一种人形机器人的腿部动力结构和人形机器人的制作方法

本发明涉及人形机器人，尤其涉及了一种人形机器人的腿部动力结构和人形机器人。

背景技术：

1、近年来机器人产业发展迅速，尤其人形机器人成为国内外机器人技术领域的焦点之一，而人形机器人的腿部动力结构又为人形机器人设计的重点。

2、进一步，中国专利(公布号cn111098951a)公开了一种类人形服务机器人的行走结构及机器人。该行走结构中，髋部与躯干部之间配置有两组脚连接件与连杆，髋部、躯干部、一组的脚连接件与连杆构成四杆机构，髋部相对固定不动，髋舵机能够驱动躯干部相对于髋部摆动，使连杆与脚连接件联动。两个脚连接件分别固定至两个脚舵机的输出轴，每组四杆机构与对应的脚舵机作为一个腿部。

3、但上述方案利用四杆机构与一个髋舵机，实现髋部与腿部的运动形态，能够做出的动作比较少，无法满足人形机器人要实现各种姿态、动作的要求，拟人效果不好，不利于人形机器人的推广使用。

4、进一步，上述方案中，人形机器人的腿部动力结构设计以及布局不够合理，整体结构比较臃肿，不够紧凑。

5、本背景技术中公开的信息仅用于理解本发明构思的背景，因此它可以包括不构成现有技术的信息。

技术实现思路

1、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的一在于提供一种人形机器人的腿部动力结构，能满足人形机器人实现各种姿态、动作的要求，结构简单紧凑。

2、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的二在于提供一种人形机器人，其腿部动力结构能满足人形机器人实现各种姿态、动作的要求，结构简单紧凑。

3、针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的三在于提供一种人形机器人的腿部动力结构和人形机器人，通过设置第一大腿体、小腿体和脚部支撑件以及相应的髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、脚踝驱动单元，可以做出各种拟人化的腿部以及脚部动作，因而可以很好的满足人形机器人需要实现各种动作姿态的要求，并且整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，拟人效果好，便于人形机器人的推广使用。

4、为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：

5、一种人形机器人的腿部动力结构，包括设于人形机器人腰部的，依次连接的跨步驱动单元、大腿体组件、小腿体组件和脚部组件，所述大腿体组件包括第一大腿体、第二大腿体，所述小腿体组件包括小腿体，所述脚部组件包括脚部支撑件；

6、所述跨步驱动单元，用于驱动所述第一大腿体前后摆动，进而带动整个腿部动力结构前后摆动；

7、所述第一大腿体上部设有髋关节驱动单元，以驱动所述第一大腿体左右摆动进而带动整个腿部动力结构左右摆动；

8、所述第一大腿体和所述第二大腿体之间，设有第一驱动单元，以实现所述第一大腿体与所述第二大腿体相对周向转动；

9、所述大腿体组件，或大腿体组件与所述小腿体组件之间，设有膝关节驱动单元，以实现所述大腿体组件与所述小腿体相对前后摆动；

10、所述小腿体上设有脚踝驱动单元，所述脚踝驱动单元的输出端设有连杆，所述连杆与所述脚部支撑件连接，以带动所述脚部支撑件作上下、左右方向的摆动。

11、本发明经过不断探索以及试验，通过设于人形机器人腰部的髋关节驱动单元驱动整条腿的左右摆动，实现人形机器人左右侧移的动作；通过设于第一大腿体或设于第一大腿体和第二大腿体之间的第一驱动单元，驱动小腿体组件和脚部组件组成的整体绕自身轴线转动，实现人形机器人的转向；通过膝关节驱动单元驱动小腿体组件相对大腿体组件的前后摆动，实现人形机器人膝关节处的弯曲动作；通过设于小腿体上的脚踝驱动单元，带动摇臂和连杆，进而驱动脚部组件，实现人形机器人的上下、左右方向的摆动；因而本发明可以做出各种拟人化的腿部以及脚部动作，可以很好的满足人形机器人需要实现各种动作姿态的要求，并且整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，拟人效果好，便于人形机器人的推广使用。

12、作为优选技术措施：

13、所述第一驱动单元通过第一抱箍件固定于所述第一大腿体上，所述第一抱箍件与所述第一驱动单元之间设有限制所述第一驱动单元轴向运动的第一轴向结构，以及限制所述第一驱动单元周向转动的第一周向结构；所述第一轴向结构和第一周向结构为一个合体结构或两个分体式结构；

14、或/和，所述膝关节驱动单元通过第二抱箍件固定于所述第二大腿体上，所述第二抱箍件与所述膝关节驱动单元之间设有限制所述膝关节驱动单元轴向运动的第二轴向结构，以及限制所述膝关节驱动单元周向运动的第二周向结构；所述第二轴向结构和第二周向结构为一个合体结构或两个分体式结构；

15、或/和，所述髋关节驱动单元通过第三抱箍件固定在跨步驱动单元的旋转端上；所述第三抱箍件与所述髋关节驱动单元之间设有限制髋关节驱动单元轴向运动的第三轴向结构，以及限制所述髋关节驱动单元周向运动的第三周向结构；所述第三轴向结构和第三周向结构为一个合体结构或两个分体式结构；

16、或/和，所述跨步驱动单元通过第六抱箍件装配在腰腹部件上；所述第六抱箍件与所述跨步驱动单元之间设有限制跨步驱动单元轴向运动的第六轴向结构，以及限制所述跨步驱动单元周向运动的第六周向结构；所述第六轴向结构和第六周向结构为一个合体结构或两个分体式结构。

17、本发明的驱动单元通过抱箍件进行固定，能够将驱动单元进行有效固定在腿体上，避免驱动单元打滑，同时可以有效减少紧固件(螺钉或螺栓)的使用，提高拆装效率，并且相比螺钉或螺栓固定结构，结构上更加美观。

18、作为优选技术措施：

19、所述第一轴向结构包括设于所述第一抱箍件内圈上的第一环形凸台、与所述第一环形凸台相配合的设于所述第一驱动单元上的第一环形凹槽；所述第一周向结构包括设于所述第一抱箍件内圈上的第一凸台、与所述第一凸台相配合的设于所述第一驱动单元上的第一凹槽；

20、或/和，所述第二轴向结构包括设于所述第二抱箍件内圈上的第二环形凸台、与所述第二环形凸台相配合的设于所述膝关节驱动单元上的第二环形凹槽；所述第二周向结构包括设于所述第二抱箍件内圈上的第二凸台、与所述第二凸台相配合的设于所述膝关节驱动单元上的第二凹槽；

21、或/和，所述第三轴向结构包括设于所述第三抱箍件内圈上的第三环形凸台、与所述第三环形凸台相配合的设于所述髋关节驱动单元上的第三环形凹槽；所述第三周向结构包括设于所述第三抱箍件内圈上的第三凸台、与所述第三凸台相配合的设于髋关节驱动单元上的第三凹槽。

22、所述第六轴向结构包括设于所述第六抱箍件内圈上的第六环形凸台、与所述第六环形凸台相配合的设于所述跨步驱动单元上的第六环形凹槽；所述第六周向结构包括设于所述第六抱箍件内圈上的第六凸台、与所述第六凸台相配合的设于跨步驱动单元上的第六凹槽。

23、第一驱动单元、膝关节驱动单元、髋关节驱动单元、跨步驱动单元全部或选择其中一个或多个通过可快速拆卸的抱箍结构固定在相应的第一大腿体、第二大腿体以及人形机器人的腰部上，因而通过凸台和凹槽的止动结构，限制驱动单元在腿体上的轴向和周向位移，当需要拆卸时，只需松开相互对锁的抱箍即可，拆卸方便快捷，固定可靠。

24、作为优选技术措施：

25、所述第一抱箍件、所述第二抱箍件、所述第三抱箍件和第六抱箍件均包括两个对半均分、相互配合对锁的抱箍；

26、或，第一抱箍件、第二抱箍件、第六抱箍件分别为半圆形弧形结构，其两端开设用于装配紧固件的连接孔，所述第三抱箍件包括两个能相互配合对锁的抱箍环体；相应的第一大腿体、第二大腿体、腰腹部件具有凹弧状结构，其端面设有用于固定紧固件的装配孔；半圆形弧形结构与凹弧状结构螺接在一起，形成完整的包覆结构。

27、包覆结构使得人形机器人的腿部动力结构不会因为增加抱箍件而增大尺寸面积，同时相比现有的圆环状的抱箍结构，本发明只需要制造半个抱箍就可以，从而使得本发明抱箍件的制造更加简单，制造成本低，并能使得人形机器人的腿部动力结构更加美观。

28、作为优选技术措施：所述脚踝驱动单元包括第一脚踝驱动单元和第二脚踝驱动单元，所述第一脚踝驱动单元和所述第二脚踝驱动单元上下排列于所述小腿体上；

29、所述第一脚踝驱动单元的输出端依次连接有第一摇臂和第一连动杆，所述第二脚踝驱动单元的输出端依次连接有第二摇臂和第二连动杆，所述第一连动杆和第二连动杆构成前叉臂，并通过前轴承座与所述脚部支撑件活动连接，以驱动所述脚部支撑件作上下、左右方向的摆动，结构简单、实用，便于生产制造，降低制造成本。

30、所述小腿体下端设有后叉臂，并通过后轴承座与所述脚部支撑件活动连接，以配合所述第一连动杆和所述第二连动杆完成所述脚部支撑件作上下、左右方向的摆动。

31、作为优选技术措施：

32、所述第二大腿体设有与所述膝关节驱动单元相接触的导热件；

33、或，所述小腿体前侧或后侧设有与所述小腿体扣合的弹性保护罩；

34、或，所述脚部支撑件脚底部覆有脚部缓冲件，从而可以有效避免脚部支撑件磨损，延长脚部结构的使用寿命。

35、或，所述第二大腿体或/和小腿体或/和腰腹部件上或其周边设有导热件或/和散热件，所述导热件为金属片或热管或冷却液或金属丝或翅片；所述散热件为风机或风扇或散热翅片，从而可以有效加快第二大腿体和小腿体的散热，避免第二大腿体和小腿体内部部件过热，影响其正常工作。

36、或，所述膝关节驱动单元装配在所述大腿体组件上，并通过杆状结构驱动所述小腿体组件相对于所述大腿体组件前后摆动；

37、或，所述跨步驱动单元、髋关节驱动单元、第一驱动单元、膝关节驱动单元、脚踝驱动单元分别为旋转电机或具有减速器的电机。

38、为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：

39、一种人形机器人的腿部动力结构，包括用于装配于人形机器人的跨步驱动单元、第一大腿体、小腿体和脚部支撑件；

40、所述跨步驱动单元，用于驱动所述第一大腿体前后摆动，进而带动整个腿部动力结构前后摆动；

41、所述第一大腿体装配髋关节驱动单元，以驱动所述第一大腿体左右摆动，用于带动整个腿部动力结构左右摆动；

42、第一大腿体，或在第一大腿体与小腿体之间，装配膝关节驱动单元，以驱动小腿体相对于第一大腿体摆动；

43、所述小腿体，或在小腿体与脚部支撑件之间，装配脚踝驱动单元，以带动脚部支撑件摆动。

44、本发明经过不断探索以及试验，通过设置第一大腿体、小腿体和脚部支撑件以及相应的髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、脚踝驱动单元，可以做出各种拟人化的腿部以及脚部动作，因而可以很好的满足人形机器人需要实现各种动作姿态的要求，并且整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，拟人效果好，便于人形机器人的推广使用。

45、作为优选技术措施：

46、第一大腿体通过第二大腿体与膝关节驱动单元相连接；

47、所述第一大腿体和所述第二大腿体之间，设有第一驱动单元、输入连接件以及输出连接件，以实现所述第一大腿体与所述第二大腿体相对周向转动；髋关节驱动单元的固定端固接在一跨步驱动单元的旋转端上，所述跨步驱动单元装配在腰腹部件上；

48、或/和，所述第一驱动单元的固定端通过第一抱箍件固定于所述第一大腿体上，所述第一抱箍件与所述第一驱动单元的固定端择一设置凹孔一，另一个设置凸体一；所述凹孔一的截面形状与凸体一的截面形状相匹配；

49、或/和，所述膝关节驱动单元的固定端通过第二抱箍件固定于所述第二大腿体上，所述第二抱箍件与所述膝关节驱动单元的固定端择一设置凹孔二，另一个设置凸体二；所述凹孔二的截面形状与凸体二的截面形状相匹配；

50、或/和，所述髋关节驱动单元的固定端通过第三抱箍件固定在跨步驱动单元的旋转端上；所述第三抱箍件与所述髋关节驱动单元的固定端择一设置凹孔三，另一个设置凸体三；所述凹孔三的截面形状与凸体三的截面形状相匹配；

51、或/和，脚踝驱动单元的固定端通过第四抱箍件固定于小腿体上，所述第四抱箍件与所述脚踝驱动单元的固定端择一设置凹孔四，另一个设置凸体四；所述凹孔四的截面形状与凸体四的截面形状相匹配；或脚踝驱动单元的固定端直接通过螺栓或螺钉固定于小腿体上。或/和，所述输入连接件和输出连接件通过第五抱箍件进行固定；

52、所述跨步驱动单元通过第六抱箍件装配在腰腹部件上，所述第六抱箍件与所述跨步驱动单元的固定端择一设置凹孔六，另一个设置凸体六；所述凹孔六的截面形状与凸体六的截面形状相匹配。

53、作为优选技术措施：

54、第一抱箍件、第二抱箍件、第四抱箍件、第六抱箍件分别为半圆形弧形结构，其两端开设用于装配紧固件的连接孔；相应的第一大腿体、第二大腿体、小腿体、腰腹部件为凹弧状结构或方形片状结构，其端面设有用于固定紧固件的装配孔；半圆形弧形结构与凹弧状结构螺接在一起，形成完整的腿部包覆结构；腿部包覆结构使得人形机器人的腿部动力结构不会因为增加抱箍件而增大尺寸面积，同时相比现有的圆环状的抱箍结构，本发明只需要制造半个抱箍就可以，从而使得本发明抱箍件的制造更加简单，制造成本低，并能使得人形机器人的腿部动力结构更加美观。

55、第三抱箍件、第五抱箍件分别包括两个能相互配合对锁的抱箍环体；

56、或/和，凹孔一、凹孔二、凹孔三、凹孔四、凹孔六分别为方形凹孔或圆形凹孔或变径凹孔或梯形凹孔或三角形凹孔；相应的凸体一、凸体二、凸体三、凸体四、凸体六分别为方形凸体或圆形凸体或变径凸体或梯形凸体或三角形凸体；通过设置凹孔和凸体结构可以直接对驱动单元进行轴向和周向限位，结构上更加简单，根据需要，凹孔和凸体的数量可以是多个，进一步增加对驱动单元的限位可靠性。

57、或，第一抱箍件或/和第二抱箍件或/和第三抱箍件或/和第四抱箍件或/和第五抱箍件、第六抱箍件为半圆形弧形结构或环状结构或扇形结构或条状结构，其两端开设用于装配紧固件的连接孔；第一大腿体或/和第二大腿体或/和腰腹部件或/和小腿体为凹弧状结构或方形片状结构或杆状结构或柱状结构或套筒结构，其端面设有用于固定紧固件的装配孔；

58、或/和，所述脚部支撑件为鞋状结构或片状结构或人脚状结构或块状结构。

59、为实现上述目的之一，本发明的第三种技术方案为：

60、一种人形机器人，其腰部设有上述的一种人形机器人的腿部动力结构。

61、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

62、本发明提供的一种人形机器人的腿部动力结构，通过设于人形机器人腰部的髋关节驱动单元驱动整条腿的左右摆动，实现人形机器人左右侧移的动作；通过设于第一大腿体和第二大腿体之间的第一驱动单元，驱动小腿体组件和脚部组件组成的整体绕自身轴线转动，实现人形机器人的转向；通过膝关节驱动单元驱动小腿体组件相对大腿体组件的前后摆动，实现人形机器人膝关节处的弯曲动作；通过设于小腿体上的脚踝驱动单元，带动摇臂和连杆，进而驱动脚部组件，实现人形机器人的上下、左右方向的摆动；整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，很好的满足了人形机器人实现各种动作姿态的要求。

63、本发明提供的人形机器人，其腿部动力结构，通过设于人形机器人腰部的髋关节驱动单元驱动整条腿的左右摆动，实现人形机器人左右侧移的动作；通过设于第一大腿体和第二大腿体之间的第一驱动单元，驱动小腿体组件和脚部组件组成的整体绕自身轴线转动，实现人形机器人的转向；通过膝关节驱动单元驱动小腿体组件相对大腿体组件的前后摆动，实现人形机器人膝关节处的弯曲动作；通过设于小腿体上的脚踝驱动单元，带动摇臂和连杆，进而驱动脚部组件，实现人形机器人的上下、左右方向的摆动；整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，很好的满足了人形机器人实现各种动作姿态的要求。

64、进一步，本发明通过设置第一大腿体、小腿体和脚部支撑件以及相应的髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、脚踝驱动单元，可以做出各种拟人化的腿部以及脚部动作，因而可以很好的满足人形机器人需要实现各种动作姿态的要求，并且整个腿部动力结构设计合理，结构紧凑，拟人效果好，便于人形机器人的推广使用。

65、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。