仿人机械腿关节模块、仿人机械腿部及仿人机器人的制作方法

本实用新型涉及机器人领域，具体而言，涉及仿人机械腿关节模块、仿人机械腿部及仿人机器人。

背景技术：

仿生机器人是指依据仿生学原理，模仿生物结构、运动特性等设计的性能优越的机电系统，已逐渐在反恐防爆、太空探索、抢险救灾等不适合由人来承担任务的环境中凸显出良好的应用前景。

仿生机器人主要有仿人、仿生物和生物机器人三大类。

仿人机器人是指具有两手、两足、头部和躯干等人类外形特征，能用双足进行移动和其它类人功能的人形机器人。现有的仿人机器人虽然具有类似于人的形态特征和运动方式，但是大多为冗余自由度或超冗余自由度的机器人，机构结构复杂、运动灵活性不高等问题亟待改善。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种仿人机械腿关节模块，其结构简单，运动灵活性高。

本实用新型的另一目的在于提供一种仿人机械腿部，其结构简单、灵活性高。

本实用新型的另一目的在于提供一种仿人机器人，其结构简单、灵活性高。

本实用新型提供一种技术方案：

一种仿人机械腿关节模块，包括第一本体、第二本体、关节控制器、驱动电机和关节减速器。驱动电机安装于第一本体，关节控制器与驱动电机连接，并控制驱动电机。驱动电机与关节减速器传动连接，以驱动关节减速器。关节减速器安装于第一本体，并与第二本体连接，以驱动第二本体相对第一本体转动。

进一步地，上述驱动电机与关节减速器通过同步带连接。

进一步地，上述第一本体靠近第二本体的一端设有电机安装孔。驱动电机安装于电机安装孔，并可在电机安装孔内移动。

进一步地，上述关节减速器上安装有行程开关。

进一步地，上述关节减速器为谐波关节减速器。谐波关节减速器用于在驱动电机的驱动下，带动第二本体转动。

本实用新型还提供另外一种技术方案：

一种仿人机械腿部，包括大腿部、小腿部、第一控制器、第一电机、第一减速器。第一电机安装于大腿部，第一控制器与第一电机连接，并控制第一电机。第一电机与第一减速器传动连接，以驱动第一减速器。第一减速器安装于大腿部，并与小腿部连接，以驱动小腿部相对大腿部绕第一轴线转动。

进一步地，上述第一电机的数量为两个，两个第一电机通过同一同步带驱动第一减速器。

进一步地，上述仿人机械腿部还包括脚掌部、第二控制器、第二电机、第二减速器、第三控制器、第三电机和第三减速器。第二电机安装于小腿部，第二控制器与第二电机连接，并控制第二电机。第二电机与第二减速器传动连接，以驱动第二减速器。第二减速器安装于小腿部，并与脚掌部连接，以驱动脚掌部相对小腿部绕第二轴线转动。第三电机安装于小腿部，第三控制器与第三电机连接，并控制第三电机。第三电机与第三减速器传动连接，以驱动第三减速器。第三减速器安装于小腿部，并与脚掌部连接，以驱动脚掌部相对小腿部绕第三轴线转动。第二轴线与第三轴线相互垂直。

进一步地，上述仿人机械腿部还包括躯体安装部、第四控制器、第四电机、第四减速器、第五控制器、第五电机、第五减速器。第四电机安装于大腿部，第四控制器与第四电机连接，并控制第四电机。第四电机与第四减速器传动连接，以驱动第四减速器。第四减速器安装于大腿部，以驱动大腿部相对于躯体安装部绕第四轴线转动。第五电机安装于大腿部，第五控制器与第五电机连接，并控制第五电机。第五电机与第五减速器传动连接，以驱动第五减速器。第五减速器安装于躯体安装部，以驱动大腿部相对于躯体安装部绕第五轴线转动。第四轴线与第五轴线相互垂直。

本实用新型还提供另一种技术方案：

一种仿人机器人，包括躯体部和上述仿人机械腿部。仿人机械腿部包括大腿部、小腿部、第一控制器、第一电机、第一减速器。第一电机安装于大腿部，第一控制器与第一电机连接，并控制第一电机。第一电机与第一减速器传动连接，以驱动第一减速器。第一减速器安装于大腿部，并与小腿部连接，以驱动小腿部相对大腿部绕第一轴线转动。仿人机械腿部的数量为两个，两个仿人机械腿部的躯体安装部分别与躯体部连接。

相比现有技术，本实用新型提供的仿人机械腿关节模块、仿人机械腿部及仿人机器人的有益效果是：仿人机械腿关节模块通过驱动电机使关节减速器运动，关节减速器的输出轴与第二本体连接，进而驱动第二本体绕第一本体转动，实现仿人机械腿在一个关节上的运动，为仿人机械腿部及仿人机器人提供了简单且运动灵活的仿人机械腿关节模块。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型第一实施例提供的仿人机械腿关节模块的结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例提供的仿人机械腿的结构示意图；

图3为本实用新型第二实施例提供的仿人机械腿的膝关节的结构示意图；

图4为本实用新型第二实施例提供的仿人机械腿的踝关节的结构示意图；

图5为本实用新型第二实施例提供的仿人机械腿的髋关节的结构示意图。

图标：100-仿人机械腿关节模块；110-第一本体；120-第二本体；130-驱动电机；140-关节减速器；150-传动机构；200-仿人机械腿部；210-躯体安装部；220-膝关节；223-第一电机；224-第一减速器；230-大腿部；240-踝关节；243-第二电机；244-第二减速器；247-第三电机；250-小腿部；260-髋关节；263-第四电机；264-第四减速器；267-第五电机；268-第五减速器；270-脚掌部。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“内”、“外”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图，对本实用新型的实施方式作详细说明。

第一实施例

请参阅图1，本实施例提供了一种仿人机械腿关节模块100，包括第一本体110、第二本体120、关节控制器(图中未示)、驱动电机130和关节减速器140。驱动电机130安装于第一本体110，关节控制器与驱动电机130连接，并控制驱动电机130。驱动电机130与关节减速器140传动连接，以驱动关节减速器140。关节减速器140安装于第一本体110，并与第二本体120连接，以驱动第二本体120相对第一本体110转动。

驱动电机130与关节减速器140通过传动机构150连接，在本实施例中，传动机构150为带传动。具体而言，上述带传动包括驱动电机130的输出轴外套设的皮带轮(图中未标号)、关节减速器140的输入轴外套设的皮带轮(图中未标号)和连接这两个皮带轮的同步带(图中未标号)，从而实现驱动电机130与关节减速器140之间的传动。

带传动是一种软传动，它能让整个传动过程更加平稳。当然，在本实用新型的其他实施例中，驱动电机130与关节减速器140之间的连接方式也不限于以带传动为代表的软传动，也可以是以齿轮传动为代表的硬传动。

在本实施例中，由于驱动电机130与关节减速器140通过同步带传动，为了防止同步带在使用过程中可能发生松动，在第一本体110靠近第二本体120的一端设有固定驱动电机130的电机安装孔(图中未标号)。驱动电机130固定安装于电机安装孔，并可在电机安装孔内移动。以方便对驱动电机130的位置进行微调，从而使同步带处于合适的张弛度。

在本实施例中，关节减速器140上还安装有行程开关(图中未示)。行程开关的作用是限制机械运动的位置或行程，使仿人机械腿关节模块100按一定位置或行程自动停止、反向运动、变速运动或自动往返运动。

在本实施例中，关节减速器140为谐波关节减速器140，但并不局限于此。关节减速器140的作用是在电机的驱动下，驱动第二本体120绕第一本体110转。

本实用新型提供的仿人机械腿关节模块100工作时，驱动电机130旋转，驱动电机130的输出轴驱动关节减速器140的输入轴。关节减速器140的输出轴与第二本体120固定连接，从而驱动第二本体120相对于第一本体110转动。

本实用新型提供的仿人机械腿关节模块100通过驱动电机130使关节减速器140运动，关节减速器140的输出轴与第二本体120连接，进而驱动第二本体120绕第一本体110转动。仿人机械腿关节模块100结构简单，运动灵活性高，实现了一个机械腿关节的运动。第二实施例

请参阅图2，本实施例提供了一种仿人机械腿部200，包括膝关节220、踝关节240和髋关节260。膝关节220、踝关节240和髋关节260相互配合，一起组成了仿人机械腿部200对人类腿部运动的仿真。

请参阅图3，膝关节220包括大腿部230、小腿部250和第一控制器(图中未示)、第一电机223、第一减速器224。第一电机223安装于大腿部230，第一控制器与第一电机223连接，并控制第一电机223。第一电机223与第一减速器224传动连接，以驱动第一减速器224。第一减速器224安装于大腿部230，并与小腿部250连接，以驱动小腿部250相对大腿部230绕第一轴线转动。

在本实施例中，第一电机223的数量为两个，使用两个第一电机223的目的在于提供使小腿部250转动的更大驱动力，当然第一电机223的数目也可以是其他数量，比如功率更大时，其数量为一个，当然也可以为三个。

应当理解，本实施例提供的膝关节220与第一实施例提供的仿人机械腿关节模块100存在以下对应关系。即，本实施例中的大腿部230对应于第一实施例中的第一本体110，小腿部250对应于第二本体120，第一控制器对应于关节控制器、第一电机223对应于驱动电机130，第一减速器224对应于关节减速器140。

同样应当理解，在第一实施例中对于仿人机械腿关节模块100的具体实施方式，同样适用于本实施例中的膝关节220。

请参阅图4，踝关节240包括小腿部250、脚掌部270、第二控制器(图中未示)、第二电机243、第二减速器244、第三控制器(图中未示)、第三电机247和第三减速器(图中未示)。第二电机243安装于小腿部250，第二控制器与第二电机243连接，并控制第二电机243。第二电机243与第二减速器244传动连接，以驱动第二减速器244。第二减速器244安装于小腿部250，并与脚掌部270连接，以驱动脚掌部270相对小腿部250绕第二轴线转动。第三电机247安装于小腿部250，第三控制器与第三电机247连接，并控制第三电机247。第三电机247与第三减速器传动连接，以驱动第三减速器。第三减速器安装于小腿部250，并与脚掌部270连接，以驱动脚掌部270相对小腿部250绕第三轴线转动。

在本实施例中，第二轴线与第一轴线相互平行，第二轴线与第三轴线相互垂直。

在本实施例中，脚掌部270相对小腿部250绕第二轴线转动的幅度为-60°～60°，脚掌部270相对小腿部250绕第三轴线转动的幅度为-45°～45°。

应当理解，本实施例提供的踝关节240与第一实施例提供的仿人机械腿关节模块100存在以下对应关系：本实施例中的小腿部250对应于第一实施例中的第一本体110，脚掌部270对应于第二本体120，第二控制器对应于关节控制器，第二电机243对应于驱动电机130，第二减速器244对应于关节减速器140。同时，踝关节240与第一实施例中的仿人机械腿关节模块100还存在另外一组对应关系：小腿部250对应于第一实施例中的第一本体110，脚掌部270对应于第二本体120，第三控制器对应于关节控制器，驱动电机130对应于第三电机247和关节减速器140对应于第三减速器。也就是说，本实施例提供的踝关节240包含了两个第一实施例提供的仿人机械腿关节模块100。

同样应当理解，在第一实施例中对于仿人机械腿关节模块100的具体实施方式，同样适用于本实施例中的踝关节240。

对比膝关节220和踝关节240可以发现，膝关节220中对应于第一实施例中仿人机械腿关节模块100的第二本体120为小腿部250，而在踝关节240中小腿部250对应于第一本体110。

请参阅图5，髋关节260包括躯体安装部210、大腿部230、第四控制器(图中未示)、第四电机263、第四减速器264、第五控制器(图中未示)、第五电机267、第五减速器268。第四电机263安装于大腿部230，第四控制器与第四电机263连接，并控制第四电机263。第四电机263与第四减速器264传动连接，以驱动第四减速器264。第四减速器264安装于大腿部230，以驱动大腿部230相对于躯体安装部210绕第四轴线转动。第五电机267安装于大腿部230，第五控制器与第五电机267连接，并控制第五电机267。第五电机267与第五减速器268传动连接，以驱动第五减速器268。第五减速器268安装于躯体安装部210，以驱动大腿部230相对于躯体安装部210绕第五轴线转动。

在本实施例中，第四轴线与第一轴线、第二轴线相互平行，第四轴线与第五轴线相互垂直。

在本实施例中，大腿部230相对于躯体安装部210绕第四轴线转动的幅度为-80°～80°，大腿部230相对于躯体安装部210绕第五轴线转动的幅度我-60°～60°。

应当理解，本实施例提供的髋关节260与第一实施例提供的仿人机械腿关节模块100存在以下对应关系：本实施例中的躯体安装部210对应于第一实施例中仿人机械腿关节模块100的第一本体110，大腿部230对应于第二本体120，第四控制器对应于关节控制器，第四电机263对应于驱动电机130，第四减速器264对应于关节减速器140。还存在另一组对应：本实施例中的躯体安装部210对应于第一实施例中仿人机械腿关节模块100的第一本体110，大腿部230对应于第二本体120，第五控制器对应于关节控制器，第五电机267对应于驱动电机130，第五减速器268对应于关节减速器140。

同样应当理解，在第一实施例中对于仿人机械腿关节模块100的具体实施方式，同样适用于本实施例中的髋关节260。

对比膝关节220和髋关节260可以发现，膝关节220中对应于第一实施例中仿人机械腿关节模块100的第一本体110为大腿部230，而在髋关节260中大腿部230对应于第二本体120。

本实施例提供的仿人机械腿部200的膝关节220、踝关节240和髋关节260采用了第一实施例提供的仿人机械腿关节模块100的组合，使仿人机械腿部200结构简单，运动的灵活性高。

第三实施例

本实施例提供了一种仿人机器人，包括躯体部和第二实施例中提供的仿人机械腿部200。该仿人机械腿部200的数量为两个，其中，这两个仿人机械腿部200的躯体安装部210分别与躯体部连接。本实施例提供的仿人机器人结构简单，运动灵活。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。