机器人的腿部结构及机器人

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及一种机器人的腿部结构及机器人。

背景技术

机器人作为一种能够半自主或全自主工作的智能机器，成为人工智能重点发展的一个研究领域，目前有部分足式机器人已投入实际运营或测试中，未来有望成为日常生活中常用的一种智能工具。

在现有的机器人，例如足式机器人中，由于足式机器人在使用的过程中，需要机器人的单腿末端能够精确的到达空间中的任何位置，因此，机器人的腿部结构通常具有3个自由度，从而能够精准控制机器人，使其到达任意位置。通常的足式机器人腿部构型是由3个电机来控制，但通常的足式机器人腿部构型存如下的缺点：由于通常机器人腿部的侧部分别设置有两个电机，因此随着机器人腿部的移动，控制机器人的电机会随之转动，从而导致机器人的主体部与电机连接的连接线，例如电线、通讯线等经常发生拉扯或缠绕等情况，以致于出现线路脱离或撕裂等损坏的情况，从而缩短了电机及其连接电路的使用寿命。

因此，如何提供一种机器人的腿部结构及机器人，以在不影响电机对腿部构件驱动的情况下，方便电机的位置布局，并提升电机的使用寿命，是本发明亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种机器人的腿部结构及机器人，可以在不影响电机对腿部构件驱动的情况下，方便电机的位置布局，并提升电机的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明提出了一种机器人的腿部结构，包括：用于构成足部的第一肢体构件；与所述第一肢体构件转动连接的第二肢体构件；

设置于机器人的主体部上的动力机构；

摇杆构件机构，一端与所述动力机构相连，另一端与所述第一肢体构件转动连接；

其中，所述动力机构包括：同轴设置的第一电机和第二电机、用于连接所述第一电机的驱动轴和所述摇杆构件机构的第一转接构件，以及用于连接所述第二电机的驱动轴和所述第二肢体构件的第二转接构件。

进一步作为优选地，还包括：第三电机、用于固定所述第三电机且与所述第二肢体构件转动连接的固定座；其中，所述第三电机的驱动轴与所述第一电机的驱动轴和所述第二电机的驱动轴同轴输设置，并用于在所述第三电机的驱动轴转动时，带动所述固定座、所述第一肢体构件以及所述第二肢体构件作同步的侧向摆动。

进一步作为优选地，所述第一转接构件包括：用于连接所述第一电机的驱动轴的驱动部的第一连接轴件、相对两端分别与所述第一连接轴件和所述摇杆构件机构枢转连接的第一转动件；所述第一转动件包括：开设有第一轴承孔的第一端、开设有第二轴承孔的第二端、与所述第一端和所述第二端相连的折弯连杆。

进一步作为优选地，所述第二转接构件包括：用于连接所述第二电机的驱动轴的驱动部的第二连接轴件、相对两端分别与所述第二连接轴件和所述第二肢体构件枢转连接的第二转动件；其中，所述第二转动件包括：开设有第一轴套孔的第一端部、开设有第二轴套孔的第二端部、与所述第一端部和所述第二端部相连的折弯部。

进一步作为优选地，所述第一转动件还包括：分别设置于对应的轴承孔内的轴承套，以及用于将所述轴承套封闭在对应的轴承孔内的端盖；其中，所述第一连接轴件的端部具有一倾斜设置且用于插入所述第一轴承套内的第一转轴头；所述摇杆构件机构的端部具有一倾斜设置且用于插入所述第二轴承套内的第二转轴头。

进一步作为优选地，所述第二转动件还包括：分别设置于对应的轴套孔内的轴套，以及用于将所述轴套封闭在对应的轴套孔内的盖体；所述第二连接轴件的端部具有一倾斜设置且用于插入第一轴套内的第一连接头；所述第二肢体构件的端部具有一倾斜设置且用于插入第二轴套内的第二连接头。

进一步作为优选地，所述折弯连杆的折弯度数为90度；所述折弯部的度数为90度。

进一步作为优选地，第一电机的驱动轴的轴线与和所述摇杆构件用于与第二肢体构件枢转连接的枢转轴的转动轴线之间的夹角为90度。

进一步作为优选地，第二电机的驱动轴的轴线与所述第二肢体构件的转动轴线之间的夹角为90度。

进一步作为优选地，所述摇杆构件机构包括：与所述第一转接构件枢转连接的摇杆构件、一端与所述摇杆构件枢转连接而另一端与第一肢体构件枢转连接的第一连杆构件、相对两端分别与所述摇杆构件和所述第一肢体构件枢转连接的第二连杆构件；其中，所述摇杆构件、所述第一连杆构件、所述第二连杆构件和所述第一肢体构件彼此之间的枢转点形成平行四边形机构。

进一步作为优选地，所述第一连杆构件的轴向线和第二肢体构件的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行。

进一步作为优选地，所述摇杆构件包括：用于与所述第一转接构件和第一连杆构件枢转连接的第一结构部、与所述第一结构部相连且用于与所述第二肢体构件和所述第二连杆构件枢转连接的第二结构部。

进一步作为优选地，所述第二肢体构件包括：对称设置于所述摇杆构件机构相对两侧的第一转动臂和第二转动臂；其中，所述第一转动臂和第二转动臂的相对两端均分别与所述动力机构和第一肢体构件转动连接；所述第一转动臂和第二转动臂均以与所述动力机构和第一肢体构件形成转动连接的转轴点构成的轴心线为对称轴对称设置。

进一步作为优选地，所述摇杆构件机构还包括；用于使得所述第一连接构件和所述第一肢体构件同轴连接的枢转构件；其中，所述枢转构件垂直于所述第一连接构件，且平行于所述第一肢体构件和第二肢体构件的枢转轴的轴线。

本申请还提供了一种机器人，包括：上述腿部结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：机器人的腿部结构及机器人可以确保用于构成足部的肢体构件顺利实现前后翻转。

附图说明

图1：为本发明第一实施例中腿部结构的结构示意图一；

图2：为本发明第一实施例中腿部结构的结构示意图二；

图3：为本发明第一实施例中腿部结构的结构示意图三

图4：为本发明第一实施例中腿部结构的运动状态示意图二；

图5：为本发明第一实施例中机器人的结构示意图；

图6：为本发明第一实施例第一转动件的结构示意图；

图7：为本发明第一实施例第一驱动电机和第二驱动电机的结构示意图；

图8：为本发明第一实施例局部结构示意图。

附图标记：第一肢体构件8、第二肢体构件10、第一转接构件4、第一连接轴件41、第一转动件42、第一端421、第二端422、折弯连杆423、第二转接构件6、第二连接轴件61、第二转动件62、第一端部621、第二端部622、折弯部623、第二连杆构件9、摇杆构件12、第一连杆构件13、枢转轴101、枢转轴102、枢转轴103、枢转轴104、驱动部412、驱动部612、第二转轴头108。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的并联机构进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

实施例一

请参考图1至图8，在本实施例中，其提供了一种机器人的腿部结构，其主要是由用于构成足部的第一肢体构件8、与所述第一肢体构件8转动连接的第二肢体构件10、设置于机器人的主体部上的动力机构，以及摇杆构件机构等构成。

摇杆构件机构，一端与所述动力机构相连，另一端与所述第一肢体构件8转动连接；

其中，所述动力机构包括：同轴设置的第一电机和第二电机、用于连接所述第一电机的驱动轴和所述摇杆构件机构的第一转接构件4，以及用于连接所述第二电机的驱动轴和所述第二肢体构件10的第二转接构件6。

通过上述结构，通过将动力机构中同轴设置的第一电机和第二电机设置于主体部上，并借助第一转接构件4连接第一电机的驱动轴和摇杆构件机构，以及第二转接构件6连接第二电机的驱动轴和第二肢体构件10的方式，可使得第一电机和第二电机的驱动轴在转动时，无须跟随腿部机构运动，因而可避免电机模块中与电机电连接固连的连接线，例如电线、通讯线等出现拉扯或缠绕等情况，从而极大地延长了第一电机和第二电机及其连接电路的使用寿命。

此外，通过上述结构，可使得电机根据需要设置于主体部上相应的位置，同时采用同轴布置的方式，可节约空间，方便第一电机和第二电机的布局，同时可确保第一肢体构件8和第二肢体构件10在转动时，可根据需要进行同步转动或异步转动，以此提高机器人的地形适应性要求。

具体的，还包括：第三电机、用于固定所述第三电机且与所述第二肢体构件10转动连接的固定座；其中，所述第三电机的驱动轴与所述第一电机的驱动轴和所述第二电机的驱动轴同轴输设置，并用于在所述第三电机的驱动轴转动时，带动所述固定座、所述第一肢体构件8以及所述第二肢体构件10作同步的侧向摆动。

通过上述结构，可在避免第三电机根据第一肢体构件8和第二肢体构件10进行上翻或下翻的过程中进行转动，从而可避免电机模块中与电机本体电连接固连的连接线，例如电线、通讯线等出现拉扯或缠绕等情况产生，从而极大地延长了第三电机及其连接电路的使用寿命。并且，由于第一电机、第二电机以及第三电机的驱动轴是同轴设置的方式，因此可通过控制第一电机、第二电机以及第三电机的驱动轴的转速和方向，实现第一肢体构件8和第二肢体构件10在横向摆动时，彼此之间形成同步摆动或以异步摆动，以便于实现机器人的转弯等操作。

举例来说，由于三个电机的轴线重合，当第一电机1与第二电机2单独驱动或同时驱动时，转动角度即为对应的输入角度；当第三电机3驱动固定座11时，存在差速运动，第一电机1与第二电机2需要跟随第三电机3转动，若第一电机1和第二电机2与第三电机3转动速度相同，第一肢体构件8与第二肢体构件10相对位置不动，只会随着固定座11侧向摆动，当第一电机1和第二电机2与第三电机3转动速度不同时，第一肢体构件8与第二肢体构件10会在侧向摆动的同时进行前后摆动，以便于带有该腿部机构的机器人作转弯等动作。

进一步作为优选地，所述第一转接构件4包括：用于连接所述第一电机的驱动轴的驱动部412的第一连接轴件41、相对两端分别与所述第一连接轴件41和所述摇杆构件机构枢转连接的第一转动件42；其中，所述第一转动件42包括：开设有第一轴承孔的第一端421、开设有第二轴承孔的第二端422、与所述第一端421和所述第二端422的折弯连杆423。通过该结构，可使得第一驱动电机1的驱动轴带动第一连接轴件41转动时，在第一转动件42的传动作用下，可将驱动电机1的驱动轴101沿其轴向上的旋转运动，最大限度地转化为摇杆构件机构在其平面内作周期运动，而不易产生横向的摇摆运动，例如第一驱动电机1和第二驱动电机2按照图1、图3和图4所示的方向转动时，可带动第一肢体构件8沿其第二肢体构件10的轴线方向作相应的摆动。

进一步作为优选地，所述第二转接构件6包括：用于连接所述第二电机的驱动轴的驱动部612的第二连接轴件61、相对两端分别与所述第二连接轴件61和所述第二肢体构件10枢转连接的第二转动件62等。其中，所述第二转动件62包括：开设有第一轴套孔的第一端部621、开设有第二轴套孔的第二端部622、与所述第一端部和所述第二端部相连的折弯部623等。通过该结构，可使得第二驱动电机2的驱动轴201带动第二连接轴件61转动时，在第二转动件62的传动作用下，可将第二驱动电机2的驱动轴沿其轴向上的旋转运动，最大限度地转化为摇杆构件机构在其平面内作周期运动，而不易产生左右摇摆。

进一步作为优选地，所述折弯连杆423的折弯度数为90度；所述折弯部623的度数为90度。

进一步作为优选地，所述第一转动件还包括：分别设置于对应的轴承孔内的轴承套425，以及用于将所述轴承套封闭在对应的轴承孔内的端盖426；其中，所述第一连接轴件41的端部具有一倾斜设置且用于插入所述第一轴承套内425的第一转轴头411；所述摇杆构件机构的端部具有一倾斜设置且用于插入所述第二轴承套内的第二转轴头121。

进一步作为优选地，所述第二转动件还包括：分别设置于对应的轴套孔内的轴套(图中未标示)，以及用于将所述轴套封闭在对应的轴套孔内的盖体(图中未标示)；所述第二连接轴件的端部具有一倾斜设置且用于插入第一轴套内的第一连接头611；所述第二肢体构件的端部具有一倾斜设置且用于插入第二轴套内的第二连接头108。需要说明的是，本实施例中的第二转动件和第一转动件的结构大体相同，仅在设置时角度不同，不再作具体的限定。

详细地说，假设本实施例中第一电机的驱动轴的轴线为r

同样，假设所述第二电机驱动轴的轴线为r

另外，需要说明的是，为了满足实际应用中的设计和装配需求，上述折弯连杆423和折弯部623的折弯度数还可优选为其它度数的，例如30°～120°或其它度数的，而本实施例仅以折弯连杆423和折弯部623的折弯度数均为90°为例作说明，而在实际应用中，折弯连杆423和折弯部623的折弯度数也可以是不相同的，在此不再作赘述和具体的限定。

另外，值得一提的是，本实施例中的第一连接轴件41和第二连接轴件61采用悬臂梁结构，靠近电机的位置横截面较粗以保证强度。

进一步作为优选地，所述摇杆构件机构包括：与所述第一转接构件4枢转连接的摇杆构件12、一端与所述摇杆构件12枢转连接而另一端与第一肢体构件8枢转连接的第一连杆构件13、相对两端分别与所述摇杆构件12和所述第一肢体构件8枢转连接的第二连杆构件9。其中，所述摇杆构件12、所述第一连杆构件13、所述第二连杆构件9和所述第一肢体构件8彼此之间的枢转点形成平行四边形机构，具体可参考可构成对应的枢转点的枢转轴101、枢转轴102、枢转轴103、枢转轴104。

通过本实施例中采用的平行四边形机构，相比现有的同步带和链条等结构，无须采用张紧结构，可以有效的提高动力传递效率，提升其负载强度，实现轻量化设计，结构优化，以此在方便传动的同时，有效降低连杆以及腿部机构的自身质量，从而有利于降低机器人的整体质量。

进一步作为优选地，所述第一连杆构件的轴向线和第二肢体构件10的轴向线在转动的过程中始终保持相互平行，因而可避免出现第一连杆构件13的轴向线和第二肢体构件10的轴向线出现相互交叉的现象，例如反平行四边形机构，进而确保平行四边形机构仅能按照正常的周期运动轨迹进行运转，因此可避免腿部结构出现运动故障或其他安全隐患，确保第一肢体构件8能够在动力机构的控制下正常前后翻转，因而可以确保用于构成足部的肢体构件顺利实现前后翻转，利于带有该腿部结构的机器人在复杂地形进行行走。

另外，值得一提的是，本实施例中的摇杆构件机构还可以采用其他类型的连杆结构，不限于平行四边形机构，在此不再作具体的赘述和限定。

进一步作为优选地，本实施例中的摇杆构件12可以由用于与所述第一转接构件4和第一连杆构件13枢转连接的第一结构部12a、与所述第一结构部12a相连且用于与所述第二肢体构件10和第二连杆构件9枢转连接的第二结构部12b，例如图2和图6所示，第一结构部12a通过枢转轴122与第一连杆构件13枢转连接，第一结构部12a通过枢转轴121与第一转接构件4枢转连接。第二结构部12b通过枢转轴123与第二肢体构件10枢转连接，通过枢转轴104与第二连杆构件9枢转连接。

通过上述结构，使得摇杆构件12具有四个枢转轴，可在实现与第二肢体构件10活动连接的同时，不影响上述平行四边形机构正常运转，以避免出现卡死的情况产生。

进一步作为优选地，所述第二肢体构件10包括：对称设置于所述摇杆构件机构相对两侧的第一转动臂和第二转动臂；其中，所述第一转动臂和第二转动臂的相对两端均分别与所述动力机构和第一肢体构件8转动连接；所述第一转动臂和第二转动臂均以与所述动力机构和第一肢体构件8形成转动连接的转轴点构成的轴心线为对称轴对称设置。

本实施例中的第二肢体构件10优选为带中空结构的部件，以降低其质量，并保证其整体强度，且受力均衡。

进一步作为优选地，所述摇杆构件机构还包括；用于使得所述第一连杆构件13和所述第一肢体构件8同轴连接的枢转构件，即上述枢转轴102；其中，所述枢转构件垂直于所述第一连接构件13，且平行于所述第一肢体构件8和第二肢体构件10的枢转轴的轴线。

另外，值得一提的是，为了方便动力机构中的第一驱动电机1、第二驱动电机2，以及第三驱动电机3与主体部7之间的固定，第一驱动电机1的壳体周向均可开设有多个通孔100，以便于通过紧固件独立固定于主体部7或设置主体内对应的支架上。

同理，第二驱动电机2的壳体周向均可开设有多个通孔200，以便于通过紧固件固定于主体部7或设置主体内对应的支架上。

同理，第三驱动电机3的壳体周向均可开设有多个通孔200，以便于通过紧固件固定于主体部7或设置主体内对应的支架上。

并且，第一驱动电机1、第二驱动电机2，以及第三驱动电机3在分别与主体部7固定后，其驱动轴同轴设置。

实施例二

本实施例提供了一种机器人，该机器人包括：上述实施例一中的腿部结构。

具体地说，本实施例中的机器人优选为足式机器人。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。