CN206344172U - 腿部结构及人形机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型适用于机器人技术领域，提供了一种腿部结构及人形机器人。该腿部结构用于连接人形机器人的腰部结构和两脚部结构，腿部结构包括一级腿部舵机、二级腿部舵机以及连接组件；连接组件包括连接件、与连接件固定连接的第一端盖及第二端盖。该腿部结构通过设置相对设置的一级腿部舵机和二级腿部舵机，并利用连接组件连接一级腿部舵机和二级腿部舵机，以使腿部结构和腰部结构的连接部位可以自转，一级腿部舵机安装于连接件与第一端盖上并且使得连接件和第一端盖相对于一级腿部舵机转动，二级腿部舵机安装于连接件与第二端盖上并且使得连接件和第二端盖相对于二级腿部舵机转动，增加了腿部结构的自由度，从而增强了腿部结构转动的灵活性。

Description

腿部结构及人形机器人

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种腿部结构及具有该腿部结构的人形机器人。

背景技术

长期以来机器人技术主要用在生产过程自动化，为提高生产效率和加工精密而发展起来的，这类机器人统称为工业机器人。与此同时发展起来的另一类机器人就是人形机器人(又称“仿人机器人”，Humanoid Robot)，这种机器人虽然发展的比较晚，但由于其长相和人类相似，如具有双臂、双腿、躯体及头部，同时还具备人工智能，能够在家庭可以完成各种各样的服务，如清扫、娱乐、保姆、家庭安保等事情，将成为人类伙伴，改变人类生活方式。这就要求人形机器人具有人类一样灵活的关节。

现有的人形机器人在其腿部与腰部连接的部位上设置有两个自由度，即向前或者向后处理，而导致人形机器人在腰部与腿部的连接部位灵活度不够。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种人形机器人，旨在解决现有技术中人形机器人的腿部与腰部连接处所设自由度难以保证腿部和腰部连接处的灵活度的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种腿部结构，用于连接人形机器人的腰部结构和两脚部结构，所述腿部结构包括一对连接腰部结构的一级腿部舵机、与各所述一级腿部舵机相对设置且相对应的二级腿部舵机以及一对用于安装一所述一级腿部舵机和一所述二级腿部舵机的连接组件，所述一级腿部舵机具有第一输出轴，所述二级腿部舵机具有与所述第一输出轴相垂直的第二输出轴；所述连接组件包括用于安装所述第一输出轴一端和所述第二输出轴一端的连接件、与所述连接件固定连接并用于安装所述第一输出轴另一端的第一端盖以及与所述连接件固定连接并用于安装所述第二输出轴另一端的第二端盖。

本实用新型还提供了一种人形机器人包括头部、与头部连接的躯干以及连接于躯干上以模仿人体四肢的两腿部和两手臂；所述躯干包括与两所述腿部相连接的腰部结构，各所述腿部包括连接所述腰部结构的腿部结构以及与所述腿部结构相连接以便于站立的脚部结构，所述腿部结构为上述腿部结构。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：该腿部结构通过设置相对设置的所述一级腿部舵机和所述二级腿部舵机，并利用所述连接组件连接所述一级腿部舵机和所述二级腿部舵机，以使所述腿部结构和所述腰部结构的连接部位可以自转，具体地，所述一级腿部舵机安装于所述连接件与所述第一端盖上并且使得所述连接件和所述第一端盖相对于所述一级腿部舵机转动，所述二级腿部舵机安装于所述连接件与所述第二端盖上并且使得所述连接件和所述第二端盖相对于所述二级腿部舵机转动，增加了所述腿部结构的自由度，从而增强了所述腿部结构转动的灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的人形机器人的腰部结构、腿部结构和脚部结构组装在一起的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的腿部结构的结构示意图；

图3是图2中腿部结构的分解图；

图4是图3中连接组件于一方向的分解图；

图5是图3中连接组件于另一方向的分解图。

附图标记说明：

1	腰部结构	5226	第一轴孔
				2	脚部结构	524	第二连接结构
3	腿部结构	5240	第二连接部
				30	一级腿部舵机	5242	第二侧端盖
32	第一输出轴	5246	第一连接孔
				34	第一连接端	526	加强筋
40	二级腿部舵机	54	第一端盖
				42	第二输出轴	540	第一侧板
44	第二连接端	542	第一盖体部
				45	动力部件	544	第二轴孔
46	球形机构	56	第二端盖
				50	连接组件	560	第二侧板
52	连接件	562	第二盖体部
				522	第一连接结构	566	第二连接孔
5220	第一连接部	58	第一收容腔
				5224	第一侧端盖	59	第二收容腔

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，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，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参照图1至图5，本实用新型实施例提供的腿部结构3用于连接人形机器人的腰部结构1和两脚部结构2，所述腿部结构3包括一对连接腰部结构1的一级腿部舵机30、与各所述一级腿部舵机30相对设置且相对应的二级腿部舵机40以及一对用于安装一所述一级腿部舵机30和一所述二级腿部舵机40的连接组件50，所述一级腿部舵机30具有第一输出轴32，所述二级腿部舵机40具有与所述第一输出轴32相垂直的第二输出轴42；所述连接组件50包括用于安装所述第一输出轴32一端和所述第二输出轴42一端的连接件52、与所述连接件52固定连接并用于安装所述第一输出轴32另一端的第一端盖54以及与所述连接件52固定连接并用于安装所述第二输出轴42另一端的第二端盖56。

本实用新型实施例提供的腿部结构3通过设置相对设置的所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40，并利用所述连接组件50连接所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40，以使所述腿部结构3和所述腰部结构1的连接部位可以自转，具体地，所述一级腿部舵机30安装于所述连接件52与所述第一端盖54上并且使得所述连接件52和所述第一端盖54相对于所述一级腿部舵机30转动，所述二级腿部舵机40安装于所述连接件52与所述第二端盖56上并且使得所述连接件52和所述第二端盖56相对于所述二级腿部舵机40转动，增加了所述腿部结构3的自由度，从而增强了所述腿部结构3转动的灵活性。

在该实施例中，所述一级腿部舵机30的第一输出轴32两端分别安装于所述连接件52的一侧和所述第一端盖54上，所述二级腿部舵机40的第二输出轴42两端分别安装于所述连接件52的另一侧和所述第二端盖56上，这样，所述连接件52和所述第一端盖54可以绕所述第一输出轴32相对于所述一级腿部舵机30转动，同样地，所述连接件52和所述第二端盖56也可以绕所述第二输出轴42相对于所述二级腿部舵机40转动。

在该实施例中，所述第一端盖54、所述第二端盖56分别固定安装于所述连接件52上，或者，所述第一端盖54、所述第二端盖56和所述连接件52由一体成型而制成。

在该实施例中，所述第一输出轴32与所述第二输出轴42垂直设置，所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40沿所述腿部结构3的长度方向层叠设置，所述连接件52位于所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40之间。

请参照图2至图5，进一步地，所述连接件52包括一体成型的第一连接结构522和第二连接结构524，所述第一连接结构522与所述第一端盖54固定连接且形成部分容置所述一级腿部舵机30的第一收容腔58，所述第二连接结构524与所述第二端盖56固定连接且形成部分容置所述二级腿部舵机40的第二收容腔59。该连接件52采用一体成型的所述第一连接结构522和所述第二连接结构524以构成一个整体式的结构，保证连接所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40的牢固地和稳定性，避免所述第一连接结构522相对于所述一级腿部舵机30转动时，所述第一连接结构522存在与所述第二连接结构524之间的转动或者晃动，对于所述二级腿部舵机40也是类似。所述一级腿部舵机30部分收容于所述第一连接结构522和所述第一端盖54形成的所述第一收容腔58内，所述二级腿部舵机40部分收容于所述第二连接结构524和所述第二端盖56形成的所述第二收容腔59内，避免所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40在转动时沿各自轴向出现移动和晃动，起到一定的限位作用。

在该实施例中，所述第一连接结构522和所述第二连接结构524沿所述腿部结构3的长度方向层叠设置。

在其他实施例中，所述第一连接结构522和所述第二连接结构524也可以是两件式的结构，并采用开拆卸和/或者不可拆卸的固定方式实现固定连接。

请参照图2至图5，进一步地，所述第一连接结构522包括与所述第一端盖54固定连接的第一连接部5220以及沿所述第一连接部5220延伸的第一侧端盖5224，所述第一侧端盖5224设有第一轴孔5226；所述第一端盖54包括与所述第一连接部5220固定连接的第一侧板540以及沿所述第一侧板540延伸的第一盖体部542，所述第一盖体部542设有与所述第一轴孔5226相对且与所述第一轴孔5226同轴设置的第二轴孔544，所述第一输出轴32的两端分别安装于所述第一轴孔5226和所述第二轴孔544中。所述第一连接结构522中的所述第一连接部5220与所述第一端盖54的所述第一侧板540通过螺丝固定连接，以形成相对于所述一级腿部舵机30转动时的导向槽，即利用所述第一连接部5220与所述第一侧板540围合形成与所述一级腿部舵机30的外形相似的导向槽，该一级腿部舵机30的外形是指收容于所述第一收容腔58内的部门的外形。所述一级腿部舵机30的所述第一输出轴32两端分别安装于所述第一侧端盖5224的第一轴孔5226和所述第一盖体部542的第二轴孔544中，以使所述第一侧端盖5224和所述第一盖体部542轴相对于所述一级腿部舵机30可以绕所述第一输出转动。

在该实施例中，所述第一侧端盖5224与所述第一盖体部542相面对设置，且所述第一轴孔5226和所述第二轴孔544为同轴设置。

在该实施例中，所述第一连接部5220与所述第一侧端盖5224由一体成型而制成。所述第一侧板540与所述第一盖体部542由一体成型而制成。

请参照图3至图5，进一步地，所述第一连接部5220和所述第一侧板540围合形成弧面状的所述第一收容腔58，所述第一连接部5220和所述第一侧板540的内壁与所述一级腿部舵机30的外壳之间具有间隙。可以理解地，所述一级腿部舵机30收容于所述第一收容腔58内的部分沿垂直于所述第一输出轴32方向的截面呈圆弧状，具体而言为该部分的外形截面呈圆弧状，收容所述一级腿部舵机30这部分结构的所述第一收容腔58沿垂直于所述第一输出轴32方向的截面也成圆弧状，以保证所述一级腿部舵机30在所述第一收容腔58内转动的稳定性和可靠性。该腿部结构3通过将所述一级腿部舵机30的外壳与所述第一收容腔58的内壁之间设置间隙，以保证所述一级腿部舵机30可以顺利地在所述第一收容腔58内转动。

请参照图3至图5，进一步地，所述第二连接结构524包括与所述第二端盖56固定连接且与所述第一连接部5220一体设置的第二连接部5240以及沿所述第二连接部5240延伸的第二侧端盖5242，所述第二侧端盖5242设有第一连接孔5246；所述第二端盖56包括与所述第二连接部5240固定连接的第二侧板560以及沿所述第二侧板560延伸的第二盖体部562，所述第二盖体部562设有与所述第一连接孔5246相对且与所述第一连接孔5246同轴设置的第二连接孔566，所述第二输出轴42的两端分别安装于所述第一连接孔5246和所述第二连接孔566中。所述第二连接结构524中的所述第二连接部5240与所述第二端盖56的所述第二侧板560通过螺丝固定连接，以形成所述二级腿部舵机40转动时的导向槽，即利用所述第二连接部5240与所述第二侧板560围合形成与所述二级腿部舵机40的外形相似的导向槽，该二级腿部舵机40的外形是指收容于所述第二收容腔59内的部门的外形。所述二级腿部舵机40的所述第二输出轴42两端分别安装于所述第二侧端盖5242的第一连接孔5246和所述第二盖体部562的第二连接孔566中，以使所述第二侧端盖5242和所述第二盖体部562轴相对于所述二级腿部舵机40可以绕所述第二输出轴转动。

在该实施例中，所述第二侧端盖5242与所述第二盖体部562相面对设置，且所述第二轴孔544和所述第二轴孔544为同轴设置。

在该实施例中，所述第二连接部5240与所述第二侧端盖5242由二体成型而制成。所述第二侧板560与所述第二盖体部562由二体成型而制成。

请参照图3至图5，进一步地，所述第二连接部5240和所述第二侧板560围合形成弧面状的所述第二收容腔59，所述第二连接部5240和所述第二侧板560的内壁与所述二级腿部舵机40的外壳之间具有间隙。可以理解地，所述二级腿部舵机40收容于所述第二收容腔59内的部分沿垂直于所述第二输出轴42方向的截面呈圆弧状，具体而言为该部分的外形截面呈圆弧状，收容所述二级腿部舵机40这部分结构的所述第二收容腔59沿垂直于所述第二输出轴42方向的截面也成圆弧状，以保证所述二级腿部舵机40在所述第二收容腔59内转动的稳定性和可靠性。该腿部结构3通过将所述二级腿部舵机40的外壳与所述第二收容腔59的内壁之间设置间隙，以保证所述二级腿部舵机40可以顺利地在所述第二收容腔59内转动。

请参照图3至图5，进一步地，所述连接件52还包括多个间隔设置且沿所述第一连接部5220的外表面朝向所述第二连接部5240外表面突出延伸的加强筋526。该连接件52通过在所述第一连接部5220和所述第二连接部5240的外表面设置所述加强筋526，以保证所述第一连接部5220和所述第二连接部5240之间的连接强度，避免二者出现变形。可以理解地，所述加强筋526、所述第一连接部5220和所述第二连接部5240由一体成型而制成。

在该实施例中，所述加强筋526具有多条，且等间距分布于所述第一连接部5220和所述第二连接部5240之间，以使受力分布均匀。

请参照图2至图5，进一步地，各所述一级腿部舵机30和各所述二级腿部舵机40均为球形舵机，各所述一级腿部舵机30和各所述二级腿部舵机40均包括具有动力部件45以及用于将所述动力部件45的动力输出的球形机构46，各所述一级腿部舵机30的所述球形机构46具有所述第一输出轴32，各所述二级腿部舵机40的所述球形机构46具有所述第二输出轴42。该腿部结构3通过将所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40设置成球形舵机，以使其球形结构能够分别收容于所述第一收容腔58和所述第二收容腔59内，并且所述连接件52可以绕所述第一输出轴32和所述第二输出轴42转动，为所述腿部结构3提供了更多的自由度，保证了所述腿部结构3的灵活性。

请参照图1至图5，进一步地，所述一级腿部舵机30具有与所述腰部结构1连接的第一连接端，所述第一连接端位于所述一级腿部舵机30的所述动力部件45之远离所述球形机构46的一侧；所述二级腿部舵机40具有与所述脚部结构2连接的第二连接端，所述第二连接端位于所述二级腿部舵机40的所述动力部件45之远离所述球形机构46的一侧，所述第一连接端的轴线和所述第二连接端的轴线平行设置。可以理解地，所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40沿所述腿部结构3的长度方向布置，且二者的球形机构46相面对设置且分别位于所述连接件52的两侧，二者的所述第一连接端和所述第二连接端位于远离所述连接件52的两侧，所述第一连接端的轴线与所述第二连接端的轴线平行设置，以保证该腿部结构3活动自由，并具有支撑腰部结构1的功能。

在上述各实施例中，所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40均为球形舵机，即其外壳的一端呈球体状以及另一侧大致呈柱状，内部设有动力部件45、由所述动力部件45驱动其转动的减速机构以及设于所述减速机构输出端的所述输出轴。该减速机构采用多级齿轮传动实现。可以理解地，所述一级腿部舵机30和所述二级腿部舵机40的内部动力结构形式不限于此，可以是任意能够提供动力的结构形式。

请参照图1至图5，本实用新型还提供了一种人形机器人包括头部、与头部连接的躯干以及连接于躯干上以模仿人体四肢的两腿部和两手臂；所述躯干包括与两所述腿部相连接的腰部结构1，各所述腿部包括连接所述腰部结构1的腿部结构3以及与所述腿部结构3相连接以便于站立的脚部结构2，所述腿部结构3为上述腿部结构3。该实施例中的腿部结构3与上述各实施例中的腿部结构3具有相同的结构特点，且所起作用也相同，此次不赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种腿部结构，用于连接人形机器人的腰部结构和两脚部结构，其特征在于，所述腿部结构包括一对连接腰部结构的一级腿部舵机、与各所述一级腿部舵机相对设置且相对应的二级腿部舵机以及一对用于安装一所述一级腿部舵机和一所述二级腿部舵机的连接组件，所述一级腿部舵机具有第一输出轴，所述二级腿部舵机具有与所述第一输出轴相垂直的第二输出轴；所述连接组件包括用于安装所述第一输出轴一端和所述第二输出轴一端的连接件、与所述连接件固定连接并用于安装所述第一输出轴另一端的第一端盖以及与所述连接件固定连接并用于安装所述第二输出轴另一端的第二端盖。

2.如权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述连接件包括一体成型的第一连接结构和第二连接结构，所述第一连接结构与所述第一端盖固定连接且形成部分容置所述一级腿部舵机的第一收容腔，所述第二连接结构与所述第二端盖固定连接且形成部分容置所述二级腿部舵机的第二收容腔。

3.如权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，所述第一连接结构包括与所述第一端盖固定连接的第一连接部以及沿所述第一连接部延伸的第一侧端盖，所述第一侧端盖设有第一轴孔；所述第一端盖包括与所述第一连接部固定连接的第一侧板以及沿所述第一侧板延伸的第一盖体部，所述第一盖体部设有与所述第一轴孔相对且与所述第一轴孔同轴设置的第二轴孔，所述第一输出轴的两端分别安装于所述第一轴孔和所述第二轴孔中。

4.如权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述第一连接部和所述第一侧板围合形成弧面状的所述第一收容腔，所述第一连接部和所述第一侧板的内壁与所述一级腿部舵机的外壳之间具有间隙。

5.如权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述第二连接结构包括与所述第二端盖固定连接且与所述第一连接部一体设置的第二连接部以及沿所述第二连接部延伸的第二侧端盖，所述第二侧端盖设有第一连接孔；所述第二端盖包括与所述第二连接部固定连接的第二侧板以及沿所述第二侧板延伸的第二盖体部，所述第二盖体部设有与所述第一连接孔相对且与所述第一连接孔同轴设置的第二连接孔，所述第二输出轴的两端分别安装于所述第一连接孔和所述第二连接孔中。

6.如权利要求5所述的腿部结构，其特征在于，所述第二连接部和所述第二侧板围合形成弧面状的所述第二收容腔，所述第二连接部和所述第二侧板的内壁与所述二级腿部舵机的外壳之间具有间隙。

7.如权利要求5所述的腿部结构，其特征在于，所述连接件还包括多个间隔设置且沿所述第一连接部的外表面朝向所述第二连接部外表面突出延伸的加强筋。

8.如权利要求1至7任意一项所述的腿部结构，其特征在于，各所述一级腿部舵机和各所述二级腿部舵机均为球形舵机，各所述一级腿部舵机和各所述二级腿部舵机均包括具有动力部件以及用于将所述动力部件的动力输出的球形机构，各所述一级腿部舵机的所述球形机构具有所述第一输出轴，各所述二级腿部舵机的所述球形机构具有所述第二输出轴。

9.如权利要求8所述的腿部结构，其特征在于，所述一级腿部舵机具有与所述腰部结构连接的第一连接端，所述第一连接端位于所述一级腿部舵机的所述动力部件之远离所述球形机构的一侧；所述二级腿部舵机具有与所述脚部结构连接的第二连接端，所述第二连接端位于所述二级腿部舵机的所述动力部件之远离所述球形机构的一侧，所述第一连接端的轴线和所述第二连接端的轴线平行设置。

10.一种人形机器人，包括头部、与头部连接的躯干以及连接于躯干上以模仿人体四肢的两腿部和两手臂；所述躯干包括与两所述腿部相连接的腰部结构，各所述腿部包括连接所述腰部结构的腿部结构以及与所述腿部结构相连接以便于站立的脚部结构，其特征在于，所述腿部结构为如权利要求1至9任意一项所述的腿部结构。