性和承载能力，有效分散了传动过程中的单侧应力，减少了振动与噪音，同时增强了传动的平稳性与结构刚性，使关节运动更加精确可靠。

在一些示例中，如图1至图3所示，减速齿轮箱20还包括齿轮箱壳体23，齿轮箱壳体23包括第一侧壁231和第二侧壁232，第一侧壁231的所在平面垂直于第二侧壁232的所在平面。第一动力输出轴11穿设第一侧壁231，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与第一侧壁231进行转动连接，以及与密封于齿轮箱壳体23中的第一锥齿轮211进行紧固连接。 第二动力输出轴22穿设第二侧壁232，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与第二侧壁232进行转动连接，以及与密封于齿轮箱壳体23中的第二锥齿轮212进行紧固连接。如此，通过上述结构设置，可通过设置相互垂直的齿轮箱壳体23侧壁（即第一侧壁231和第二侧壁232），并采用对角接触球轴承或深沟球轴承分别支撑第一、第二动力输出轴22，来为两垂直轴系（即第一、第二动力输出轴22）提供高精度、高刚性的独立旋转支承。此外，结合齿轮箱壳体23的密封设计，既有效润滑并保护了内部锥齿轮传动副（即第一锥齿轮211和第二锥齿轮212），又显著提升了整体传动系统的稳定性、承载能力与使用寿命，确保了动力在转向与减速过程中的高效、平稳传递。

需要说明的是，本示例中的齿轮箱壳体23将整个锥齿轮传动副（即第一锥齿轮211和第二锥齿轮212）密封于一个紧凑的壳体中，可形成一个独立的、可预装配的关节驱动模组，即形成相应的模块化设计，来便于单独制造、测试和后续的维护与更换。同时，在该关节驱动模组中，该齿轮箱壳体23还能够起到支撑齿轮轴（即第一动力输出轴11和第二动力输出轴22）、保证齿轮啮合精度、储存润滑脂以及防尘的作用，确保传动平稳、可靠、低噪音。此外，本示例中的齿轮箱壳体23具体还包括第三侧壁233，该第三侧壁233与第二侧壁232相对设置，第二动力输出轴22还同时穿设第二侧壁232，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与第三侧壁233进行转动连接，如此，可使得关节轴（即第二动力输出轴22）通过至少一对滚动轴承（即对角接触球轴承或深沟球轴承）安装于齿轮箱壳体23上，来保证其旋转精度和承载能力。同时，这种支承方式既能承受径向力，也能承受由第二关节部（如手肘关节的小臂）上的负载产生的轴向力，确保关节运动的精准和可靠。

在一些示例中，如图1所示，本关节转向装置1还包括第一支架和第二支架，第一动力模组10具体可安装固定在第一支架中，来形成相应的模块化结构，并通过第一支架提供与第一关节部（如手肘关节的大臂）进行相接装配的标准化接口，以便于整个模组可单独制造、测试和后续的维护与更换。此外，第一支架还通过第二支架与齿轮箱壳体23形成刚性连接。

在一些示例中，如图1至图3所示，齿轮箱壳体23于第一动力输出轴11与第一侧壁231之间的转动连接处设置有第一注油孔（未图示）。如此，可通过第一注油孔的结构设置，实现对第一动力输出轴11与第一侧壁231之间的转动连接处的轴承结构（即对角接触球轴承或深沟球轴承）的定点润滑与维护，有效降低了第一动力输出轴11与第一侧壁231连接处的摩擦与磨损，这不仅延长了轴承和传动系统的使用寿命，还确保了动力传递的平稳性与效率，同时简化了减速齿轮箱20的日常维护操作。同理，齿轮箱壳体23于第二动力输出轴22与第二侧壁232之间的转动连接处设置有第二注油孔（未图示）。如此，可通过第二注油孔的结构设置，实现对第二动力输出轴22与第二侧壁232之间的转动连接处的轴承结构（即对角接触球轴承或深沟球轴承）的定点润滑与维护，有效降低了第二动力输出轴22与第二侧壁232连接处的摩擦与磨损，这不仅延长了轴承和传动系统的使用寿命，还确保了动力传递的平稳性与效率，同时简化了减速齿轮箱20的日常维护操作。

需要说明的是，本示例中还可通过第一注油孔和第二注油孔的结构设置，利用油液注入第一注油孔和第二注油孔后向内渗透的特性，实现对第一锥齿轮211和第二锥齿轮212之间的啮合处的润滑与维护，来有效降低第一锥齿轮211和第二锥齿轮212之间的摩擦与磨损。对于本领域技术人员而言，也可在齿轮箱壳体23的其它部位开设注油孔（未图示），来便于在生产和维护中，对齿轮箱壳体23的内部进行润滑剂的加注与更换，来延长其内部各部件的使用寿命。此外，还需在齿轮箱壳体23的各个侧壁上的各处开孔或与其它部件间的连接处设置相应的密封结构，来确保齿轮箱壳体23的内部密封性能。

在一些示例中，如图1至图3所示，关节转向装置1还包括第二动力模组40，第二动力模组40安设在第二关节部上，且第二动力模组40设置有沿第二关节部的延伸方向延伸的第三动力输出轴41，第三动力输出轴41与传动连接件30的另一端转动连接，且第三动力输出轴41设置为在第二动力模组40的驱动下相对传动连接件30的另一端进行转动运动。如此，通过上述结构设置，可为第二关节部（如手肘关节的小臂）增设第二动力模组40，并通过将第二动力模组40的第三动力输出轴41与传动连接件30的另一端进行转动连接，来实现传动连接件30的另一端与第二关节部之间的间接连接。这样，便可通过该结构实现在单个关节内引入独立的第二自由度驱动，这使得第二关节部不仅能在第一动力模组10驱动下进行屈伸运动，还能在第二动力模组40驱动下绕自身轴线进行旋转运动，从而显著增强了关节运动的灵活性与拟人化程度，支持更复杂、更自然的姿态控制。

在一些示例中，如图1至图3所示，第二动力模组40包括第二驱动电机，第三动力输出轴41为第二驱动电机的电机轴。如此，通过上述结构设置，使得第二动力模组40能够通过电机轴将动力直接传递至第二关节部（如手肘关节的小臂）末端，使旋转驱动高度集成、响应迅速且控制精确。同时，结合第一关节部（如手肘关节的大臂）内的主驱动，双电机协同工作进一步实现了关节的多自由度、拟人化运动，为仿人形机器人完成复杂、流畅的姿态提供了核心动力基础。

需要说明的是，本示例中的第二驱动电机同样优选为小型直流伺服电机，以通过小型直流伺服电机提供高精度、快响应的扭矩控制，并显著优化关节运动的平稳性与位置准确性。同时，其紧凑的体积利于在关节内部实现高效集成，进一步减少了第二关节部（如手肘关节的小臂）内部的空间占用，支持整体结构的小型化与轻量化，从而为仿人形机器人带来更流畅、更拟真的动作表现。

此外，本示例中的第二动力模组40还包括第二电机编码器（未图示），第二电机编码器通过实时、高精度地反馈第三动力输出轴41（即电机轴）的转动角度或转速，使得控制系统能够精确得知关节的实际运动状态，使关节能够精确地停在预设角度（位置控制）或以预设速度进行运动（速度控制），以为仿人形机器人带来更可靠、更拟真的动作表现。基于第二电机编码器的反馈信号，仿人形机器人的控制系统可以快速计算并补偿实际位置与目标位置之间的偏差（如通过PID控制算法），这能显著减小关节运动过程中的超调、震荡现象，使其运动更加平滑、稳定，并提高对控制指令的响应速度。为进一步降低第二动力模组40在第二关节部内的空间占用，第二电机编码器与第二驱动电机之间采用集成式结构设计，即第二电机编码器并非一个独立的部件“连接”到第二驱动电机，而是在第二驱动电机制造时就被集成在其电机壳体内部，此时，第二驱动电机的转子轴（即电机轴）直接作为第二电机编码器的码盘（光栅盘或磁环）的载体，第二电机编码器的传感器（光电接收器或霍尔传感器）则固定在第二驱动电机内部的定子部分。第二电机编码器的信号线与第二驱动电机的动力线一起从同一个航空插头或出线口引出，即只需连接这一个插头即可同时为第二驱动电机供电并获取第二电机编码器的信号反馈，如此，不仅使得第二动力模组40的结构紧凑、体积小，且保证了第一电机编码器的码盘与第一驱动电机的转子轴（即电机轴）的极高同心度，使其抗干扰能力强，不易受外部污染和机械安装误差影响。

在一些示例中，如图1所示，本关节转向装置1还包括第三支架70，第二动力模组40具体可安装固定在第三支架70中，来形成相应的模块化结构，并通过第三支架70提供与第二关节部（如手肘关节的小臂）进行相接装配的标准化接口，以便于整个模组可单独制造、测试和后续的维护与更换。

在一些示例中，如图1至图3所示，传动连接件30包括相接设置的第一连接部31和第二连接部32，第一连接部31的延伸方向与第二连接部32的延伸方向相互垂直设置，第一连接部31与第二动力输出轴22进行紧固连接，第二连接部32与第三动力输出轴41进行转动连接。如此，通过上述结构设置，使得传动连接件30采用相互垂直的第一连接部31与第二连接部32，实现了动力传递方向的有效转换与连接。同时，第一连接部31与第二动力输出轴22紧固连接，确保屈伸驱动力被可靠传递。第二连接部32与第三动力输出轴41转动连接，则在传递基础运动的同时，允许第二关节部绕自身轴线独立旋转。这种垂直相接的结构紧凑地集成了两个自由度的运动接口，为关节实现复合、拟人的多向运动提供了关键的机械基础。

需要说明的是，本示例中第二连接部32与第三动力输出轴41之间的转动连接具体可通过轴承结构实现，该轴承结构包括但不限于对角接触球轴承或深沟球轴承。

在一个实施例中本申请实施例还提供一种仿人形机器人，该仿人形机器人设置有多个关节部位，至少一个关节部位上安设有上述实施例的关节转向装置1。如此，由于本申请实施例的仿人形机器人采用了上述实施例的关节转向装置1，故其可实现与上述关节转向装置1相同的技术效果，此处不再赘述。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种关节转向装置，用于实现关节部位的第一关节部与第二关节部之间的活动连接，其特征在于，所述关节转向装置包括第一动力模组、减速齿轮箱和传动连接件，其中，

所述第一动力模组，安设在所述第一关节部上，所述第一动力模组设置有沿所述第一关节部的延伸方向延伸的第一动力输出轴，所述第一动力输出轴设置为在所述第一动力模组的驱动下进行转动运动；

所述减速齿轮箱，安设在所述第一关节部上，所述减速齿轮箱设置有齿轮传动模组和第二动力输出轴，所述第二动力输出轴的延伸方向垂直于所述第一动力输出轴的延伸方向，所述齿轮传动模组分别连接所述第一动力输出轴和所述第二动力输出轴，并设置为通过减速转向的传动方式将所述第一动力输出轴的转动运动转换为所述第二动力输出轴的转动运动；

所述传动连接件，一端连接所述第二动力输出轴，另一端连接所述第二关节部，所述传动连接件设置为在所述第二动力输出轴的转动运动下，带动所述第二关节部相对所述第一关节部进行屈伸运动。

2.根据权利要求1所述的关节转向装置，其特征在于，所述第一动力模组包括第一驱动电机，所述第一动力输出轴为所述第一驱动电机的电机轴。

3.根据权利要求1所述的关节转向装置，其特征在于，所述齿轮传动模组包括第一锥齿轮和第二锥齿轮，所述第一锥齿轮安设在所述第一动力输出轴上，所述第二锥齿轮安设在所述第二动力输出轴上；所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合连接，且所述第二锥齿轮的传动齿数多于所述第一锥齿轮的传动齿数。

4.根据权利要求3所述的关节转向装置，其特征在于，所述第一锥齿轮的周侧设置有第一圆锥面，所述第一圆锥面的轴线与所述第一动力输出轴的轴线重合，且所述第一圆锥面上设置有所述第一锥齿轮的传动齿；

所述第二锥齿轮的周侧设置有第二圆锥面，所述第二圆锥面的轴线与所述第二动力输出轴的轴线重合，且所述第二圆锥面上设置有所述第二锥齿轮的传动齿；所述第二圆锥面上的传动齿与所述第一圆锥面上的传动齿进行相互啮合连接。

5.根据权利要求4所述的关节转向装置，其特征在于，所述第二锥齿轮的周侧设置有两所述第二圆锥面，两所述第二圆锥面相对设置在所述第一圆锥面的两侧，且每一所述第二圆锥面上的传动齿均与所述第一圆锥面上的传动齿进行相互啮合连接。

6.根据权利要求3所述的关节转向装置，其特征在于，所述减速齿轮箱还包括齿轮箱壳体，所述齿轮箱壳体包括第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁的所在平面垂直于所述第二侧壁的所在平面；

所述第一动力输出轴穿设所述第一侧壁，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与所述第一侧壁进行转动连接，以及与密封于所述齿轮箱壳体中的所述第一锥齿轮进行紧固连接；

所述第二动力输出轴穿设所述第二侧壁，并通过对角接触球轴承或深沟球轴承与所述第二侧壁进行转动连接，以及与密封于所述齿轮箱壳体中的所述第二锥齿轮进行紧固连接。

7.根据权利要求6所述的关节转向装置，其特征在于，所述齿轮箱壳体于所述第一动力输出轴与所述第一侧壁之间的转动连接处设置有第一注油孔；和/或，

所述齿轮箱壳体于所述第二动力输出轴与所述第二侧壁之间的转动连接处设置有第二注油孔。

8.根据权利要求1-7任一项所述的关节转向装置，其特征在于，所述关节转向装置还包括第二动力模组，所述第二动力模组安设在所述第二关节部上，且所述第二动力模组设置有沿所述第二关节部的延伸方向延伸的第三动力输出轴，所述第三动力输出轴与所述传动连接件的另一端转动连接，且所述第三动力输出轴设置为在所述第二动力模组的驱动下相对所述传动连接件的另一端进行转动运动。

9.根据权利要求8所述的关节转向装置，其特征在于，所述第二动力模组包括第二驱动电机，所述第三动力输出轴为所述第二驱动电机的电机轴；和/或，

所述传动连接件包括相接设置的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部的延伸方向与所述第二连接部的延伸方向相互垂直设置，所述第一连接部与所述第二动力输出轴进行紧固连接，所述第二连接部与所述第三动力输出轴进行转动连接。

10.一种仿人形机器人，其特征在于，所述仿人形机器人设置有多个关节部位，至少一个所述关节部位上安设有如权利要求1-9任一项所述的关节转向装置。