CN209535273U - 一种人形机器人腿部结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种人形机器人腿部结构，该腿部结构包括腿部结构单元，腿部结构单元包括：第一舵机、第二舵机和第三舵机，第一舵机通过第一连接件与第二舵机连接，构成第一组行走机构；第二舵机通过第二连接件与第三舵机连接，构成第二组行走机构，第三舵机的底部连接机器人的脚部结构，其中，第一舵机带动腿部结构在水平面上的摆动，模拟人类跨部结构，第一组行走机构提供腿部结构的前后移动，模拟人的大腿部分，第二组行走机构提供腿部结构左右摆动，模拟人的小腿部分。整个腿部机构最大程度的模拟了人体骨骼的结构，提高了人形机器人在步态行走过程中的稳定性和灵活性，而且相对于传统的腿部结构，舵机数量较少，节约成本。

Description

一种人形机器人腿部结构

技术领域

本实用新型属于机器人技术领域，涉及一种人形机器人腿部结构。

背景技术

人形机器人是指模仿人类外观和行为的机器人，在结构组成上与人体具有相似的肌体组织。腿部结构是人形机器人中重要的组成部分，直接决定了整个机器人的稳定性和灵活性，人类的步态行走是一个复杂的循环过程，通过下体骨骼和肌肉的协同配合，可以实现在复杂崎岖的地面行走、跳跃、调整重心等动作。人类腿部的结构对人形机器人的腿部结构具有非常重要的参考价值。

目前现有的人形机器人是通过增加舵机数量的方式来维持机器人的稳定性，但增加舵机数量的同时一方面提高了机器人的控制的难度，另一方面增加了自身的重量，如申请号为201720204288.3的实用新型专利中的人形机器人的两个腿部结构中有八个舵机驱动，数量众多的舵机使得控制系统的复杂程度大大提高，同时使系统的稳定性有所降低；而且该腿部结构只能前后左右移动，还不能实现转动。

发明内容

针对上述现有技术，本实用新型提供了一种人形机器人腿部结构的，在使用有限数量舵机的前提下，使得机器人的行走更加接近人类的步态行走，解决现有的腿部结构舵机数量多使得机器人控制难度高的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种人形机器人腿部结构，用于连接机器人腰部结构和脚部结构，该腿部结构包括腿部结构单元，所述的腿部结构单元包括：

第一舵机、第二舵机和第三舵机，第一舵机通过第一连接件与第二舵机连接，构成第一组行走机构；第二舵机通过第二连接件与第三舵机连接，构成第二组行走机构，第三舵机的底部连接机器人的脚部结构，其中，第一舵机带动腿部结构在水平面上的摆动，第一组行走机构提供腿部结构的前后移动，第二组行走机构提供腿部结构左右摆动。

具体的，所述的第一连接件包括第一转接机构和两个第一H型连杆，两个第一H型连杆的一端均可活动连接在第一转接机构上，另一端均可活动连接在第二舵机上；所述的第一转接机构连接在第一舵机上，第一舵机能够带动第一转接机构转动。

更具体的，所述的第一转接机构为一平板。

具体的，所述的第二连接件包括第二转接机构和两个第二H型连杆，两个第二H型连杆一端均可活动连接在第二转接机构上，另一端均可活动连接在第三舵机上；所述的第二转接机构固定在第一舵机上，第一舵机能够带动第一转接机构转动。

更具体的，所述的第二转接机构为一平板。

具体的，所述的腿部结构单元有两个，两个第一舵机设置在在一框体内构成胯部结构。

进一步的，所述的第一组行走机构在前后摆动中，第一组行走机构的摆动角度使得摆动后第二舵机的输出轴位于胯部结构的左右侧面的竖直中垂面上；

所述的第二组行走机构在左右摆动中，第二组行走机构的摆动角度使得摆动后第三舵机的输出轴位于胯部结构的前后侧面的竖直中垂面上。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的人形机器人的腿部结构中的第一舵机模拟人类跨部结构，可以为腿部结构提供在水平面上的自由度，使机器人可以实现抬腿后的左转和右转。第二舵机与第一连接件构成的第一组行走机构，模拟人的大腿部分，可以使大腿部分前后摆动。第三舵机与第二连接件构构成第二组行走机构，模拟人的小腿部分，可以使小腿部分左右摆动。本实用新型的整个腿部机构最大程度的模拟了人体骨骼的结构，提高了人形机器人在步态行走过程中的稳定性和灵活性，为机器人拟人步态行走提供了结构支持；而且相对于传统的腿部结构，舵机数量较少，节约成本。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是人形机器人腿部结构的结构示意图。

图2是人形机器人腿部结构在运动过程中“大腿”部分的结构示意图。

图3是人形机器人腿部结构在运动过程中“小腿”部分的结构示意图。

图中各标号表示为：1-腿部结构单元，2-脚部结构，3-框体；

11-第一舵机，12-第二舵机，13-第三舵机，14-第一连接件，15-第一组行走机构，16-第二连接件，17-第二组行走机构，18-第二舵机输出轴，19- 第三舵机输出轴；

141-第一转接机构，142-第一H型连杆；

161-第二转接机构，162-第二H型连杆。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施方式，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外，“前、后、左、右、底、顶”是以图1的图面为基准定义的。

如图1所示，本实用新型公开了一种人形机器人腿部结构，该腿部结构用于连接机器人腰部结构和脚部结构2，该腿部结构包括两个结构相同的腿部结构单元1，其中，腿部结构单元1包括：第一舵机11、第二舵机12和第三舵机13。第一舵机11通过第一连接件14与第二舵机12连接，构成第一组行走机构15；第二舵机12通过第二连接件16与第三舵机13连接，构成第二组行走机构17，第三舵机13的底部连接机器人的脚部结构2。在本实用新型的一个实施例中，脚部结构2为一平板。

其中，将两个第一舵机11固定在框体3内，并且使得第一舵机11的输出端向下，模拟人的“胯部”，可以带动腿部结构在水平面上的转动，为腿部结构提高水平面上的自由度；第一组行走机构15模拟人的“大腿”，如图2所示，提供腿部结构单元1行走过程中的前后移动；第二组行走机构 17模拟人的“小腿”，如图3所示，提供腿部结构单元1的左右移动。本实用新型的整个腿部机构最大程度的模拟了人体骨骼的结构，提高了人形机器人在步态行走过程中的稳定性和灵活性，为机器人拟人步态行走提供了结构支持；而且相对于传统的腿部结构，舵机数量较少，节约成本。

具体的，第一连接件14包括第一转接机构141和两个第一H型连杆 142，两个第一H型连杆142的一端均活动连接在第一转接机构141上，另一端均活动连接在第二舵机12上；第一转接机构141连接在第一舵机11 上，第一舵机11带动第一转接机构141转动。

第二连接件16包括第二转接机构161和两个第二H型连杆162，两个第二H型连杆162一端均活动连接在第二转接机构161上，另一端均活动连接在第三舵机13上；所述的第二转接机构161固定在第一舵机11上，第一舵机11带动第二转接机构161转动。采用H型连杆使得第一组行走机构 15和第二组行走机构17均形成四杆机构，保持了机器人在步态行走过程中的稳定性。

第一组行走机构15在前后摆动过程中，两个第一H型连杆142向后偏移一定度数，偏移后与第一H型连杆142连接的第二舵机12的输出轴位于机器人胯部结构的左右侧面的竖直中垂面上，如图2所示。第二组行走机构 17在的左右摆动过程中两个第二H型连杆162向左偏移一定度数，偏移后与第二H型连杆162连接的第三舵机13输出轴位于机器人胯部结构的前后侧面的竖直中垂面上，如图3所示。这样，在步态行走的过程中机器人可以实现一条腿支撑起整个结构，另一条腿实现抬腿迈步的动作，或在第一舵机 11的控制下实现步态转弯的功能，保证了机器人在步态行走过程中的稳定性。

优选的，第一转接机构141和第二转接机构161均为平板，简化结构。

本实用新型机器人的工作过程和原理为：

结合图2和图3所示，人形机器人步态行走的过程中，首先是第一组行走机构15(即“大腿”部分)的前后摆动，之后是第二组行走机构17(即“小腿”部分)的左右摆动；在行走过程中根据需要选择第一舵机控制整个腿部结构实现步态转弯的功能。“大腿”部分的前后摆动过程中两个第一H 型连杆142向后偏移一定度数，偏移后与第一H型连杆142连接的第二舵机12的输出轴与机器人胯部结构的左右侧面的竖直中心面竖直对齐，如图 2所示。“小腿”部分的左右摆动过程中两个第二H型连杆162向左偏移一定度数，偏移后与第二H型连杆162连接的第三舵机13输出轴位于机器人胯部结构的前后侧面的竖直中心面上，如图3所示。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。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技术方案中的具体含义。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (7)

1.一种人形机器人腿部结构，用于连接机器人腰部结构和脚部结构(2)，其特征在于，该腿部结构包括腿部结构单元(1)，所述的腿部结构单元(1)包括：

第一舵机(11)、第二舵机(12)和第三舵机(13)，第一舵机(11)通过第一连接件(14)与第二舵机(12)连接，构成第一组行走机构(15)；第二舵机(12)通过第二连接件(16)与第三舵机(13)连接，构成第二组行走机构(17)，第三舵机(13)的底部连接机器人的脚部结构(2)，其中，第一舵机(11)带动腿部结构在水平面上的转动，第一组行走机构(15)提供腿部结构单元(1)的前后摆动，第二组行走机构(17)提供腿部结构单元(1)的左右摆动。

2.如权利要求1所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的第一连接件(14)包括第一转接机构(141)和两个第一H型连杆(142)，两个第一H型连杆(142)的一端均活动连接在第一转接机构(141)上，另一端均活动连接在第二舵机(12)上；所述的第一转接机构(141)连接在第一舵机(11)上，第一舵机(11)带动第一转接机构(141)转动。

3.如权利要求2所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的第一转接机构(141)为平板。

4.如权利要求1所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的第二连接件(16)包括第二转接机构(161)和两个第二H型连杆(162)，两个第二H型连杆(162)一端均活动连接在第二转接机构(161)上，另一端均活动连接在第三舵机(13)上；所述的第二转接机构(161)固定在第一舵机(11)上，第一舵机(11)带动第二转接机构(161)转动。

5.如权利要求4所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的第二转接机构(161)为平板。

6.如权利要求1所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的腿部结构单元(1)有两个，两个第一舵机(11)设置在一框体(3)内构成胯部结构。

7.如权利要求6所述的人形机器人腿部结构，其特征在于，所述的第一组行走机构(15)在前后摆动中，第一组行走机构(15)的摆动角度使得摆动后第二舵机输出轴(18)位于胯部结构的左右侧面的竖直中垂面上；

所述的第二组行走机构(17)在左右摆动中，第二组行走机构(17)的摆动角度使得摆动后第三舵机输出轴(19)位于胯部结构的前后侧面的竖直中垂面上。