腿部结构及仿人机器人制造技术

本申请公开了一种腿部结构及仿人机器人，腿部结构包括大腿件、小腿件、连接于大腿件与小腿件之间的膝部转动组件、安装于大腿件的髋关节件、安装于小腿件的踝关节件、与踝关节件相连的脚板，以及连接于脚板与踝关节件之间的力传感器；踝关节件包括用于驱动脚板侧摆的踝部侧摆组件，以及用于驱动踝部侧摆组件前摆的踝部前摆组件；踝部前摆组件包括固定安装于小腿件的踝部前摆电机、固定端安装于小腿件的踝部前摆减速机，以及设于踝部前摆电机与踝部前摆减速机之间的踝部前摆传动机构；踝部前摆减速机的输出端与踝部侧摆组件相连。不用将踝部前摆电机设置在踝部前摆组件转动的轴线上，可减小踝部前摆组件的尺寸，进而减小腿部结构局部的尺寸。

【技术实现步骤摘要】
腿部结构及仿人机器人
本申请涉及机器人领域，尤其涉及一种腿部结构及仿人机器人。
技术介绍
常见的仿人机器人单腿一般有六个自由度，由六个关节实现相应的自由度，其中包含：大腿旋转、髋部前向(前后运动)、髋部侧向、膝盖、踝部前向(前后运动)及踝部侧向。在仿人机器人的设计过程中一般由上至下按照“3-1-2”的自由度进行排布，其中髋关节件由大腿旋转、髋部前向及髋部侧向三个自由度组合而成，膝盖单独一个关节实现蹲起动作，脚踝一般由踝前向和踝侧向两个自由度组合而成。根据步态算法控制的难易程度，髋部、踝部如果是由正交的结构构成，那么步态算法的解算会比较容易实现，在控制机器人行走的过程中也能提高稳定性，优于非正交结构。在踝部的设计中，由于需要考虑二自由耦合的同时还要实现二轴正交的结构设计，常见的方式为将踝关节件的各部件均堆积于小腿件与脚板之间。但是该方式使得腿部结构的脚板与小腿件之间结构较为集中，局部尺寸较大，不利于机器人的结构的小型化。由于局部尺寸较大，使得踝关节件的重量过大，也不利于机器人设计时对各处重量的控制，无法从各处重量分布上贴近于人体各处重量的分布，仿人效果差。
技术实现思路
本申请的一个目的在于提供一种腿部结构，旨在解决现有技术中，仿人机器人腿部结构局部结构较为集中，局部尺寸较大的问题。为达此目的，本申请实施例采用以下技术方案：腿部结构，包括大腿件、小腿件、连接于所述大腿件与所述小腿件之间的膝部转动组件、安装于所述大腿件的髋关节件、安装于所述小腿件的踝关节件、与所述踝关节件相连的脚板，以及连接于所述脚板与所述踝关节件之间的力传感器；所述踝关节件包括用于驱动脚板侧摆的踝部侧摆组件，以及用于驱动所述踝部侧摆组件前摆的踝部前摆组件；所述踝部前摆组件包括固定安装于所述小腿件的踝部前摆电机、固定端安装于所述小腿件的踝部前摆减速机，以及设于所述踝部前摆电机与所述踝部前摆减速机之间的踝部前摆传动机构；所述踝部前摆减速机的输出端与所述踝部侧摆组件相连。本申请的还一个目的在于提供一种仿人机器人，包括上述实施例中所述的腿部结构。本申请实施例的有益效果：踝部前摆组件的踝部前摆减速机与踝部前摆电机分别安装于小腿件不同的位置，踝部前摆减速机与踝部前摆电机通过踝部前摆传动机构实现传动连接。在实现踝部前摆组件转动的轴线与踝部侧摆组件转动的轴线相交的情况下，只需要将踝部前摆减速机与踝部侧摆组件相连，踝部前摆电机设置的位置较为灵活，可离踝部侧摆组件具有一定的距离，而不用将踝部前摆电机设置在踝部前摆组件转动的轴线上，可减小踝部前摆组件转动的轴线(X轴)上的尺寸，实现踝关节件也即机器人的局部结构的简化。小腿件具有足有足够的空间安装踝部前摆电机，例如将踝部前摆电机安装于小腿件的内部(此时小腿件的外部尺寸并没有增大)。进而将踝部前摆组件各个部件合理紧凑的设置，实现踝关节件的紧凑化，进而实现具有该踝关节件的腿部结构的结构的简化，减小腿部结构局部的尺寸。附图说明为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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为本申请的实施例中腿部结构的结构示意图；图2为图1中的腿部结构的踝关节件处的局部视图；图3为图2中的踝关节件处沿踝部前摆组件的轴线方向的剖视图；图4为图2中的踝关节件处沿踝部侧摆组件的轴线方向的剖视图；图5为本申请的实施例中膝部转动组件的剖视图；图6为图1中的腿部结构的髋关节件处的局部视图；图7为图6中的髋关节件处沿髋部前摆组件的轴线方向的剖制图；图8为图6中的髋关节件处沿髋部侧摆组件的轴线方向的剖制图；图9为本申请的实施例中大腿件的局部示意图；图10为本申请的实施例中髋部安装支架的剖视图；图11为本申请的实施例中仿人机器人的结构示意图；图中：1、髋部前摆组件；101、髋部前摆电机；102、髋部前摆减速机；1021、髋部前摆钢轮；1022、髋部前摆柔轮；1023、第一髋部前摆轴承；1024、髋部前摆波发生器；1025、髋部前摆转轴；1026、髋部前摆壳体；1027、第二髋部前摆轴承；1028、第三髋部前摆轴承；103、髋部前摆传动机构；1031、髋部前摆主动轮；1032、髋部前摆从动轮；1033、髋部前摆传动带；104、第四髋部前摆轴承；105、髋部前摆连接轴；2、髋部侧摆组件；201、髋部侧摆减速机；2011、髋部侧摆钢轮；2012、髋部侧摆柔轮；2013、第二髋部侧摆轴承；2014、髋部侧摆波发生器；202、髋部侧摆壳体；2021、髋部侧摆连接法兰；203、髋部侧摆电机；2031、髋部侧摆转轴；204、髋部侧摆中空走线管；205、第一髋部侧摆轴承；206、髋部侧摆连接轴；2061、髋部侧摆连接环；3、髋部旋转组件；301、髋部旋转壳体；302、髋部旋转减速机；3021、髋部旋转钢轮；3022、髋部旋转柔轮；3023、第一髋部旋转轴承；3024、髋部旋转波发生器；303、髋部旋转电机；3031、髋部旋转转轴；304、髋部旋转中空走线管；4、大腿件；401、第一髋部前摆支撑板；402、第二髋部前摆支撑板；403、第三膝部转动支撑板；404、第四膝部转动支撑板；5、踝部前摆组件；501、踝部前摆电机；502、踝部前摆减速机；5021、踝部前摆钢轮；5022、踝部前摆柔轮；5023、第一踝部前摆轴承；5024、踝部前摆波发生器；5025、踝部前摆转轴；5026、踝部前摆壳体；5027、第二踝部前摆轴承；5028、第三踝部前摆轴承；503、踝部前摆传动机构；5031、踝部前摆主动轮；5032、踝部前摆从动轮；5033、踝部前摆传动带；504、第四踝部前摆轴承；505、踝部前摆连接轴；6、踝部侧摆组件；601、踝部侧摆减速机；6011、踝部侧摆钢轮；6012、踝部侧摆柔轮；6013、第二踝部侧摆轴承；6014、踝部侧摆波发生器；602、踝部侧摆壳体；6021、踝部侧摆连接法兰；603、踝部侧摆电机；6031、踝部侧摆转轴；604、踝部侧摆中空走线管；605、第一踝部侧摆轴承；606、踝部侧摆连接轴；6061、踝部侧摆连接环；7、膝部转动组件；701、膝部转动壳体；702、膝部转动减速机；7021、膝部转动钢轮；7022、膝部转动柔轮；7023、第一膝部转动轴承；7024、膝部转动波发生器；703、膝部转动电机；7031、膝部转动转轴；704、膝部转动中空走线管；705、第二膝部转动轴承；706、膝部转动连接轴；8、小腿件；801、第一踝部前摆支撑板；802、第二踝部前摆支撑板；803、第一膝部转动支撑板；804、第二膝部转动支撑板；9、脚板；10、髋部安装支架；11、六维力传感器；12、头部组件；13、上身组件；14、左臂组件；15、右臂组件；16、腰部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.腿部结构，其特征在于，包括大腿件、小腿件、连接于所述大腿件与所述小腿件之间的膝部转动组件、安装于所述大腿件的髋关节件、安装于所述小腿件的踝关节件、与所述踝关节件相连的脚板，以及连接于所述脚板与所述踝关节件之间的力传感器；所述踝关节件包括用于驱动所述脚板侧摆的踝部侧摆组件，以及用于驱动所述踝部侧摆组件前摆的踝部前摆组件；所述踝部前摆组件包括固定安装于所述小腿件的踝部前摆电机、固定端安装于所述小腿件的踝部前摆减速机，以及设于所述踝部前摆电机与所述踝部前摆减速机之间的踝部前摆传动机构；所述踝部前摆减速机的输出端与所述踝部侧摆组件相连。/n

【技术特征摘要】
1.腿部结构，其特征在于，包括大腿件、小腿件、连接于所述大腿件与所述小腿件之间的膝部转动组件、安装于所述大腿件的髋关节件、安装于所述小腿件的踝关节件、与所述踝关节件相连的脚板，以及连接于所述脚板与所述踝关节件之间的力传感器；所述踝关节件包括用于驱动所述脚板侧摆的踝部侧摆组件，以及用于驱动所述踝部侧摆组件前摆的踝部前摆组件；所述踝部前摆组件包括固定安装于所述小腿件的踝部前摆电机、固定端安装于所述小腿件的踝部前摆减速机，以及设于所述踝部前摆电机与所述踝部前摆减速机之间的踝部前摆传动机构；所述踝部前摆减速机的输出端与所述踝部侧摆组件相连。


2.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部前摆减速机为谐波减速机，所述踝部前摆减速机包括与所述小腿件固定连接的踝部前摆钢轮、适配于所述踝部前摆钢轮且与所述踝部侧摆组件相连的踝部前摆柔轮、支撑于所述踝部前摆钢轮与所述踝部前摆柔轮之间的第一踝部前摆轴承、适配于所述踝部前摆柔轮的踝部前摆波发生器，以及与所述踝部前摆波发生器相连的踝部前摆转轴；所述踝部前摆转轴与所述踝部前摆传动机构相连。


3.根据权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部前摆减速机还包括固定连接于所述小腿件与所述踝部前摆钢轮之间的踝部前摆壳体；所述踝部前摆壳体与所述踝部前摆转轴之间设有第二踝部前摆轴承；所述第二踝部前摆轴承的外圈安装于所述踝部前摆壳体，所述踝部前摆转轴安装于所述第二踝部前摆轴承的内圈。


4.根据权利要求3所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部前摆转轴与所述踝部侧摆组件之间设有第三踝部前摆轴承；所述第三踝部前摆轴承与所述第二踝部前摆轴承分别位于所述踝部前摆波发生器的相对的两侧；所述第三踝部前摆轴承的外圈安装于所述踝部侧摆组件上，所述踝部前摆转轴安装于所述第三踝部前摆轴承的内圈。


5.根据权利要求2所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部前摆传动机构包括安装于所述踝部前摆电机的转轴的踝部前摆主动轮、安装于所述踝部前摆转轴的踝部前摆从动轮，以及设于所述踝部前摆主动轮与所述踝部前摆从动轮之间的踝部前摆传动带。


6.根据权利要求1所述的腿部结构，其特征在于，所述踝关节件还包括与所述踝部侧摆组件相连的踝部安装支架；所述踝部侧摆组件包括输出端与所述踝部安装支架固定连接的踝部侧摆减速机、与所述踝部侧摆减速机的固定端相连的踝部侧摆壳体，以及设于所述踝部侧摆壳体内且与所述踝部侧摆减速机传动连接的踝部侧摆电机；所述踝部前摆减速机的输出端与所述踝部侧摆壳体相连。


7.根据权利要求6所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部侧摆电机具有与所述踝部侧摆减速机相连的踝部侧摆转轴，所述踝部侧摆转轴为中空轴；所述踝部侧摆组件还包括贯穿所述踝部侧摆转轴及所述踝部侧摆壳体的踝部侧摆中空走线管。


8.根据权利要求6所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部安装支架为U型架或C型架；所述踝部侧摆组件安装于所述踝部安装支架的内壁。


9.根据权利要求8所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部侧摆组件还包括安装于所述踝部安装支架的第一踝部侧摆轴承，以及连接于所述第一踝部侧摆轴承与所述踝部侧摆壳体之间的踝部侧摆连接轴；所述第一踝部侧摆轴承的外圈安装于所述踝部安装支架，所述踝部侧摆连接轴的一端与所述第一踝部侧摆轴承的内圈相连，所述踝部侧摆连接轴的另一端与所述踝部侧摆壳体相连。


10.根据权利要求9所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部侧摆减速机为谐波减速机；所述踝部侧摆减速机包括与所述踝部安装支架固定连接的踝部侧摆钢轮、适配于所述踝部侧摆钢轮且与所述踝部侧摆壳体相连的踝部侧摆柔轮、支撑于所述踝部侧摆钢轮与所述踝部侧摆柔轮之间的第二踝部侧摆轴承，以及适配于所述踝部侧摆柔轮的踝部侧摆波发生器；所述踝部侧摆电机具有与所述踝部侧摆波发生器相连的踝部侧摆转轴。


11.根据权利要求9所述的腿部结构，其特征在于，所述踝部侧摆连接轴为中空轴；所述踝部侧摆连接轴的内壁具有用于与所述踝部侧摆壳体相连的踝部侧摆连接环。


12.根据权利要求6所述的腿部结构，其特征在于，所述小腿件具有第一踝部前摆支撑板，以及与所述第一踝部前摆支撑板相对且间隔设置的第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海雷，董浩，赵明国，杨国平，张伟宁，
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