CN220948276U - 一种膝关节结构、机械腿及双足机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种膝关节结构、机械腿及双足机器人。该膝关节结构包括膝关节结构件，其具有第一连接点、第二连接点、第三连接点和第四连接点；第一连接点与第二连接点位于第一直线L₁，第三连接点与第四连接点位于第二直线L₂，第一直线L₁与第二直线L₂交汇于一点；膝关节结构件与大腿部在第一连接点和第二连接点处转动连接，膝关节结构件与小腿部在第三连接点和第四连接点处转动连接。膝关节结构件作为连接大腿部与小腿部的结构件，与大腿部转动连接的两个连接点位于第一直线L₁，与小腿部转动连接的两个连接点位于第二直线L₂，而第一直线L₁与第二直线L₂相交，无需复杂结构设计，可以显著降低机械腿的腿部重量和生产难度。

Description

一种膝关节结构、机械腿及双足机器人

技术领域

本实用新型涉及智能机器人技术领域，尤其涉及一种膝关节结构、机械腿及双足机器人。

背景技术

人形机器人(又称仿人机器人)成为当前机器人领域的热点发展方向。社会老龄化问题越来越严重，发展人形机器人能够弥补年轻劳动力的不足，解决老龄化社会的各类问题。

人形机器人的一个研究重点是机械腿。相比履带式或轮式机械腿，双足机器人更接近真人。双足机器人中的膝关节结构连接大腿结构和小腿结构，起到承上启下的作用。目前，双足机器人的膝关节结构设计复杂，增加了机械腿的重量及生产难度。

实用新型内容

本实用新型提供了一种膝关节结构、机械腿及双足机器人，旨在解决目前的双足机器人中的膝关节的设计结构复杂的问题。

本实用新型的技术方案如下：

1、一种膝关节结构，用于机械腿，所述机械腿包括大腿部和小腿部，所述膝关节结构包括膝关节结构件，所述膝关节结构件具有第一连接点、第二连接点、第三连接点和第四连接点；所述第一连接点与所述第二连接点位于第一直线L₁，所述第三连接点与所述第四连接点位于第二直线L₂，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂交汇于一点；

所述膝关节结构件与所述大腿部在所述第一连接点处和所述第二连接点处转动连接，所述膝关节结构件与所述小腿部在所述第三连接点处和所述第四连接点处转动连接。

2、根据技术方案1所述的膝关节结构，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂的交汇点位于所述膝关节结构件。

3、根据技术方案2所述的膝关节结构，所述第一连接点和/或所述第三连接点与所述交汇点重合。

4、根据技术方案3所述的膝关节结构，所述膝关节结构件为三角形结构，三个顶点分别为第一顶点A、第二顶点B和第三顶点C；

所述第一连接点和/或所述第三连接点与所述第一顶点A重合，所述第二连接点与所述第二顶点B重合，所述第四连接点与所述第三顶点C重合。

5、根据技术方案1所述的膝关节结构，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂的交汇点位于所述膝关节结构件之外。

6、根据技术方案5所述的膝关节结构，所述膝关节结构件为梯形结构，所述第一连接点、所述第二连接点、所述第三连接点和所述第四连接点分别位于所述梯形结构的四个顶点处。

7、根据技术方案1至6任一项所述的膝关节结构，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂于所述膝关节结构件的前侧方向上交汇于一点；或

所述第一直线L₁与所述第二直线L₂于所述膝关节结构件的后侧方向上交汇于一点。

8、根据技术方案1至7任一项所述的膝关节结构，所述膝关节结构件为一体结构或包括多个结构单元的分体结构。

9、根据技术方案1至8任一项所述的膝关节结构，所述膝关节结构包括两个平行设置的所述膝关节结构件以及用于固定连接两个所述膝关节结构件的固定件。

10、一种机械腿，包括：

大腿结构，包括髋关节部和大腿部；

技术方案1至9任一项所述的膝关节结构；

小腿结构，包括小腿部和足部。

11、根据技术10所述的机械腿，所述大腿部包括：

大腿前部，上下两端分别与所述髋关节部的前侧和所述膝关节部的前侧转动连接；

大腿后部，上下两端分别与所述髋关节部的后侧和所述膝关节部的后侧转动连接；所述髋关节部、所述大腿前部、所述膝关节部和所述大腿后部构成平行四连杆结构；

第一推杆装置，上端连接于所述髋关节部，下端连接于所述大腿前部；所述大腿前部为主动件，所述大腿后部为从动件，所述大腿前部在所述第一推杆装置的驱动下可相对于所述髋关节部转动，且带动所述大腿后部同步相对于所述髋关节部转动。

12、根据技术方案11所述的机械腿，所述第一推杆装置具有第一上连接部与第一下连接部；

所述第一推杆装置通过所述第一上连接部连接于所述髋关节部，通过所述第一下连接部连接于所述大腿前部。

13、根据技术方案12所述的机械腿，所述第一上连接部位于所述第一推杆装置的两侧。

14、根据技术方案13所述的机械腿，所述第一推杆装置包括：

电机，下方两侧具有第一上连接部；

丝杠，连接于所述电机的输出轴；和

推杆，连接于所述丝杠，下端具有第一下连接部，且被配置为：当所述电机转动时，在所述丝杠的带动下沿所述电机的输出轴的轴向做直线运动。

15、根据技术方案11至14任一项所述的机械腿，所述大腿前部包括：

第一本体；

髋连接部，位于所述第一本体的上端，与所述髋关节部转动连接；

第一膝连接部，位于所述第一本体的下端，与所述膝关节部转动连接。

16、根据技术方案15所述的机械腿，所述第一本体包括第一前支撑件和分别与所述第一前支撑件两侧连接的一对第一侧支撑件；

所述髋连接部连接于所述第一前支撑件和/或第一侧支撑件的上端；

所述第一膝连接部连接于所述第一前支撑件和/或第一侧支撑件的下端。

17、根据技术方案15所述的机械腿，所述第一本体为具有第一容纳腔的壳体结构，所述第一推杆装置至少部分位于所述第一容纳腔中。

18、根据技术方案11至17任一项所述的机械腿，所述大腿后部包括一对第二侧支撑件，上下两端分别与所述髋关节部的后侧和所述膝关节部的后侧转动连接。

19、根据技术方案10至18任一项所述的机械腿，所述髋关节部包括髋支架，所述髋支架包括髋顶部和分别连接于所述髋顶部前后的髋前侧部和髋后侧部；

所述大腿前部与所述第一推杆装置转动连接于所述髋前侧部；所述大腿后部转动连接于所述髋后侧部。

20、根据技术方案19所述的机械腿，所述髋关节部还包括髋旋转关节模组，输出轴垂直地面且连接于所述髋顶部，用于驱动所述髋支架在水平面上绕所述髋旋转关节模组的输出轴转动。

21、根据技术方案10至20任一项所述的机械腿，所述小腿部包括：

小腿前部，上下两端分别与所述膝关节部的前侧和所述足部的前侧连接；

小腿后部，上下两端分别与所述膝关节部的后侧和所述足部的后侧连接；所述膝关节部、所述小腿前部、所述小腿后部和所述足部构成平行四连杆结构。

22、根据技术方案21所述的机械腿，所述小腿部还包括第二推杆装置，上端连接于所述大腿前部，下端连接于所述小腿前部。

23、根据技术方案22所述的机械腿，所述第二推杆装置具有第二上连接部和第二下连接部；

所述第二推杆装置通过所述第二上连接部连接于所述大腿前部，通过所述第二下连接部连接于所述小腿前部。

24、根据技术方案23所述的机械腿，所述第二上连接部分布于所述第二推杆装置的两侧。

25、根据技术方案24所述的机械腿，所述第二推杆装置包括：

电机，下方两侧具有第二上连接部；

丝杠，连接于所述电机的输出轴；和

推杆，连接于所述丝杠，下端具有第二下连接部，且被配置为：当所述电机转动时，在所述丝杠的带动下沿所述电机的输出轴的轴向做直线运动。

26、根据技术方案21至25任一项所述的机械腿，所述小腿前部包括：

第二本体；

第二膝连接部，位于所述第二本体的上端，与所述膝关节部转动连接；

足连接部，位于所述第二本体的下端，与所述足部转动连接。

27、根据技术方案26所述的机械腿，所述第二本体包括第二前支撑件和分别与所述第二前支撑件两侧连接的一对第三侧支撑件；

所述第二膝连接部连接于所述第二前支撑件和/或第三侧支撑件的上端；

所述足连接部连接于所述第二前支撑件和/或第二侧支撑件的下端。

28、根据技术方案26所述的机械腿，所述第二本体为具有第二容纳腔的壳体结构。

29、根据技术方案21至28任一项所述的机械腿，所述小腿后部包括一对第四侧支撑件，上下两端分别与所述膝关节部的后侧和所述足部的后侧转动连接。

30、根据技术方案29所述的机械腿，所述小腿后部为一体结构，其中，一对所述第四侧支撑件的下部为一体结构。

31、根据技术方案10至30任一项所述的机械腿，所述足部包括：

足板；

第一安装部，位于所述足板的前侧，与所述小腿前部连接；和

第二安装部，位于所述足板的后侧，与所述小腿后部连接。

32、一种双足机器人，包括两个技术方案12至31任一项所述的机械腿。

33、根据技术方案32所述的双足机器人，还包括腰部装置；两个所述机械腿分别位于所述腰部装置的两侧。

34、根据技术方案33所述的双足机器人，所述腰部装置包括：

腰部支架；

第一腰部关节模组，安装于所述腰部支架上，输出轴垂直地面，用于驱动所述腰部支架绕所述第一腰部关节模组的输出轴转动；

第二腰部关节模组，安装于所述腰部支架侧面，输出轴平行地面，用于驱动所述腰部支架绕所述第二腰部关节模组的输出轴转动。

本实用新型的上述技术方案具有如下优点：

膝关节结构件作为连接大腿部与小腿部的结构件，与大腿部转动连接的两个连接点位于第一直线L₁，与小腿部转动连接的两个连接点位于第二直线L₂，而第一直线L₁与第二直线L₂相交，无需复杂结构设计，可以显著降低机械腿的腿部重量和生产难度。而且，这使膝关节结构件与大腿部和小腿部构成三角约束关系，当大腿部发生运动时，小腿部在膝关节结构件的联动配合下发生相应的运动，便于实现大腿部带动小腿部运动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是膝关节结构件具有4个连接点的示意图(两条直线交汇于后侧)；

图2是膝关节结构件的连接点示意图(两条直线交汇于后侧)；

图3是膝关节结构件具有3个连接点的示意图(两条直线交汇于后侧)；

图4是膝关节结构件具有4个连接点的另一示意图(两条直线交汇于后侧)；

图5是膝关节结构件另一使用方式下的示意图；

图6是分体式膝关节结构件的示意图；

图7是膝关节结构的立体图；

图8是本申请一实施方式的机械腿的结构示意图；

图9是本申请另一实施方式的机械腿的结构示意图；

图10是本申请一实施方式的机械腿两个角度下的立体图；

图11是大腿前部两个角度下的立体图；

图12是小腿前部两个角度下的立体图。

附图标记说明：

110：髋关节部；111：髋顶部；112：髋前侧部；113：髋后侧部；114：髋旋转关节模组；

120：大腿部；121：大腿前部；1211：第一本体；12111：第一前支撑件；12112：第一侧支撑件；1212：髋连接部；1213：第一膝连接部；122：大腿后部；123：第一推杆装置；

130：膝关节部；131：膝关节结构件；1311：第一连接点；1312：第二连接点；1313：第三连接点；1314：第四连接点；132：固定件；

140：小腿部；141：小腿前部；1411：第二本体；14111：第二前支撑件；14112：第三侧支撑件；1412：第二膝连接部；1413：足连接部；142：小腿后部；143：第二推杆装置；

150：足部；151：足板；152：第一安装部；153：第二安装部；

210：腰部支架；220：第一腰部关节模组；230：第二腰部关节模组。

实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同的对象，并不表示任何顺序或者重要性。

在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本申请的描述中，“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。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申请中的具体含义。

在本申请的描述中，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

需要说明的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

本申请一实施例提供了一种膝关节结构130，应用于机器人的机械腿，该机械腿包括大腿部120、膝关结构130和小腿部140。膝关结构130连接大腿部120和小腿部140。

参考图1，该膝关节结构130包括膝关节结构件131，该膝关节结构件131具有第一连接点1311、第二连接点1312、第三连接点1313和第四连接点1314；第一连接点1311与第二连接点1312位于第一直线L₁，第三连接点1313与第四连接点1314位于第二直线L₂，第一直线L₁与第二直线L₂交汇于一点；

膝关节结构件131与大腿部120在第一连接点1311处和第二连接点1312处转动连接，膝关节结构件131与小腿部140在第三连接点1313处和第四连接点1314处转动连接。

在本申请提供的技术方案中，膝关节结构件131作为连接大腿部120与小腿部140的结构件，与大腿部120转动连接的两个连接点位于第一直线L₁，与小腿部140转动连接的两个连接点位于第二直线L₂，而第一直线L₁与第二直线L₂相交，无需复杂结构设计，可以显著降低机械腿的腿部重量和生产难度。而且，这使膝关节结构件131与大腿部120和小腿部140构成三角约束关系，当大腿部120发生运动时，小腿部140在膝关节结构件131的联动配合下发生相应的运动，便于实现大腿部120带动小腿部140运动。

应当理解的是，第一直线L₁与第一直线L₂为虚拟线条，并不代表膝关节结构件131上必须画有这两条直线的实体线条。

应当理解的是，第一连接点1311与第二连接点1312位于第一直线L₁，可以理解为第一连接点1311的圆心与第二连接点1312的圆心位于第一直线L₁；第三连接点1313与第四连接点1314位于第二直线L₂，可以理解为第三连接点1313的圆心与第四连接点1314的圆心位于第二直线L₂。

还应当理解的是，图中所示各个连接点的位置与尺寸仅为示例说明，其实际位置与尺寸可根据实际需求确定。

继续参考图1，第一直线L₁与第二直线L₂的交汇点位于膝关节结构件131。下面结合图2对这一技术方案进行详细说明。

假设交汇点为a₁，第一连接点1311与第二连接点1312理论上可以位于以a₁为起点的第一直线L₁任意位置处(无需说明的是，第一连接点1311与第二连接点13120须在膝关节结构件131上)；第三连接点1313与第四连接点1314理论上可以位于以a₁为起点的第二直线L₂任意位置处(无需说明的是，第三连接点1313与第四连接点1314须在膝关节结构件131上)。

如图2所示，第一连接点1311可以在a₁处，第二连接点1312可以在a₂处或a₃处或a₄处；第一连接点1311可以在a₂处，第二连接点1312可以在a₃处或a₄处；第一连接点1311可以在a₃处，第二连接点1312可以在a₄处。

第三连接点1313可以在a₁处，第四连接点1314可以在a₅处或a₆处或a₇处；第三连接点1313可以在a₅处，第四连接点1314可以在a₆处或a₇处；第三连接点1313可以在a₆处，第四连接点1314可以在a₇处。

需要说明的是，上述第一连接点1311与第二连接点1312在第一直线L₁上的任一方案可与第三连接点1313与第四连接点1314在第二直线L₂上的任一方案组合，构成膝关节结构件131上的连接点的布局方案。

需要说明的是，理论上虽如此，但在实际设计时还需要考虑实际情况确定连接点的位置。

继续参考图2，第一连接点1311和/或第三连接点1313与交汇点重合。

结合前述内容可知，当只有第一连接点1311与交汇点重合，也就是只有第一连接点1311在a₁处时，第二连接点1312可以在以a₁为起点的第一直线L₁任意位置处(不包含a₁位置)，第三连接点1313与第四连接点1314可以在以a₁为起点的第二直线L₂任意位置处(不包含a₁位置)。

当只有第三连接点1313与交汇点重合，也就是只有第三连接点1313在a₁处时，第四连接点1314可以在以a₁为起点的第二直线L₂任意位置处(不包含a₁位置)，第一连接点1311与第二连接点1312可以在以a₁为起点的第一直线L₁任意位置处(不包含a₁位置)。

当第一连接点1311和第三连接点1313均与交汇点重合时，也就是第一连接点1311和第三连接点1313均在a₁处时，此时膝关节结构件131上具有三个连接点，第二连接点1312可以在以a₁为起点的第一直线L₁任意位置处(不包含a₁位置)，第四连接点1314可以在以a₁为起点的第二直线L₂任意位置处(不包含a₁位置)。

在本申请提供的技术方案中，膝关节结构件131的形状可以为任意形状的结构。如，可以为圆形结构，可以为梯形结构，可以为三角形结构，可以为异型结构(如T形结构)。参考图3，在一些实施方式中，膝关节结构件131为三角形结构，三个顶点分别为第一顶点A、第二顶点B和第三顶点C；第一连接点1311和/或第三连接点1313与第一顶点A重合，第二连接点1312与第二顶点B重合，第四连接点1314与第三顶点C重合，也就是第一连接点1311和/或第三连接点1313在第一顶点A处，第二连接点1312在第二顶点B处，第四连接点1314在第三顶点C处。应当理解的是，膝关节结构件131可以为任意的三角形结构。

在一些实施方式中，参考图4，第一直线L₁与第二直线L₂的交汇点位于膝关节结构件131之外，也就是，交汇点不位于膝关节结构件131上。同样地，结合前文内容可知，第一连接点1311与第二连接点1312理论上可以位于以交汇点为起点的第一直线L₁任意位置处；第三连接点1313与第四连接点1314理论上可以位于以交汇点为起点的第二直线L₂任意位置处。

应当理解的是，第一连接点1311、第二连接点1312、第三连接点1313与第四连接点1314须在膝关节结构件131上。

继续参考图4，在一些实施方式中，膝关节结构件131为梯形结构，第一连接点1311、第二连接点1312、第三连接点1313和第四连接点1314分别位于梯形结构的四个顶点处。

参考图1至图4，在一些实施方式中，第一直线L₁与第二直线L₂于膝关节结构件131的后侧方向上交汇于一点。

参考图5，在一些实施方式中，第一直线L₁与第二直线L₂于膝关节结构件131的前侧方向上交汇于一点。

也就是说，膝关节结构件131在腿部装置中可以按照上述任一方式使用，从而形成第一直线L₁与第二直线L₂于膝关节结构件131的后侧方向上交汇于一点的方案或第一直线L₁与第二直线L₂于膝关节结构件131的前侧方向上交汇于一点的方案。

在一些实施方式中，参考图3，膝关节结构件131为一体结构，即膝关节结构件131为三角形板。

在一些实施方式中，如图6，膝关节结构件131可以是包括多个结构单元的分体结构。在图6所示的技术方案中，膝关节结构件131包括第一连接件、第二连接件和第三连接件，三者首尾依次固定连接形成带有孔洞的三角形结构。

应当理解的是，任何形状的、连接点以前述任一方案布局的膝关节结构件131均可为一体结构或包括多个结构单元的分体结构。

应当理解的是，当膝关节结构件131为包括多个结构单元的分体式结构时，各个结构单元可以相同，也可以不同。

参考图7，该膝关节结构130包括两个平行设置的膝关节结构件131以及用于固定连接两个膝关节结构件131的固定件132。

本申请还提供了一种机械腿。图8示出了一实施方式提供的机械腿。图9示出了另一实施方式提供的机械腿。图10示出了图8所示机械腿的立体图。

该机械腿包括上述任一实施方式提供的膝关节结构，还包括大腿结构和小腿结构，大腿结构包括髋关节部110和大腿部120，小腿结构包括小腿部140和足部150。

在一些实施方式中，大腿部120包括：

大腿前部121，上下两端分别与髋关节部110的前侧和膝关节部130的前侧转动连接；

大腿后部122，上下两端分别与髋关节部110的后侧和膝关节部130的后侧转动连接；髋关节部110、大腿前部121、膝关节部130和大腿后部122构成平行四连杆结构；

第一推杆装置123，上端连接于髋关节部110，下端连接于大腿前部121；大腿前部121为主动件，大腿后部122为从动件，大腿前部121在第一推杆装置123的驱动下可相对于髋关节部110转动，且带动大腿后部122同步相对于髋关节部110转动。

本申请的大腿结构包括髋关节部110和大腿部120，且大腿部120设计为包括大腿前部121和大腿后部122的分体式结构，且采用第一推杆装置123作为驱动，具有如下优点：

通过分体式结构设计，一方面可降低大腿结构的重量，另一方面使髋关节部110、大腿前部121、膝关节部130和大腿后部122构成平行四连杆结构，在第一推杆装置123的驱动下，大腿前部121作为主动件，大腿后部122作为从动件，能够实现两者的同步运动，使大腿部整体可相对髋关节部110前后摆动，降低大腿结构的控制难度。

采用推杆装置作为驱动，相比关节模组，也可以降低大腿结构的重量。而且，由于推杆装置倾斜设置，且其长度可调节，从而能够在不同运动状态下起到固定作用，增强大腿结构的稳定性。

第一推杆装置123具有第一上连接部与第一下连接部；第一推杆装置123通过第一上连接部连接于髋关节部110，通过第一下连接部连接于大腿前部121。

第一上连接部可以为转轴结构，第一下连接部可以为带有轴孔的结构，在髋关节部110和大腿前部121上则设置有与两者配合的连接结构。

在一些实施方式中，第一上连接部分布于第一推杆装置123的两侧，使第一推杆转置123连接于髋关节部110的两侧。相比单点连接，控制精度得以增加。

在一些实施方式中，第一推杆装置123包括：

电机，下方两侧具有第一上连接部；

丝杠，连接于电机的输出轴；和

推杆，连接于丝杠，下端具有第一下连接部，且被配置为：当电机转动时，在丝杠的带动下沿电机的输出轴的轴向做直线运动，实现推杆的伸缩。

参考图11，大腿前部121包括：

第一本体1211；第一本体1211包括第一前支撑件12111和分别与第一前支撑件12111两侧连接的一对第一侧支撑件12112；在一些实施方式中，第一本体1211为具有第一容纳腔的壳体结构，第一推杆装置123至少部分位于第一容纳腔中，减少推杆外露；第一前支撑件12111和第一侧支撑件12112的实现方式有多种，如，第一前支撑件12111和第一侧支撑件12112均可采用板状结构，增强大腿前部121的强度，且三者可围成具有第一容纳腔的壳体结构；

髋连接部1212，位于第一本体1211的上端，可与第一前支撑件12111和/或第一侧支撑件12112连接，用于将第一本体1211转动连接于髋关节部110；

第一膝连接部1213，位于第一本体1211的下端，可与第一前支撑件12111和/或第一侧支撑件12112连接，用于将第一本体1211转动连接于膝关节部130。

在一些实施方式中，髋连接部1212向一对第一侧支撑件12112的中间收缩，且连接于髋关节部110的内侧；和/或第一膝连接部1213连接于膝关节部110的外侧，避免各结构件运动干涉。

在一些实施方式中，髋连接部1212与髋关节部110的转动连接处设置有编码器，用于获取大腿部120的转动角度。

大腿后部122包括一对第二侧支撑件，上下两端分别与髋关节部110的后侧和膝关节部130的后侧转动连接。第二侧支撑件的实现方式有多种。如，可以采用杆状结构，可以降低腿部重量。当大腿前部121的第一前支撑件12111和第一侧支撑件12112均采用板状结构，大腿后部122的第二侧支撑件采用杆状结构时，大腿部120形成前部结构强后部结构弱的结构，前部作为承重主件，后部辅助承重且承受拉力，在降低大腿部120整体重量的基础上确保结构强度。

髋关节部110包括髋支架，该髋支架包括髋顶部111和分别连接于髋顶部111前后的髋前侧部112和髋后侧部113；大腿前部121转动连接于髋前侧部112；大腿后部122转动连接于髋后侧部113；第一推杆装置123转动连接于髋后侧部113，在一些实施方式中通过第一上连接部1231实现。

髋关节部110还包括髋旋转关节模组，其输出轴垂直地面，与髋顶部111连接，用于驱动髋支架在水平面上绕髋旋转关节模组的输出轴转动，实现大腿结构在水平面上绕髋旋转关节模组的输出轴转动。

在一些实施方式中，小腿部140包括：

小腿前部141，上下两端分别与膝关节部130的前侧和足部150的前侧连接；

小腿后部142，上下两端分别与膝关节部130的后侧和足部150的后侧连接；

膝关节部130、小腿前部141、小腿后部142和足部150构成平行四连杆结构。

本申请的小腿结构包括小腿部140和足部150，小腿部140设计为包括小腿前部141和小腿后部142的分体式结构，通过分体式结构设计，一方面可降低小腿结构的重量，另一方面使膝关节部130、小腿前部141、足部150和小腿后部142构成平行四连杆结构，便于实现对小腿结构的控制。

在一些实施方式中，小腿结构还包括第二推杆装置143，上端连接于大腿部120，下端连接于小腿前部141。第二推杆装置143连接于大腿部120和小腿前部141，且其长度可调节，从而能够在不同运动状态下起到固定小腿结构，增强小腿结构稳定性的作用。此外，第二推杆装置还可以作为驱动，实现小腿结构的前后摆动。在这一情况下，采用推杆装置作为驱动，一方面可以降低重量(相比关节模组)，另一方面，由于膝关节质心上移，降低了腿部转动惯量的载荷。

参考图2，第二推杆装置143具有第二上连接部和第二下连接部；第二推杆装置143通过第二上连接部连接于大腿部120，通过第二下连接部连接于小腿前部141。

第二上连接部可以为转轴结构，第二下连接部可以为带有轴孔的连接结构，在大腿部120和小腿前部141上则设置有与两者配合的连接结构。

在一些实施方式中，第二上连接部分布于第二推杆装置143的两侧，使第二推杆装置143连接于大腿部120的两侧。相比单点连接，控制精度得以增加。

在一些实施方式中，第二推杆装置143包括：

电机，下方两侧具有第二上连接部；

丝杠，连接于电机的输出轴；和

推杆，连接于丝杠，下端具有第二下连接部，且被配置为：当电机转动时，在丝杠的带动下沿电机的输出轴的轴向做直线运动。

在一些实施方式中，参考图12，小腿前部141包括：

第二本体1411；第二本体1411包括第二前支撑件14111和分别与第二前支撑件14111两侧连接的一对第三侧支撑件14112；在一些实施方式中，第二本体1411为具有第二容纳腔的壳体结构，在一些实施方式中，小腿部140包括的第二推杆装置143至少部分位于第二容纳腔中，减少推杆外露；第二前支撑件14111和第三侧支撑件14112的实现方式有多种，如，第二前支撑件14111和第三侧支撑件14112均可采用板状结构，增强小腿前部141的强度，且三者可围成具有第二容纳腔的壳体结构；

第二膝连接部1412，位于第二本体1411的上端，可与第二前支撑件14111和/或第三侧支撑件14112连接，用于将第二本体1411转动连接于膝关节部130；

足连接部1413，位于第二本体1411的下端，可与第二前支撑件14111和/或第三侧支撑件14112连接，用于将第二本体1411转动连接于足部150。

在一些实施方式中，第二膝连接部1412与膝关节部130的转动连接处设置有编码器，用于获取小腿部140的转动角度。

一些实施方式中，小腿后部142包括一对第四侧支撑件，上下两端分别与膝关节部130的后侧和足部150的后侧转动连接。

一对第四侧支撑件可以相互独立，使小腿后部142为分体式结构。一对第四侧支撑件也可以组成一体结构，使小腿后部142为一体式结构。如，一对第四侧支撑件的下部为一体结构。

在一些实施方式中，参考图8至图10，足部150包括：

足板151；

第一安装部152，位于足板151的前侧，与小腿前部141连接；和

第二安装部153，位于足板151的后侧，与小腿后部142连接。

本申请还提供了一种双足机器人，如图6所示，包括两个上述任一实施方式提供的机械腿，相当于人的左右双腿。

在一些实施方式中，双足机器人还包括腰部装置，两个机械腿分别位于腰部装置的两侧，模拟人的双腿。下面结合图10进行说明。

腰部装置包括：

腰部支架210；以单个机械腿为例，腰部支架210的下端面与髋顶部111的上端面相对设置，腰部支架210的上端面安装有髋旋转关节模组114，髋旋转关节模组114的的输出轴垂直地面且连接于髋顶部111，使髋顶部111的上端面能够相对于腰部支架210的下端面转动，实现机械腿相对于腰部装置在水平面上绕髋旋转关节模组114输出轴转动；

第一腰部关节模组220，安装于腰部支架上，输出轴垂直地面，用于驱动腰部支架绕第一腰部关节模组的输出轴转动；

第二腰部关节模组230，安装于腰部支架侧面，输出轴平行地面，用于驱动腰部支架绕第二腰部关节模组的输出轴转动。

本申请提供的双足机器人腰部能够实现水平转动和左右转动，腿部能够水平转动，大腿部能够前后摆动，小腿部能够前后摆动，各部件配合能够实现机器人以人体行走的形态进行行走。

第一腰部关节模组220、第二腰部关节模组230和髋旋转关节模组114布局在同一平面高度，适合人形机器人，为电池仓预留充分空间。

需要说明的是，前述任一技术方案中的转动连接的具体实现方式可以采用现有的轴连接、铰接等等。

以上对本实用新型实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，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实用新型各实施例技术方案的思想和范围。

Claims (10)

1.一种膝关节结构(130)，用于机械腿，所述机械腿包括大腿部(120)和小腿部(140)，其特征在于，包括膝关节结构件(131)，所述膝关节结构件(131)具有第一连接点(1311)、第二连接点(1312)、第三连接点(1313)和第四连接点(1314)；所述第一连接点(1311)与所述第二连接点(1312)位于第一直线L₁，所述第三连接点(1313)与所述第四连接点(1314)位于第二直线L₂，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂交汇于一点；

所述膝关节结构件(131)与所述大腿部(120)在所述第一连接点(1311)处和所述第二连接点(1312)处转动连接，所述膝关节结构件(131)与所述小腿部(140)在所述第三连接点(1313)处和所述第四连接点(1314)处转动连接。

2.根据权利要求1所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂的交汇点位于所述膝关节结构件(131)。

3.根据权利要求2所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述第一连接点(1311)和/或所述第三连接点(1313)与所述交汇点重合。

4.根据权利要求3所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述膝关节结构件(131)为三角形结构，三个顶点分别为第一顶点A、第二顶点B和第三顶点C；

所述第一连接点(1311)和/或所述第三连接点(1313)与所述第一顶点A重合，所述第二连接点(1312)与所述第二顶点B重合，所述第四连接点(1314)与所述第三顶点C重合。

5.根据权利要求1所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂的交汇点位于所述膝关节结构件(131)之外。

6.根据权利要求5所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述膝关节结构件(131)为梯形结构，所述第一连接点(1311)、所述第二连接点(1312)、所述第三连接点(1313)和所述第四连接点(1314)分别位于所述梯形结构的四个顶点处。

7.根据权利要求1至6任一项所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述第一直线L₁与所述第二直线L₂于所述膝关节结构件(131)的前侧方向上交汇于一点；或

所述第一直线L₁与所述第二直线L₂于所述膝关节结构件(131)的后侧方向上交汇于一点。

8.根据权利要求1至6任一项所述的膝关节结构(130)，其特征在于，所述膝关节结构件(131)为一体结构或包括多个结构单元的分体结构；和/或

所述膝关节结构(130)包括两个平行设置的所述膝关节结构件(131)以及用于固定连接两个所述膝关节结构件(131)的固定件(132)。

9.一种机械腿，其特征在于，包括权利要求1至8任一项所述的膝关节结构(130)。

10.一种双足机器人，其特征在于，包括权利要求9所述的机械腿。