CN206811948U - 机器人下肢 - Google Patents

Abstract

一种机器人下肢，具有依次连接的髋关节、大腿、膝驱动部、小腿、踝关节与支撑底座：髋关节具有侧摆组件与前摆组件，侧摆组件具有可旋转地保持于机器人躯体上的侧摆输出轴，前摆组件具有可旋转地保持于侧摆组件上的前摆输出轴，前摆输出轴与侧摆输出轴轴向垂直，前摆输出轴与大腿连接；大腿与小腿铰接，膝驱动部可滑动地保持于大腿上，膝驱动部远离髋关节的一端与小腿铰接，用于驱动大腿与小腿之间的相对旋转；踝关节用于连接小腿与支撑底座，支撑底座具有半圆柱结构，半圆柱结构的圆弧侧面用于与地面接触。本实用新型提供了一种具有多关节与多自由度，可适应复杂地形与上下楼梯的机器人下肢。

Description

机器人下肢

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，具体地来说，是一种机器人下肢。

背景技术

随着机器人技术的快速发展，人们对于机器人的功能要求一再增加，不再满足于传统的笨拙概念。为此，需要机器人的各个部件具有高度的仿生性能，以高度模拟人类或动物的多关节灵活运动。

其中，机器人下肢是仿生机器人中至关重要的关键部件，用于实现机器人的各向移动。仿生机器人，特别是四足机器人，应用于复杂工况时，需要满足起伏路面、上下楼梯等功能。在此，需要机器人下肢具有多关节与多自由度的机械结构。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种机器人下肢，具有多关节与多自由度的机械结构，可实现四足机器人的灵活运动。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种机器人下肢，具有依次连接的髋关节、大腿、膝驱动部、小腿、踝关节与支撑底座：

所述髋关节具有侧摆组件与前摆组件，所述侧摆组件具有可旋转地保持于机器人躯体上的侧摆输出轴，所述前摆组件具有可旋转地保持于侧摆组件上的前摆输出轴，所述前摆输出轴与所述侧摆输出轴轴向垂直，所述前摆输出轴与所述大腿连接；

所述大腿与所述小腿铰接，所述膝驱动部可滑动地保持于大腿上，所述膝驱动部远离所述髋关节的一端与所述小腿铰接，用于驱动所述大腿与所述小腿之间的相对旋转；

所述踝关节用于连接所述小腿与所述支撑底座，所述支撑底座具有半圆柱结构，所述半圆柱结构的圆弧侧面用于与地面接触。

作为上述技术方案的改进，所述髋关节还具有髋部传动组，所述髋部传动组两端分别连接所述侧摆输出轴与所述机器人躯体，所述传动组在所述侧摆输出轴的驱动下可旋转地保持于所述机器人躯体上，所述前摆组件设于所述传动组上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述髋部传动组包括髋部传动架，所述髋部传动架具有第一壁、第二壁及连接所述第一壁与所述第二壁的环形周壁，所述环形周壁上设有侧摆连接端与躯体连接端，所述侧摆连接端用于连接所述侧摆输出轴，所述躯体连接端可旋转地保持于所述机器人躯体上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述侧摆输出轴具有用于驱动其旋转的侧摆驱动组，所述侧摆驱动组为外转子盘式电机；和/或所述前摆输出轴具有用于驱动其旋转的前摆驱动组，所述前摆输出轴为外转子盘式电机，所述传动组沿所述机器人躯体的前后移动方向的两侧分别与所述侧摆组件、所述机器人躯体连接，所述传动组沿所述机器人躯体的左右移动方向的两侧分别与所述前摆驱动组、所述大腿连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述膝驱动部包括膝部滑动组、膝部驱动组与膝部传动杆，所述膝部滑动组可滑动地保持于所述大腿上，所述膝部驱动组具有螺旋传动轴与用于驱动所述螺旋传动轴旋转的膝部动力源，所述螺旋传动轴通过传动螺母与所述滑动组连接，所述螺旋传动轴与所述传动螺母以螺旋传动实现连接，所述膝部传动杆两端分别铰接于所述滑动组与所述大腿上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述膝部滑动组具有膝部滑动座与固连于所述膝部滑动座上的滑块，所述大腿上设有线性导轨，所述膝部滑动座通过所述滑块而可滑动地保持于所述线性导轨上，所述膝部滑动座一端连接所述传动螺母，另一端与所述膝部传动杆铰接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述大腿为内设第一贯通部的柱状结构，所述膝部滑动座为内设第二贯通部的柱状结构，所述膝部滑动座通过所述滑块而可滑动地保持于所述第一贯通部，所述螺旋传动轴远离所述膝部动力源的一端位于所述第二贯通部内，所述螺旋传动轴远离所述膝部动力源的一端为自由端。

作为上述技术方案的进一步改进，所述小腿具有平行布置的第一铰接轴与第二铰接轴，所述第一铰接轴用于铰接所述大腿，所述第二铰接轴用于铰接所述膝部传动杆，所述第一铰接轴与所述第二铰接轴均位于所述小腿接近所述大腿的一端，所述第二铰接轴位于所述第一铰接轴接近所述大腿的一侧。

作为上述技术方案的进一步改进，所述踝关节可旋转地保持于所述支撑底座上，并具有用于驱动所述支撑底座旋转的驱动部；

和/或所述半圆柱结构具有轴平面，所述轴平面上具有足部开口，所述足部开口与所述半圆柱结构的两端端面相交而成相对的两处侧向开口与连接所述侧向开口的承载侧壁，所述足部开口的中心处设有旋转轴孔，所述踝关节可旋转地保持于所述足部开口与所述旋转轴孔内，所述踝关节的侧面具有所述驱动部，所述驱动部可旋转地保持于所述侧向开口而接近所述承载侧壁。

作为上述技术方案的进一步改进，所述旋转轴孔具有圆台孔结构，所述圆台孔的大端位于所述旋转轴孔接近所述踝关节的一端；和/或所述踝关节具有踝旋转轴，所述踝旋转轴具有圆台结构，所述踝旋转轴可旋转地保持于所述旋转轴孔内。

本实用新型的有益效果是：

(1)髋关节具有侧摆组件与前摆组件，从而获取左右移动与前后移动的自由度，实现机器人下肢的侧摆与前摆，以模仿四足动物的下肢运动形态；

(2)具有大腿、膝驱动部与小腿，大腿与小腿铰接，膝驱动部可滑动地保持于大腿上并与小腿铰接，通过膝驱动部的滑动而驱动大腿相对于小腿的旋转运动，从而实现大腿与小腿的伸展，以模仿四足动物的下肢伸展形态；

(3)具有踝关节与支撑底座，支撑底座具有半圆柱结构而与地面具有圆滑的接触，使支撑底座具有沿半圆柱结构的圆弧侧面旋转的能力，从而及时调整支撑底座的支撑形态，提供极佳的支撑效果，以适应复杂地形的变化；

(4)综上所述，本实用新型提供的机器人下肢具有多关节与多自由度的机械结构，可灵活运动于复杂地形与上下阶梯的应用场合。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的整体结构图；

图2是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的分解结构图；

图3是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第一示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第二示意图；

图5是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第三示意图；

图6是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第四示意图；

图7是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第五示意图；

图8是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的髋关节的第六示意图；

图9是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的膝驱动部部的整体结构示意图；

图10是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的膝驱动部部的分解结构示意图；

图11是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的膝驱动部部的局部分解结构示意图；

图12是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的大腿的结构示意图；

图13是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的膝驱动部的结构示意图；

图14是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的膝驱动部部的半剖结构示意图；

图15是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的踝关节部的整体示意图；

图16是本实用新型实施例1提供的机器人下肢的踝关节部的分解示意图；

图17是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的整体示意图；

图18是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的第一局部分解示意图；

图19是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的支撑底座的结构示意图；

图20是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的第二局部分解示意图；

图21是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的第三局部分解示意图；

图22是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的旋转轴部的轴测结构示意图；

图23是本实用新型实施例2提供的机器人下肢的踝关节部的旋转轴部的剖视结构示意图。

主要元件符号说明：

10000-机器人下肢，1000-髋关节，1100-侧摆组件，1110-侧摆输出轴，1111-第一键，1120-侧摆驱动组，1121-侧摆磁极转子，1122-侧摆定子，1123-侧摆减速器，1130-侧摆支架，1200-髋部传动组，1210-髋部传动架，1211-髋架第一壁，1212-髋架第二壁，1213-环形周壁，1220-侧摆连接端，1221-第一联轴孔，1222-第一键槽，1230-躯体连接端，1231-第二联轴孔，1232-支撑轴，1233-第二键槽，1234-第二键，1300-前摆组件，1310-前摆输出轴，1320-前摆驱动组，1321-前摆磁极转子，1322-前摆定子，1323-前摆减速器，1400-髋部轴承，2000-大腿，2100-线性滑轨，2200-第一贯通部，2210-第一内表面，2220-第二内表面，2300-第一连接臂，2400-第二连接臂，3000-膝驱动部，3100-膝部滑动组，3110-膝部滑动座，3111-第二贯通部，3112-膝架第一壁，3113-膝架第二壁，3120-滑块，3130-第三铰接轴，3200-膝部传动杆，3300-膝部驱动组，3310-螺旋传动轴，3320-传动螺母，3330-膝部动力源，3340-缓冲部，4000-小腿，4100-第一铰接轴，4200-第二铰接轴，5000-踝关节，5100-小腿连接部，5200-旋转轴部，5210-定位端，5211-驱动部，5220-旋转轴，5300-定位轴孔，5310-第一定位轴孔，5320-第二定位轴孔，5400-圆锥滚子轴承，5500-推力滚针轴承，5600-轴承压盖，5700-支座连接部，6000-支撑底座，6100-半圆柱结构，6110-轴平面，6120-第一端面，6130-第二端面，6140-圆弧侧面，6200-足部开口，6210-侧向开口，6300-承载侧壁，6400-旋转轴孔，6500-定位轴，6510-第一轴段，6520-第二轴段，6600-支撑爪部，6700-缓冲外壳，6800-外壳压板，20000-轴承座。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对机器人下肢进行更全面的描述。附图中给出了机器人下肢的优选实施例。但是，机器人下肢可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对机器人下肢的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在机器人下肢的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～2，机器人下肢10000具有依次连接的髋关节1000、大腿2000、膝驱动部3000、小腿4000、踝关节5000与支撑底座6000。各个部分的结构逐一详述如下。

请结合参阅图3与图4，髋关节1000包括侧摆组件1100，侧摆组件1100具有侧摆输出轴1110与用于驱动侧摆输出轴1110旋转的侧摆驱动组1120。具体地，侧摆组件1100用于实现髋关节1000的侧摆功能。所谓侧摆，亦即机器人四肢沿躯体的侧向方向的摆动，例如是左右张合的运动形式。

请结合参阅图5，优选地，侧摆驱动组1120包括侧摆磁极转子1121与侧摆定子1122。其中，侧摆磁极转子1121沿圆周方向而环布于侧摆定子1122外部，侧摆定子1122与机器人躯体连接，侧摆磁极转子1121与侧摆输出轴1110连接，侧摆磁极转子1121与侧摆定子1122组成盘式构造。

具体地，侧摆磁极转子1121可具有多种结构形状。在本实施例中，侧摆磁极转子1121优选为圆环形，并由永磁体制成。侧摆定子1122保持于侧摆磁极转子1121的圆环内部，具有定子铁芯与设于定子铁芯上的励磁线圈，用于产生旋转磁场。在一个示范性的实施例中，定子铁芯具有多个沿其轮廓圆周分布的多个凸极，凸极上分别设有励磁绕组，当于励磁绕组中通电时，将产生旋转磁场。在侧摆定子1122的磁场驱动下，侧摆磁极转子1121可发生旋转运动，从而带动连接于其上的侧摆输出轴1110旋转。

其中，侧摆磁极转子1121与侧摆定子1122具有盘式构造。具体地，对于侧摆磁极转子1121而言，相较于其径向尺寸，侧摆磁极转子1121的轴向尺寸很小，而使侧摆磁极转子1121具有既粗且薄的形状，而近似于圆盘。由于侧摆定子1122整体处于侧摆磁极转子1121内部，而使二者组成盘式构造。在一个实际应用中，侧摆磁极转子1121与侧摆定子1122可以组成外转子盘式电机结构。

在此，侧摆驱动组1120的轴向尺寸极大地压缩，具有极为轻薄的结构，特别适用于轴向空间受限的场合。例如在四足机器人的应用场合下，一侧前后布置的髋关节1000之间，由于轴向尺寸的压缩而变得极为紧凑，可方便地进行排布。同时，侧摆驱动组1120的轴向结构极为集中，使髋关节1000的重力处于较佳的位置，阻挠力臂较短而不致产生较大的阻挠力臂，进一步改善髋关节1000与机器人下肢1000的活动灵活性。

进一步优选，侧摆驱动组1120还包括用于实现转速匹配的侧摆减速器1123。其中，侧摆减速器1123的输入端与侧摆磁极转子1121连接，侧摆减速器1123的输出端与侧摆输出轴1110连接。在此，侧摆减速器1123可实现调速，而将侧摆磁极转子1121的输出转速调节至侧摆输出轴1110所需的转速，并向侧摆输出轴1110传递扭矩，使侧摆输出轴1110的输出转速与实际需要更为匹配吻合。在一个示范性的实施例中，侧摆输出轴1110即为侧摆减速器1123的输出轴。

进一步优选，侧摆驱动组1120还包括用于作为支撑基体的侧摆支架1130，侧摆支架1130具有中空的腔体结构，用于容纳侧摆磁极转子1121、侧摆定子1122与侧摆减速器1123。其中，侧摆支架1130与侧摆磁极转子1121、侧摆减速器1123的壳体、机器人躯体均为固定连接，而侧摆磁极转子1121与侧摆输出轴1110均可旋转地保持于侧摆支架1130上。

请结合参阅图3、图6～8，髋关节1000还包括髋部传动组1200，髋部传动组1200两端分别连接侧摆输出轴1110与机器人躯体，髋部传动组1200在侧摆输出轴1110的驱动下可旋转地保持于机器人躯体上。换言之，髋部传动组1200与侧摆输出轴1110具有一体旋转的运动特性，实现侧摆组件1100的运动输出。

优选地，髋部传动组1200包括髋部传动架1210。髋部传动架1210具有髋架第一壁1211、髋架第二壁1212及连接髋架第一壁1211与髋架第二壁1212的环形周壁1213，环形周壁1213上设有侧摆连接端1220与躯体连接端1230，侧摆连接端1220用于连接侧摆输出轴1110，躯体连接端1230可旋转地保持于机器人躯体上。

在一个示范性的实施例中，侧摆连接端1220与侧摆输出轴1110固定连接，而具有一体旋转的运动特性。躯体连接端1230可通过髋部轴承1400而与机器人躯体连接，而实现具有相对旋转的运动连接。侧摆连接端1220与躯体连接端1230可通过多种连接方式连接于髋部传动架1210上，如螺纹连接、过盈配合等，在本实施例中，优选地，侧摆连接端1220与躯体连接端1230均一体连接于髋部传动架1210上，以改善连接强度。

其中，侧摆连接端1220与侧摆输出轴1110具有多种连接方式，例如侧摆连接端1220具有传动轴，并以联轴器连接传动轴与侧摆输出轴1110等。

在一个示范性的实施例中，侧摆连接端1220具有第一联轴孔1221，第一联轴孔1221具有第一键槽1222，侧摆输出轴1110上具有第一键1111，第一键槽1222与第一键1111具有键连接关系。具体地，在键连接关系下，侧摆输出轴1110与侧摆连接端1220得以实现周向固定，而在二者之间传递运动与转矩。

躯体连接端1230与机器人躯体亦可具有多种支撑连接方式，在一个示范性的实施例中，躯体连接端1230具有第二联轴孔1231与设于第二联轴孔1231内的支撑轴1232，机器人躯体上设有轴承座20000，支撑轴1232通过髋部轴承1400而可旋转地保持于轴承座20000上。

其中，第二联轴孔1231具有第二键槽1233，支撑轴1232具有第二键1234，第二键槽1233与第二键1234具有键连接关系。在键连接关系下，躯体连接端1230与支撑轴1232得以实现周向固定，而在二者之间传递运动与转矩，二者具有一体运动的特性。

进一步优选，第一联轴孔1221与第二联轴孔1231具有共轴关系，使髋部传动组1200的旋转运动输入端与输出端位于同一轴线上，亦即同轴旋转，避免异轴旋转而引起的偏心力矩，保证髋部传动组1200的旋转平稳性。

同时，侧摆输出轴1110、侧摆连接端1220、躯体连接端1230与支撑轴1232具有共轴关系，使运动与转矩始终沿同一直线而传递，进一步改善传动效率与精度。

另一种优选，第一键槽1222与第二键槽1233共轴布置。在此，侧摆连接端1220与躯体连接端1230的键连接具有共轴关系，进一步加强两处键连接的结构稳定性与连接强度，并降低装配难度。

髋关节1000还包括前摆组件1300，前摆组件1300设于髋部传动组1200上，用于实现机器人下肢10000的前后摆动。前摆组件1300具有前摆输出轴1310与用于驱动前摆输出轴1310旋转的前摆驱动组1320，前摆输出轴1310与侧摆输出轴1110轴向垂直，前摆输出轴1310用于连接大腿2000。其中，所谓前后摆动，是指髋关节1000与机器人下肢10000沿机器人的前进或后退方向的摆动，而实现机器人的前后移动。

优选地，前摆驱动组1320包括前摆磁极转子1321与前摆定子1322。前摆磁极转子1321沿圆周方向而环布于前摆定子1322外部，具体于本实施例中，前摆定子1322与髋部传动架1210固定连接，前摆磁极转子1321与前摆输出轴1310连接，前摆磁极转子1321与前摆定子1322组成盘式构造。

具体地，前摆磁极转子1321可具有多种结构形状。在本实施例中，前摆磁极转子1321优选为圆环形，并由永磁体制成。前摆定子1322保持于前摆磁极转子1321的圆环内部，具有定子铁芯与设于定子铁芯上的励磁线圈，用于产生旋转磁场。在一个示范性的实施例中，定子铁芯具有多个沿其轮廓圆周分布的多个凸极，凸极上分别设有励磁绕组，当于励磁绕组中通电时，将产生旋转磁场。在前摆定子1322的磁场驱动下，前摆磁极转子1321可发生旋转运动，从而带动连接于其上的前摆输出轴1310旋转。

其中，前摆磁极转子1321与前摆定子1322具有盘式构造。具体地，对于前摆磁极转子1321而言，相较于其径向尺寸，前摆磁极转子1321的轴向尺寸很小，而使前摆磁极转子1321具有既粗且薄的形状，而近似于圆盘。由于前摆定子1322整体处于前摆磁极转子1321内部，而使二者组成盘式构造。

在此，前摆驱动组1320的轴向尺寸得以极大压缩，而使前摆组件1300具有轻薄灵活的运动结构，特别适用于轴向安装空间受限的场合，进一步改善髋关节1000与机器人下肢10000的灵活性与紧凑性。

实际应用时，前摆输出轴1310用于与大腿2000连接。在侧摆组件1100的驱动下，髋部传动组1200带动前摆组件1300侧摆，前摆组件1300通过前摆输出轴1310而驱动机器人下肢10000侧摆，从而实现机器人的侧向移动或左右移动。同时，前摆组件1300通过前摆磁极转子1321而向前摆输出轴1310输出动力，前摆输出轴1310驱动机器人下肢10000实现前后摆动，从而实现机器人的前后移动。

综上，髋关节1000可实现高度的仿真运动，使机器人下肢10000与机器人具有多自由度的灵活运动，紧凑性与灵活性优点十分显著。

进一步优选，前摆驱动组1320还包括用于实现转速匹配的前摆减速器1323。其中，前摆减速器1323的输入端与前摆磁极转子1321连接，前摆减速器1323的输出端与前摆输出轴1310连接。

进一步优选，在一个示范性的实施例中，前摆磁极转子1321与前摆减速器1323分居侧摆组件1100的两侧。换言之，侧摆输出轴1110的传动链与前摆输出轴1310的传动链，于髋部传动组1200上形成十字交叉结构，使髋关节1000的结构进一步集中，重心位置更佳，结构紧凑性与受力分布进一步优化。

请结合参阅图9～11，机器人下肢10000还具有大腿2000、膝驱动部3000与小腿4000。其中，大腿2000与小腿4000铰接，膝驱动部3000可滑动地保持于大腿2000上，膝驱动部3000远离髋关节1000的一端与小腿4000铰接，用于驱动大腿2000与小腿4000之间的相对旋转。

优选地，大腿2000接近小腿4000的一端具有相对布置的第一连接臂2300与第二连接臂2400，第一连接臂2300与第二连接臂2400通过同一铰接轴铰接于小腿4000。具体地，通过第一连接臂2300与第二连接臂2400的紧固，小腿4000与大腿2000的连接结构更为可靠，并具有更佳的结构刚强度。

优选地，小腿4000具有第一铰接轴4100，第一铰接轴4100用于铰接大腿2000。第一铰接轴4100的位置可因应实际需要而决定，在一个示范性的实施例中，第一铰接轴4100位于小腿4000接近大腿2000的一端。

请结合参阅图12～14，膝驱动部3000具有膝部滑动组3100与膝部传动杆3200。其中，膝部滑动组3100可滑动地保持于大腿2000，膝部传动杆3200两端分别铰接于小腿4000与膝部滑动组3100，而使膝部滑动组3100相对于膝部传动杆3200、膝部传动杆3200相对于小腿4000具有旋转功能。膝部传动杆3200的结构形式多种多样，其中优选地，在本实施例中，采用刚性杆形式。

优选地，膝部滑动组3100具有膝部滑动座3110与固连于膝部滑动座3110上的滑块3120，大腿2000上设有线性导轨，膝部滑动座3110通过滑块3120而可滑动地保持于线性导轨上，膝部滑动座3110接近小腿4000的一端与膝部传动杆3200铰接。

膝部滑动座3110与大腿2000可具有多种结构构造，二者的布置形式亦各不相同。具体地，在本实施例中，大腿2000为内设第一贯通部2200的柱状结构，膝部滑动座3110为内设第二贯通部3111的柱状结构，膝部滑动座3110通过滑块3120而可滑动地保持于第一贯通部2200。

在一个示范性的实施例中，膝部滑动座3110与大腿2000的柱状结构上具有镂空结构，在去除多余材料的同时保证膝部滑动座3110与大腿2000的结构强度，减轻重量而改善运动性能。

其中，线性滑轨2100可采用多种结构形式，如滚动导轨、燕尾导轨等。线性滑轨2100与滑块3120之间可以是滑动运动，亦可以是滚动运动。

优选地，小腿4000还具有用于铰接膝部传动杆3200的第二铰接轴4200，第二铰接轴4200与第一铰接轴4100平行布置，以保证膝部传动杆3200与大腿2000的旋转方向具有平行关系。第二铰接轴4200的位置可因应实际需要决定，在一个示范性的实施例中，第二铰接轴4200位于小腿4000接近大腿2000的一端，以提供较佳的旋转结构与紧凑的结构尺寸。进一步地，在本实施例中，膝部滑动组3100与膝部传动杆3200通过第三铰接轴3130铰接。

由于膝部滑动组3100于大腿2000上线性移动，亦即膝部滑动组3100与大腿2000之间不具有相对转动。当膝部滑动组3100滑动地压迫膝部传动杆3200时，第二铰接轴4200与第三铰接轴3130分别受力。若小腿4000保持不动，膝部传动杆3200同时受力将绕第二铰接轴4200旋转，进而驱动膝部滑动组3100绕第三铰接轴3130旋转。由于膝部滑动组3100与大腿2000的连接关系，大腿2000同步地绕第一铰接轴4100旋转，从而实现大腿2000相对于小腿4000的旋转张合。

进一步优选，第二铰接轴4200位于第一铰接轴4100接近大腿2000的一侧。换言之，相较第一铰接轴4100，第二铰接轴4200更为接近小腿4000接近大腿2000的一端的末端。在此结构下，膝部传动杆3200的传动结构更为理想，避免存在旋转死角或机构相斥。

在一个示范性的实施例中，膝部传动杆3200位于第一连接臂2300与第二连接臂2400之间。进一步地，第一连接臂2300与第二连接臂2400关于膝部传动杆3200对称分布，使大腿2000与膝部传动杆3200的传动结构更为可靠。

膝驱动部3000还具有膝部驱动组3300，膝部驱动组3300具有螺旋传动轴3310与用于驱动螺旋传动轴3310旋转的膝部动力源3330，螺旋传动轴3310通过传动螺母3320与膝部滑动组3100连接，螺旋传动轴3310与传动螺母3320以螺旋传动实现连接。

具体地，螺旋传动轴3310外表面具有螺旋槽，传动螺母3320上设有具有螺旋槽的通孔，螺旋传动轴3310与传动螺母3320之间可发生螺旋旋转运动而实现螺旋传动。

在一个示范性的实施例中，螺旋传动轴3310仅具有旋转能力，而通过螺旋传动驱动传动螺母3320。传动螺母3320连接于膝部滑动组3100上，更具体而言，传动螺母3320连接于膝部滑动座3110远离小腿4000的一端，受到膝部滑动组3100的约束而失去旋转自由度，仅能实现线性运动，从而将膝部动力源3330的动力传递于膝部滑动组3100。结合前述小腿4000、大腿2000与膝部传动杆3200在膝部滑动组3100线性移动下的变化，可知膝部驱动组3300所发挥的驱动作用。

在一个示范性的实施例中，螺旋传动轴3310与传动螺母3320之间还设有滚动体，一般地，滚动体为滚珠，从而使螺旋传动轴3310与传动螺母3320之间形成滚珠丝杠副，具有较小的摩擦力与精确的传动。

其中，膝部动力源3330可以是电动机、液压马达等可输出原始驱动力的零部件结构形式。

在本实施例中，优选地，螺旋传动轴3310远离膝部动力源3330的一端位于第二贯通部3111内。

进一步优选，螺旋传动轴3310远离膝部动力源3330的一端为自由端。在一个示范性的实施例中，螺旋传动轴3310与膝部滑动座3110的中心轴具有共轴关系。进而，螺旋传动轴3310与第二贯通部3111的中心轴具有共轴关系。

具体地，螺旋传动轴3310一端固定连接于膝部动力源3330的输出轴上，例如，螺旋传动轴3310可以通过联轴器连接到电动机的输出轴上。螺旋传动轴3310远离膝部动力源3330的一端悬空而呈自由状态而成为自由端，螺旋传动轴3310的载荷将由设于螺旋传动轴3310接近膝部动力源3330一端的轴承承受。

其中，膝部动力源3330可以是电动机、液压马达等多种实施方式。在本实施例中，优选地，膝部动力源3330采用外转子盘式电机的形式，以取得较佳的轴向空间紧凑性，进一步改善机器人下肢10000的重心分布。

在此结构下，一方面，螺旋传动轴3310的安装结构得到简化，避免物料过多而造成的结构臃肿，配合关系的减少有助于降低装配复杂程度与工艺要求，节约成本；另一方面，膝部滑动座3110与螺旋传动轴3310的中心轴具有共轴或接近共轴的关系，消除或减小偏心力矩，提高膝部滑动座3110与螺旋传动轴3310之间的结构强度与使用寿命。

此外，膝部滑动座3110与螺旋传动轴3310的共轴或基本共轴的关系，亦利于压缩大腿2000的径向尺寸，使大腿2000的结构愈加紧凑。

线性滑轨2100的位置可依实际需要而定，例如是远离或接近螺旋传动轴3310。在一个示范性的实施例中，线性滑轨2100位于大腿2000远离螺旋传动轴3310的一端。进一步优选，滑块3120设于滑动座3130远离第三铰接轴3130的一端，以提高结构强度。

在一个示范性的实施例中，膝部驱动组3300还具有缓冲部3340，用于防止膝部滑动座3110过冲而引起结构破坏。具体地，缓冲部3340与传动螺母3320的距离小于滑块3120于线性滑轨2100上的最大行程。

实际应用时，当膝部滑动座3110沿接近膝部动力源3330的方向移动时，传动螺母3320将率先接触缓冲部3340，此时第三铰接轴3130与螺旋传动轴3310不发生接触，从而避免过冲碰撞。

其中，缓冲部3340的结构与材料可采用多种形式。在一个实际的应用中，缓冲部3340可以采用橡胶或聚氨酯材料制成。

优选地，滑块3120位于膝部滑动座3110远离螺旋传动轴3310的一端，并位于膝部滑动座3110上相对的两壁的外表面上，第一贯通部2200相对的两面上分别设有线性滑轨2100。

具体地，膝部滑动座3110至少具有相对的膝架第一壁3112与膝架第二壁3113，膝架第一壁3112与膝架第二壁3113的外表面分别设有滑块3120。相应地，膝架第二壁3113的第一贯通部2200亦具有相对的第一内表面2210与第二内表面2220，第一内表面2210与第二内表面2220上分别设有线性滑轨2100，以供膝架第一壁3112与膝架第二壁3113的滑块3120滑动。

在一个示范性的实施例中，膝架第一壁3112与膝架第二壁3113、第一内表面2210与第二内表面2220沿垂直于膝部滑动座3110的滑动方向的方向而分别相对布置，以较好地承受载荷，使电机驱动力与膝部滑动座3110的滑动方向保持一致，保证运动顺畅并提高承载能力。

请结合参阅图1、图15～16，机器人下肢10000还具有踝关节5000与支撑底座6000。踝关节5000用于连接小腿4000与支撑底座6000，支撑底座6000具有半圆柱结构，半圆柱结构6100的圆弧侧面6140用于与地面接触。

其中，踝关节5000具有小腿连接部5100与支座连接部5700，小腿连接部5100用于连接小腿4000，支座连接部用于连接支撑底座6000。

支撑底座6000具有半圆柱结构6100。具体地，半圆柱结构6100，是指由平面半圆沿其平面法向延伸扫描而成的柱状体。半圆柱结构6100具有轴平面6110、第一端面6120、第二端面6130与圆弧侧面6140，其中，轴平面6110是指平面半圆的直径沿平面法向延伸而成的平面，圆弧侧面6140用于与地面接触。

优选地，半圆柱结构6100的圆弧侧面6140具有多个支撑爪部6600，支撑爪部6600为于圆弧侧面6140经去除材料而成。具体地，在本实施例中，沿圆弧侧面6140分布有多组支撑爪部6600。进一步地，多组支撑爪部6600沿圆弧侧面6140均匀分布。在一组支撑爪部6600中，各个爪部沿半圆柱结构6100的轴向经去除材料而成。

优选地，半圆柱结构6100的两端端面设有用于压紧的外壳压板6800。

实施例2

本实施例是在实施例1基础上所作的一种改进，其区别在于，本实施例采用一种踝关节5000与支撑底座6000的旋转结构。具体地，踝关节5000可旋转地保持于支撑底座6000上，并具有用于驱动支撑底座6000旋转的驱动部5211。

请结合参阅图17～23，其中，支撑底座6000具有半圆柱结构6100。具体地，半圆柱结构6100，是指由平面半圆沿其平面法向延伸扫描而成的柱状体。半圆柱结构6100具有轴平面6110、第一端面6120、第二端面6130与圆弧侧面6140，其中，轴平面6110是指平面半圆的直径沿平面法向延伸而成的平面，圆弧侧面6140用于与地面接触。

半圆柱结构6100的轴平面6110上具有足部开口6200，足部开口6200可以是多种结构形式，在本实施例中，足部开口6200优选为圆孔。在另一个实施例中，足部开口6200还可以是圆台孔等其他形状。

足部开口6200与半圆柱结构6100的两端端面相交而成相对的两处侧向开口6210与连接侧向开口6210的承载侧壁6300。具体地，侧向开口6210分别位于第一端面6120与第二端面6130上，并经由位于分居两侧的承载侧壁6300而连接。亦即，足部开口6200的圆周形状于侧向开口6210处发生断裂，而不具有完整圆周。

足部开口6200的中心处设有旋转轴孔6400。具体地，足部开口6200与旋转轴孔6400形成一阶梯孔结构，并具有共轴关系。足部开口6200与旋转轴孔6400的连接处具有一台阶平面，可用于实现平面支撑。

旋转轴孔6400可具有多种孔结构形状，以适应不同的使用环境。在本实施例中，优选地，旋转轴孔6400具有圆台孔结构，圆台孔的大端位于旋转轴孔6400接近踝关节5000的一端。

具体地，圆台孔结构是指，旋转轴孔6400的孔壁具有圆台形状。其中，圆台是指以一个平行于圆锥底面的平面去截圆锥，所截得的底面与截面之间的部分。圆台孔两端中，孔径较大的一端为大端，孔径较小的一端为小端。换言之，旋转轴孔6400自足部开口6200向圆弧侧面6140而具有孔径连续递减的特性。

优选地，旋转轴孔6400的中心处具有定位轴6500，用于实现旋转件的轴向定位。具体地，定位轴6500自旋转轴孔6400的底部而向外延伸，并与旋转轴孔6400具有共轴关系，从而于旋转轴孔6400内形成环形孔状结构。

优选地，定位轴6500为具有第一轴段6510与第二轴段6520的二级阶梯轴。其中，第二轴段6520设于第一轴段6510，且第二轴段6520的轴径小于第一轴段6510，以二级阶梯轴的结构而提高孔轴之间的连接便利性，且使定位轴6500具有较佳的结构强度。

第一轴段6510与第二轴段6520的位置关系依实际需要决定，在本实施例中，优选地，第一轴段6510与第二轴段6520具有共轴关系，实现共轴旋转而避免偏心力矩的结构破坏。

优选地，半圆柱结构6100的圆弧侧面6140具有多个支撑爪部6600，支撑爪部6600为于圆弧侧面6140经去除材料而成。

具体地，在本实施例中，沿圆弧侧面6140分布有三组支撑爪部6600。在一组支撑爪部6600中，各个爪部之间沿平行于半圆柱结构6100的轴向的方向分布，并可具有相同或不同的宽度尺寸。进一步，各个爪部于圆弧侧面6140上，经沿半圆柱结构6100的轴向或径向而去除材料，从而形成具有间隙的空间结构。

进一步优选，半圆柱结构6100的圆弧侧面6140还设有用于包裹支撑爪部6600的缓冲外壳6700，缓冲外壳6700远离支撑爪部6600的一侧为弧形表面，缓冲外壳6700接近支撑爪部6600的一侧具有用于与支撑爪部6600扣合的扣接部。

具体地，缓冲外壳6700的弧形表面为规则平整表面，也可经磨砂等表面处理，以适应不同的使用场合。扣接部与支撑爪部6600的结构相适应，二者扣合而成一严密可靠的连接结构。缓冲外壳6700的材料可以是多种，例如是橡胶、耐磨硅胶等具有缓冲与支撑能力的材料类型。由此，缓冲外壳6700为支撑爪部6600提供良好的保护与缓冲，改善支撑底座6000的使用寿命。

进一步地，半圆柱结构6100的两端端面设有用于压紧缓冲外壳6700的外壳压板6800。

支撑底座6000与小腿4000通过踝关节5000连接。具体地，踝关节5000可旋转地保持于足部开口6200与旋转轴孔6400内，踝关节5000的侧面具有用于驱动支撑底座6000旋转的驱动部5211，驱动部5211可旋转地保持于侧向开口6210而接近承载侧壁6300。

具体地，踝关节5000一端连接小腿4000，另一端可旋转地保持于支撑底座6000上。驱动部5211可以是自踝关节5000的侧面向外延伸的凸起结构，于旋转过程中可与承载侧壁6300发生机械接触。

当小腿4000发生侧摆时，踝关节5000受其驱动而同步旋转。驱动部5211随踝关节5000的旋转而旋转，并逐渐接近承载侧壁6300。当驱动部5211与承载侧壁6300发生接触时，驱动部5211对承载侧壁6300施加作用力，而使承载侧壁6300所在的支撑底座6000随即发生旋转，从而实现支撑底座6000的侧摆转向功能。

在一个示范性的实施例中，驱动部5211的尺寸小于侧向开口6210的开口宽度，使驱动部5211可旋转地保持于侧向开口6210而具有一定的自由旋转空间。在此，踝关节5000相对于支撑底座6000具有一定的自由旋转空间，踝关节5000具有可调整的旋转自由度，提供踝关节5000与支撑底座6000之间的旋转调整空间，使支撑底座6000更为灵活。

优选地，踝关节5000包括小腿连接部5100与设于小腿连接部5100上的旋转轴部5200。小腿连接部5100用于连接小腿4000，而使踝关节5000具有与小腿4000同步的运动状态。旋转轴部5200的中心处具有定位轴孔5300，旋转轴部5200可旋转地保持于旋转轴孔6400内。

进一步优选，旋转轴部5200具有一体连接的定位端5210与旋转轴5220。所谓一体连接，是指定位端5210与旋转轴5220之间具有一体的运动特性，其连接形式可以是可拆卸的固定连接，也可以是不可拆卸的一体成型或焊接结构。

其中，定位端5210用于连接小腿连接部5100，并具有驱动部5211，定位端5210可旋转地保持于足部开口6200内。具体地，在一个示范性的实施例中，定位端5210具有圆盘状结构，自其圆周侧面而具有相对布置的两处驱动部5211。

旋转轴5220可旋转地保持于旋转轴孔6400内，可具有多种轴结构形式，并与旋转轴孔6400的结构形式匹配。在本实施例中，优选地，旋转轴5220具有圆台结构，以匹配旋转轴孔6400的圆台孔结构。进一步地，在一个示范性的实施例中，旋转轴孔6400与旋转轴5220之间具有间隙量不大于2mm的间隙配合，使二者之间的旋转运动更为平顺。

进一步优选，定位轴孔5300包括保持连通的第一定位轴孔5310与第二定位轴孔5320。在本实施例中，第一定位轴孔5310与第二定位轴孔5320之间并设有隔板，隔板上设有用于连通第一定位轴孔5310与第二定位轴孔5320的贯通孔，且贯通孔可供定位轴6500通过而穿出于第二定位轴孔5320内。

其中，第一定位轴孔5310设于旋转轴5220内，并设有承载轴承。承载轴承可以是多种类型，优选地，承载轴承为圆锥滚子轴承5400。具体于本实施例中，由于定位轴6500具有第一轴段6510与第二轴段6520，第一轴段6510与定位轴孔5300之间设有圆锥滚子轴承5400，以匹配定位轴6500的结构而取得更佳的承载效果。

其中，圆锥滚子轴承5400属于分离型轴承，轴承的内、外圈均具有锥形滚道，更为贴合旋转轴5220的圆台结构。换言之，具有圆台结构的旋转轴5220，沿其轴向具有锥形结构，而与圆锥滚子轴承5400具有更佳的配合效果。旋转轴5220的锥度可依实际需要而定，在一个示范性的实施例中，旋转轴5220与旋转轴孔6400的圆台孔锥度接近或保持一致。

第二定位轴孔5320设于定位端5210内，并设有承载轴承。在此，优选地，承载轴承为推力滚针轴承5500。其中，推力滚针轴承5500具有止推作用，可承受轴向载荷，且采用滚针作为滚动体可进一步压缩径向尺寸，使结构更为紧凑。

具体在本实施例中，推力滚针轴承5500设于第二轴段6520与定位轴孔5300之间。进一步地，推力滚针轴承5500远离支撑底座6000的一端设有用于压紧推力滚针轴承5500的轴承压盖5600。轴承压盖5600用于轴向压紧推力滚针轴承5500，防止推力滚针轴承5500发生轴向窜动。

更具体地，定位轴6500上设有沿其轴向的螺纹连接孔，轴承压盖5600上设有沉头孔，螺纹紧固件穿过沉头孔而锁紧于螺纹连接孔内，使轴承压盖5600、推力滚针轴承5500与定位轴6500轴向固定。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种机器人下肢，其特征在于，具有依次连接的髋关节、大腿、膝驱动部、小腿、踝关节与支撑底座：

所述髋关节具有侧摆组件与前摆组件，所述侧摆组件具有可旋转地保持于机器人躯体上的侧摆输出轴，所述前摆组件具有可旋转地保持于侧摆组件上的前摆输出轴，所述前摆输出轴与所述侧摆输出轴轴向垂直，所述前摆输出轴与所述大腿连接；

所述大腿与所述小腿铰接，所述膝驱动部可滑动地保持于大腿上，所述膝驱动部远离所述髋关节的一端与所述小腿铰接，用于驱动所述大腿与所述小腿之间的相对旋转；

所述踝关节用于连接所述小腿与所述支撑底座，所述支撑底座具有半圆柱结构，所述半圆柱结构的圆弧侧面用于与地面接触。

2.根据权利要求1所述的机器人下肢，其特征在于，所述髋关节还具有髋部传动组，所述髋部传动组两端分别连接所述侧摆输出轴与所述机器人躯体，所述传动组在所述侧摆输出轴的驱动下可旋转地保持于所述机器人躯体上，所述前摆组件设于所述传动组上。

3.根据权利要求2所述的机器人下肢，其特征在于，所述髋部传动组包括髋部传动架，所述髋部传动架具有第一壁、第二壁及连接所述第一壁与所述第二壁的环形周壁，所述环形周壁上设有侧摆连接端与躯体连接端，所述侧摆连接端用于连接所述侧摆输出轴，所述躯体连接端可旋转地保持于所述机器人躯体上。

4.根据权利要求2所述的机器人下肢，其特征在于，所述侧摆输出轴具有用于驱动其旋转的侧摆驱动组，所述侧摆驱动组为外转子盘式电机；和/或所述前摆输出轴具有用于驱动其旋转的前摆驱动组，所述前摆输出轴为外转子盘式电机，所述传动组沿所述机器人躯体的前后移动方向的两侧分别与所述侧摆组件、所述机器人躯体连接，所述传动组沿所述机器人躯体的左右移动方向的两侧分别与所述前摆驱动组、所述大腿连接。

5.根据权利要求1所述的机器人下肢，其特征在于，所述膝驱动部包括膝部滑动组、膝部驱动组与膝部传动杆，所述膝部滑动组可滑动地保持于所述大腿上，所述膝部驱动组具有螺旋传动轴与用于驱动所述螺旋传动轴旋转的膝部动力源，所述螺旋传动轴通过传动螺母与所述滑动组连接，所述螺旋传动轴与所述传动螺母以螺旋传动实现连接，所述膝部传动杆两端分别铰接于所述滑动组与所述大腿上。

6.根据权利要求5所述的机器人下肢，其特征在于，所述膝部滑动组具有膝部滑动座与固连于所述膝部滑动座上的滑块，所述大腿上设有线性导轨，所述膝部滑动座通过所述滑块而可滑动地保持于所述线性导轨上，所述膝部滑动座一端连接所述传动螺母，另一端与所述膝部传动杆铰接。

7.根据权利要求6所述的机器人下肢，其特征在于，所述大腿为内设第一贯通部的柱状结构，所述膝部滑动座为内设第二贯通部的柱状结构，所述膝部滑动座通过所述滑块而可滑动地保持于所述第一贯通部，所述螺旋传动轴远离所述膝部动力源的一端位于所述第二贯通部内，所述螺旋传动轴远离所述膝部动力源的一端为自由端。

8.根据权利要求5所述的机器人下肢，其特征在于，所述小腿具有平行布置的第一铰接轴与第二铰接轴，所述第一铰接轴用于铰接所述大腿，所述第二铰接轴用于铰接所述膝部传动杆，所述第一铰接轴与所述第二铰接轴均位于所述小腿接近所述大腿的一端，所述第二铰接轴位于所述第一铰接轴接近所述大腿的一侧。

9.根据权利要求1所述的机器人下肢，其特征在于，所述踝关节可旋转地保持于所述支撑底座上，并具有用于驱动所述支撑底座旋转的驱动部；

和/或所述半圆柱结构具有轴平面，所述轴平面上具有足部开口，所述足部开口与所述半圆柱结构的两端端面相交而成相对的两处侧向开口与连接所述侧向开口的承载侧壁，所述足部开口的中心处设有旋转轴孔，所述踝关节可旋转地保持于所述足部开口与所述旋转轴孔内，所述踝关节的侧面具有所述驱动部，所述驱动部可旋转地保持于所述侧向开口而接近所述承载侧壁。

10.根据权利要求9所述的机器人下肢，其特征在于，所述旋转轴孔具有圆台孔结构，所述圆台孔的大端位于所述旋转轴孔接近所述踝关节的一端；和/或所述踝关节具有踝旋转轴，所述踝旋转轴具有圆台结构，所述踝旋转轴可旋转地保持于所述旋转轴孔内。