腿部机构及人形机器人制造技术

本实用新型专利技术提供了一种腿部机构及人形机器人，腿部机构包括：髋关节驱动机构，包括U形连接件、髋旋转舵机、髋侧摆舵机以及髋前摆舵机；大腿结构件，连接于髋前摆舵机；小腿结构件，转动连接于大腿结构件；脚板结构件，活动连接于小腿结构件；膝关节驱动机构，设于大腿结构件上且用于驱动小腿结构件相对大腿结构件转动；以及脚踝驱动机构，用于驱动脚板结构件相对小腿结构件转动。本实用新型专利技术提供的腿部机构及人形机器人，髋旋转舵机、髋侧摆舵机和髋前摆舵机均集成于U形连接件上，可以提高腿部机构的质心；膝关节驱动机构设于大腿结构件，也可以相应提高腿部机构的质心，从而可以减小腿部机构及人形机器人所需的驱动力。

【技术实现步骤摘要】
腿部机构及人形机器人
本技术属于机器人
，更具体地说，是涉及一种腿部机构及人形机器人。
技术介绍
在机器人领域，尤其是仿人型双足机器人，腿部的重量分配是影响机器人性能的一个重要因素。单腿通常有六个自由度，其中髋部具有三个自由度、膝处具有一个自由度、踝部具有两个自由度，其结构的整体布局紧凑性、关节集成度以及通用性也是比较关键的。目前的市面上双足机器人由于其驱动关节的传统布置方式，例如膝关节的驱动关节通常是直接放置在膝关节处，再如脚踝的驱动关节通常直接放置在脚踝处，使得腿部重量普遍较大，导致其质心距离地面的高度较低，腿部结构的转动惯量偏大，这样导致腿部关节驱动力的要求就会变高。驱动力的变高也同时带来驱动关节重量的增大，最终会影响机器人整体的行走速度和控制稳定性等性能。
技术实现思路
本技术实施例的目的在于提供一种腿部机构及人形机器人，以解决现有技术中存在的腿部结构质心较低、所需的驱动力较高的技术问题。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：提供一种腿部机构，包括：髋关节驱动机构，包括U形连接件、固定于所述U形连接件的底部且用于驱动所述U形件旋转的髋旋转舵机、固定于所述U形连接件的其中一个侧部且用于驱动大腿结构件侧摆的髋侧摆舵机以及设于所述U形连接件内且用于驱动所述大腿结构件前摆的髋前摆舵机；大腿结构件，连接于所述髋前摆舵机；小腿结构件，转动连接于所述大腿结构件；脚板结构件，活动连接于所述小腿结构件；膝关节驱动机构，设于所述大腿结构件上且用于驱动所述小腿结构件相对所述大腿结构件转动；以及脚踝驱动机构，用于驱动所述脚板结构件相对所述小腿结构件转动。在一个实施例中，所述U形连接件包括U形底部以及分别连接于所述U形底部的两个U形侧部，所述U形底部和两个所述U形侧部围合形成一个U形空间，所述髋旋转舵机固定于所述U形底部的背向所述U形空间一侧，所述髋侧摆舵机固定于其中一个所述U形侧部的背向所述U形空间一侧，所述髋前摆舵机设于所述U形空间内。在一个实施例中，所述髋旋转舵机包括髋旋转电机、用于检测所述髋旋转电机的转动角度的髋旋转编码器、连接于所述髋旋转电机且用于减速的髋旋转减速器以及连接于所述髋旋转减速器的髋旋转输出轴，所述髋旋转输出轴中空设置，且所述髋旋转减速器、所述髋旋转电机及所述髋旋转编码器沿所述髋旋转输出轴的轴向依次设置在所述髋旋转输出轴的外周。在一个实施例中，所述髋侧摆舵机包括髋侧摆电机、髋侧摆减速器以及连接所述髋侧摆电机和所述髋侧摆减速器的髋侧摆传动组件，所述髋侧摆电机和所述髋侧摆减速器均固定于所述U形侧部，且所述髋侧摆减速器的输出端与所述髋前摆舵机连接。在一个实施例中，两个所述U形侧部分别为第一U形侧部和第二U形侧部，所述第一U形侧部开设有第一安装孔，所述髋侧摆减速器穿过所述第一安装孔与所述髋前摆舵机连接，所述第二U形侧部开设有第二安装孔，所述第二安装孔内设有用于支撑所述髋前摆舵机以使所述髋前摆舵机转动连接于所述第二U形侧部的髋前摆支撑组件。在一个实施例中，所述膝关节驱动机构包括膝关节舵机和膝关节连杆组件，所述膝关节舵机固定于所述大腿结构件的中部且用于驱动所述大腿结构件转动，所述膝关节连杆组件的其中一端转动连接于所述膝关节舵机的表面，所述膝关节连杆组件的另一端转动连接于所述小腿结构件；与所述膝关节舵机的输出轴垂直的平面为参考平面，所述膝关节舵机的输出轴在所述参考平面上的投影点、所述膝关节连杆组件与所述膝关节舵机连接处的转动轴在所述参考平面上的投影点、所述膝关节连杆组件与所述小腿结构件连接处的转动轴在所述参考平面上的投影点、所述大腿结构件和所述小腿结构件连接处的转动轴在所述参考平面上的投影点依次连接成四边形。在一个实施例中，所述大腿结构件具有用于放置所述膝关节舵机的舵机腔，所述舵机腔具有供所述膝关节舵机放入的安装开口，所述舵机腔与所述安装开口正对的底壁用于与所述舵机腔的所述关节舵机的输出轴固定连接。在一个实施例中，所述膝关节舵机的外周向外延伸形成有延伸端，所述膝关节连杆组件转动连接于所述延伸端，所述大腿结构件开设有用于在安装所述膝关节舵机时避让所述延伸端的避让口，所述避让口与所述安装开口连通设置，所述避让口处盖设有补强板，所述补强板固定于所述大腿结构件上。在一个实施例中，所述脚踝驱动机构包括脚踝舵机、脚踝摇摆件以及脚踝连杆组件，所述脚踝摇摆件转动连接于所述大腿结构件，所述脚踝连杆组件的其中一端转动连接于所述脚踝摇摆件，所述脚踝连杆组件的另一端活动连接于所述脚板结构件，所述脚踝关节舵机固定于所述大腿结构件且用于驱动所述脚踝摇摆件运动。在一个实施例中，所述脚踝舵机包括脚踝电机、脚踝减速器以及连接所述脚踝电机和所述脚踝减速器的脚踝传动组件，所述脚踝电机固定于所述大腿结构件的中部，所述脚踝减速器固定于所述大腿结构件靠近所述小腿结构件的一端，且所述小腿结构件相对所述大腿结构件转动的转动轴与所述脚踝减速器的输出轴同轴设置。在一个实施例中，所述大腿结构件具有用于放置所述脚踝电机的电机腔，所述电机腔设于所述舵机腔和所述脚踝摇摆件之间。在一个实施例中，所述脚踝驱动机构的数量为两个，两个所述脚踝摇摆件设于所述小腿结构件的相对两侧，两个所述脚踝连杆组件靠近所述脚板结构件的端部分别设于所述小腿结构件靠近所述脚板结构件的端部的两侧。在一个实施例中，所述脚踝连杆组件万向转动连接于所述脚板结构件，所述大腿结构件万向转动连接于所述脚板结构件。本技术还提供一种人形机器人，包括上述的腿部机构。在一个实施例中，所述人形机器人还包括头部结构件、腰部框架以及用于驱动所述头部结构件旋转的头部舵机，所述头部舵机固定于所述腰部框架，所述腿部机构的数量为两个，且两个所述腿部机构均固定于所述腰部框架。本技术提供的腿部机构及人形机器人的有益效果在于：与现有技术相比，本技术腿部机构包括髋关节驱动机构、大腿结构件、小腿结构件、脚板结构件、膝关节驱动机构和脚踝驱动机构，大腿结构件、小腿结构件和脚板结构件依次连接。髋关节驱动机构包括髋旋转舵机、髋侧摆舵机和髋前摆舵机，分别用于实现髋关节的旋转、侧摆和前摆，且髋旋转舵机、髋侧摆舵机和髋前摆舵机均集成于U形连接件上，无需设置在大腿结构件上，可以提高腿部机构的质心；膝关节驱动机构设于大腿结构件，相比于设置在膝关节处，也可以相应提高腿部机构的质心，从而可以减小腿部机构及人形机器人所需的驱动力。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，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技术的一些实施例，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他的附图。图1为本技术实施例提供的腿部机构的立体结构图；图2为本技术实施例提供的腿部机构的爆炸结构图；图3为本技术实施例提供的髋关节驱动机构的立体结构图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种腿部机构，其特征在于，包括：/n髋关节驱动机构，包括U形连接件、固定于所述U形连接件的底部且用于驱动所述U形件旋转的髋旋转舵机、固定于所述U形连接件的其中一个侧部且用于驱动大腿结构件侧摆的髋侧摆舵机以及设于所述U形连接件内且用于驱动所述大腿结构件前摆的髋前摆舵机；/n大腿结构件，连接于所述髋前摆舵机；/n小腿结构件，转动连接于所述大腿结构件；/n脚板结构件，活动连接于所述小腿结构件；/n膝关节驱动机构，设于所述大腿结构件上且用于驱动所述小腿结构件相对所述大腿结构件转动；以及/n脚踝驱动机构，用于驱动所述脚板结构件相对所述小腿结构件转动。/n

【技术特征摘要】
1.一种腿部机构，其特征在于，包括：
髋关节驱动机构，包括U形连接件、固定于所述U形连接件的底部且用于驱动所述U形件旋转的髋旋转舵机、固定于所述U形连接件的其中一个侧部且用于驱动大腿结构件侧摆的髋侧摆舵机以及设于所述U形连接件内且用于驱动所述大腿结构件前摆的髋前摆舵机；
大腿结构件，连接于所述髋前摆舵机；
小腿结构件，转动连接于所述大腿结构件；
脚板结构件，活动连接于所述小腿结构件；
膝关节驱动机构，设于所述大腿结构件上且用于驱动所述小腿结构件相对所述大腿结构件转动；以及
脚踝驱动机构，用于驱动所述脚板结构件相对所述小腿结构件转动。


2.如权利要求1所述的腿部机构，其特征在于：所述U形连接件包括U形底部以及分别连接于所述U形底部的两个U形侧部，所述U形底部和两个所述U形侧部围合形成一个U形空间，所述髋旋转舵机固定于所述U形底部的背向所述U形空间一侧，所述髋侧摆舵机固定于其中一个所述U形侧部的背向所述U形空间一侧，所述髋前摆舵机设于所述U形空间内。


3.如权利要求2所述的腿部机构，其特征在于：所述髋旋转舵机包括髋旋转电机、用于检测所述髋旋转电机的转动角度的髋旋转编码器、连接于所述髋旋转电机且用于减速的髋旋转减速器以及连接于所述髋旋转减速器的髋旋转输出轴，所述髋旋转输出轴中空设置，且所述髋旋转减速器、所述髋旋转电机及所述髋旋转编码器沿所述髋旋转输出轴的轴向依次设置在所述髋旋转输出轴的外周。


4.如权利要求2所述的腿部机构，其特征在于：所述髋侧摆舵机包括髋侧摆电机、髋侧摆减速器以及连接所述髋侧摆电机和所述髋侧摆减速器的髋侧摆传动组件，所述髋侧摆电机和所述髋侧摆减速器均固定于所述U形侧部，且所述髋侧摆减速器的输出端与所述髋前摆舵机连接。


5.如权利要求4所述的腿部机构，其特征在于：两个所述U形侧部分别为第一U形侧部和第二U形侧部，所述第一U形侧部开设有第一安装孔，所述髋侧摆减速器穿过所述第一安装孔与所述髋前摆舵机连接，所述第二U形侧部开设有第二安装孔，所述第二安装孔内设有用于支撑所述髋前摆舵机以使所述髋前摆舵机转动连接于所述第二U形侧部的髋前摆支撑组件。


6.如权利要求1所述的腿部机构，其特征在于：所述膝关节驱动机构包括膝关节舵机和膝关节连杆组件，所述膝关节舵机固定于所述大腿结构件的中部且用于驱动所述大腿结构件转动，所述膝关节连杆组件的其中一端转动连接于所述膝关节舵机的表面，所述膝关节连杆组件的另一端转动连接于所述小腿结构件；与所述膝关节舵机的输出轴垂直的平面为参考平面，所述膝关节舵机的输出轴在所述参考平面上的投影点、所述膝关节连杆组件与所述膝关节舵机连接处的转动轴在所述参考平面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李康，赵明国，李海雷，董浩，
申请(专利权)人：深圳市优必选科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东;44