髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構及仿人機器人的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構及仿人機器人，該髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構包括支撐架、X向轉動單元，X向轉動單元以X向為軸線轉動連接于支撐架上，其特征在于，還包括Y向轉動單元，Y向轉動單元以Y向為軸線轉動連接于X向轉動單元上；支撐架上設置有第一固接部，X向轉動單元上設置有第二固接部，第一固接部為Y向轉動單元和仿人機器人的腳掌的通用固接部，第二固接部為仿人機器人的大腿和小腿的通用固接部，Y向轉動單元上還設置有連接仿人機器人的腰部的第三固接部。本實用新型提供的仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，實現了髖關節(jié)與踝關節(jié)的通用，減少了機器人總零部件的類型數量。
【專利說明】
髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構及仿人機器人
技術領域
[0001]本實用新型涉及機器人技術，具體涉及一種髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構及仿人機器人。
【背景技術】
[0002]仿人機器人指的是模仿人的形態(tài)和行為而設計制造的機器人，仿人機器人具有四肢、軀干以及頭部，四肢中腿部的髖關節(jié)、膝關節(jié)以及踝關節(jié)均為轉動結構，通過驅動單元驅動轉動結構實現髖關節(jié)、膝關節(jié)以及踝關節(jié)的擬人運動。
[0003]現有技術中髖關節(jié)和踝關節(jié)模擬不同關節(jié)的不同運動形式，其組成結構各不相同，如此兩個關節(jié)結構具有不相同的諸多零部件，使得機器人的總零部件眾多，給機器人的設計、加工以及裝配帶來不便。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的是提供一種髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構及仿人機器人，以解決現有技術中的仿人機器人的總零部件眾多的問題。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型提供如下技術方案:
[0006]—種仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，包括支撐架、X向轉動單元，所述X向轉動單元以X向為軸線轉動連接于所述支撐架上，還包括Y向轉動單元，所述Y向轉動單元以Y向為軸線轉動連接于所述X向轉動單元上；
[0007]所述支撐架上設置有第一固接部，所述X向轉動單元上設置有第二固接部，所述第一固接部為Y向轉動單元和所述仿人機器人的腳掌的通用固接部，所述第二固接部為所述仿人機器人的大腿和小腿的通用固接部，所述Y向轉動單元上還設置有連接所述仿人機器人的腰部的第三固接部；
[0008]所述Y向和X向相垂直。
[0009]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述Y向轉動單元為諧波減速器。
[0010]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述X向轉動單元包括電機、傳動單元以及被驅動件，所述電機固接于所述支撐架上，所述電機的輸出軸通過所述傳動單元驅動所述被驅動件，所述被驅動件以X向為軸線轉動連接于所述支撐架上，所述第二固接部開設于所述被驅動件上。
[0011]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述傳動單元為同步帶帶傳動結構，所述傳動結構外置于所述支撐架。
[0012]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述被驅動件為十字件，所述十字件上其中相對的兩端通過軸承轉動連接于所述支撐架上，所述十字件的另一端上設置有所述第二固接部。
[0013]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述十字件的至少一個端部設置有端蓋，所述端蓋通過螺紋件固定于所述十字件上，所述軸承設置于所述端蓋上。
[0014]上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，所述第一固接部、第二固接部以及第三固接部中至少一者為多個固定孔。
[0015]—種仿人機器人，包括腳掌、大腿、小腿以及腰部，還包括至少兩個上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構；
[0016]所述腳掌連接一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第一固接部，所述小腿連接一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部；
[0017]所述腰部連接另一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第三固接部，所述大腿連接另一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部。
[0018]在上述技術方案中，本實用新型提供的仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，連接Y向轉動單元時通過通用固接部作為腰部和大腿的連接件，不連接Y向轉動單元時通過通用固接部作為小腿和腳掌的連接件，如此實現了髖關節(jié)與踝關節(jié)的通用，減少了機器人總零部件的類型數量，使得機器人的設計、加工以及裝配更加方便。
[0019]由于上述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構具有上述技術效果，包含該髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的仿人機器人也應具有相應的技術效果。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為本實用新型實施例提供的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的結構示意圖；
[0022]圖2為本實用新型實施例提供的十字件的結構示意圖；
[0023]圖3為本實用新型實施例提供的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的爆炸示意圖；
[0024]圖4為本實用新型實施例提供的仿人機器人腰部和大腿的連接示意圖；
[0025]圖5為本實用新型實施例提供的仿人機器人小腿和腳掌的連接示意圖。
[0026]附圖標記說明:
[0027]1、支撐架；2、X向轉動單元；21、電機；22、傳動單元；23、被驅動件；231、十字件；232、端蓋;3、Y向轉動單元;4、第一固接部;5、第二固接部;6、第三固接部;7、腳掌;8、大腿；
9、小腿;10、腰部。
【具體實施方式】
[0028]為了使本領域的技術人員更好地理解本實用新型的技術方案，下面將結合附圖對本實用新型作進一步的詳細介紹。
[0029]如圖1-5所示，本實用新型實施例提供的一種仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，包括支撐架1、Χ向轉動單元2，Χ向轉動單元2以X向為軸線轉動連接于支撐架I上，還包括Y向轉動單元3，Y向轉動單元3以Y向為軸線轉動連接于X向轉動單元2上;支撐架I上設置有第一固接部4，Χ向轉動單元2上設置有第二固接部5，第一固接部4為Y向轉動單元3和仿人機器人的腳掌7的通用固接部，第二固接部5為仿人機器人的大腿8和小腿9的通用固接部，Y向轉動單元3上還設置有連接仿人機器人的腰部10的第三固接部6;Υ向和X向相垂直。
[0030]具體的，髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構(以下簡稱通用機構)既可作為仿人機器人的髖關節(jié)使用，也可作為踝關節(jié)使用，支撐架I為通用機構的主體結構，其一方面作為通用機構的骨架，其余各部件均安裝于支撐架I上，另一方面支撐架I為承重機構，其連接的結構如腰部10或小腿9的重量全部由支撐架I支撐。優(yōu)選的，支撐架I為一整塊航空鋁材加工而成的框架結構，框架結構內側通過肋板和加強筋進行加強設計，顯然的，除了上述框架結構外，支撐架I還可以參見現有技術中仿人機器人的關節(jié)骨架結構。X向轉動單元2為通用結構的活動單元，其包括一固定部分和一活動部分，固定部分和活動部分以X向為軸線轉動連接，其固定部分固接于支撐架I上，活動部分連接其它結構如Y向轉動單元3或者小腿9，如此實現其它結構與支撐架I的轉動連接，X向轉動單元2可以參見現有技術中各類的轉動連接結構，如軸承、齒輪傳動結構或者帶傳動結構，Y向轉動單元3同樣為通用結構的活動單元，其結構可參見X向轉動單元2，其與X向轉動單元2的主要不同在于軸線安裝方向的不同，兩者的轉向軸線相垂直，如此單獨的X向轉動單元2可以實現通用結構一個方向上的轉動，而相連的X向轉動單元2和Y向轉動單元3則可實現相垂直的兩個方向上的轉動。
[0031]本實施例中，支撐架I上設置有第一固接部4，X向轉動單元2上設置有第二固接部5，Y向轉動單元3上還設置有第三固接部6，各固接部用于連接仿人機器人的各組成部分，其為可拆卸連接結構，如卡接結構、螺接結構等等，如第一固接部4為多個通孔，Y向轉動單元3同步設置有多個相對設置的通孔，通過螺母與穿過通孔的螺栓實現Y向轉動單元3和X向轉動單元2的固接。當通用機構作為踝關節(jié)使用時，支撐架I通過第一固接部4與仿人機器人的腳掌7固接，X向轉動單元2通過第二固接部5實現與仿人機器人的小腿9固接，此時X向為水平方向，如此，通過X向轉動單元2的轉動實現腳掌7相對于小腿9的俯仰轉動，通用機構作為踝關節(jié)使用時不連接Y向轉動單元3;當通用機構作為髖關節(jié)使用時，支撐架I通過第一固接部4與Y向轉動單元3連接，Y向轉動單元3上背離支撐架I的一端通過第三固接部6與仿人機器人的腰部10固接，同時，X向轉動單元2通過第二固接部5實現與仿人機器人的大腿8固接，如此通用機構連接了仿人機器人的大腿8和腰部10，此時，腰部10和大腿8可分別實現Y向和X向的轉動，即偏轉和翻滾轉動。
[0032]本實施例中，第一固接部4與第二固接部5為通用固接部，通用固接部這里應做廣義理解，即第一固接部4上開設的部分或全部結構用于連接Y向轉動單元3，第一固接部4上開設的部分或全部結構用于連接腳掌7，如第一固接部4上具有兩組呈環(huán)狀的通孔，其中外環(huán)的通孔用于連接Y向轉動單元3，內環(huán)的通孔用于腳掌7，當然優(yōu)選的，第一固接部4上僅有一組呈環(huán)狀的通孔，Y向轉動單元3和腳掌7均通過該組通孔與支撐架I固接;第二固接部5亦然。
[0033]本實施例中，為實現仿人機器人的其它動作，支撐架I內還設置有Z向轉動單元，其為髖關節(jié)與踝關節(jié)的通用單元，其結構及工作原理可參見Y向轉動單元3，Χ向、Y向以及Z向構成三維直角坐標系，不贅述。
[0034]本實施例中，各轉動單元均使用電機作為驅動單元，驅動單元為現有技術中仿人機器人的必備單元，相關結構可參見現有技術，不贅述。
[0035]本實施例提供的仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，連接Y向轉動單元3時通過通用固接部作為腰部10和大腿8的連接件，不連接Y向轉動單元3時通過通用固接部作為小腿9和腳掌7的連接件，如此實現了髖關節(jié)與踝關節(jié)的通用，減少了機器人總零部件的類型數量，使得機器人的設計、加工以及裝配更加方便。
[0036]本實施例中，優(yōu)選的，Z向轉動單元和Y向轉動單元3為諧波減速器，諧波減速器包括固定的內齒剛輪、柔輪、以及使柔輪發(fā)生徑向變形的波發(fā)生器，其具有高精度、高承載力等優(yōu)點，當作為髖關節(jié)使用時，支撐架I與諧波減速器的柔輪通過螺釘固定連接，諧波減速器的鋼輪與仿人機器人的腰部10通過螺釘固定連接。
[0037]本實施例中，進一步的，X向轉動單元2包括電機21、傳動單元22以及被驅動件23，電機21固接于支撐架I上，電機21的輸出軸通過傳動單元22驅動被驅動件23，被驅動件23以X向為軸線轉動連接于支撐架I上，第二固接部5開設于被驅動件23上，即通用結構的驅動單元為電機21，且該電機21固接于支撐架I上。
[0038]本實施例中，優(yōu)選的，傳動單元22為同步帶傳動結構，同步帶傳動結構外置于支撐架1，電機21軸上固接主動帶輪，被驅動件23上固接從動帶輪，兩個帶輪相互傳動，如此實現電機21對被驅動件23的驅動，外置的同步帶傳動結構較為直觀，便于維護。
[0039]本實施例中，更優(yōu)選的，被驅動件23為十字件231，十字件231上其中相對的兩端通過軸承轉動連接于支撐架I上，十字件231的另一端上設置有第二固接部5，十字件231結構對稱，均勻受力。再優(yōu)選的，十字件231的至少一個端部設置有端蓋232，端蓋232通過螺紋件固定于十字件231上，軸承設置于端蓋232上，端蓋232可通過定位銷實現與十字件231的準確定位，通過端蓋232實現十字件231與其它部件的便宜連接。
[0040]本實用新型實施例還提供一種仿人機器人，包括腳掌7、大腿8、小腿9以及腰部10，還包括至少兩個上述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構;腳掌7連接一個髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第一固接部4，小腿9連接一個髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部5;腰部10連接另一個髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第三固接部6，大腿8連接另一個髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部5。
[0041]由于上述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構具有上述技術效果，包含該髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的仿人機器人也應具有相應的技術效果。
[0042]以上只通過說明的方式描述了本實用新型的某些示范性實施例，毋庸置疑，對于本領域的普通技術人員，在不偏離本實用新型的精神和范圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，上述附圖和描述在本質上是說明性的，不應理解為對本實用新型權利要求保護范圍的限制。
【主權項】
1.一種仿人機器人的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，包括支撐架、X向轉動單元，所述X向轉動單元以X向為軸線轉動連接于所述支撐架上，其特征在于，還包括Y向轉動單元，所述Y向轉動單元以Y向為軸線轉動連接于所述X向轉動單元上； 所述支撐架上設置有第一固接部，所述X向轉動單元上設置有第二固接部，所述第一固接部為Y向轉動單元和所述仿人機器人的腳掌的通用固接部，所述第二固接部為所述仿人機器人的大腿和小腿的通用固接部，所述Y向轉動單元上還設置有連接所述仿人機器人的腰部的第三固接部； 所述Y向和X向相垂直。2.根據權利要求1所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述Y向轉動單元為諧波減速器。3.根據權利要求1所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述X向轉動單元包括電機、傳動單元以及被驅動件，所述電機固接于所述支撐架上，所述電機的輸出軸通過所述傳動單元驅動所述被驅動件，所述被驅動件以X向為軸線轉動連接于所述支撐架上，所述第二固接部開設于所述被驅動件上。4.根據權利要求3所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述傳動單元為齒輪傳動結構，所述齒輪傳動結構外置于所述支撐架。5.根據權利要求3所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述被驅動件為十字件，所述十字件上其中相對的兩端通過軸承轉動連接于所述支撐架上，所述十字件上的另一端設置有所述第二固接部。6.根據權利要求5所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述十字件的至少一個端部設置有端蓋，所述端蓋通過螺紋件固定于所述十字件上，所述軸承和/或第二固接部均設置于所述端蓋上。7.根據權利要求2所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構，其特征在于，所述第一固接部、第二固接部以及第三固接部中至少一者為多個固定孔。8.—種仿人機器人，包括腳掌、大腿、小腿以及腰部，其特征在于，還包括至少兩個權利要求1-7任一項所述的髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構； 所述腳掌連接一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第一固接部，所述小腿連接一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部； 所述腰部連接另一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第三固接部，所述大腿連接另一個所述髖關節(jié)與踝關節(jié)通用機構的第二固接部。
【文檔編號】B25J17/00GK205651370SQ201620268700
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年3月31日 公開號201620268700.3, CN 201620268700, CN 205651370 U, CN 205651370U, CN-U-205651370, CN201620268700, CN201620268700.3, CN205651370 U, CN205651370U
【發(fā)明人】李冰川, 駱鵬, 苑全旺
【申請人】北京鋼鐵俠科技有限公司