腰部结构及人形机器人的制作方法

本实用新型属于机器人技术领域，尤其涉及一种腰部结构以及具有该腰部结构的人形机器人。

背景技术：

长期以来机器人技术主要用在生产过程自动化，为提高生产效率和加工精密而发展起来的，这类机器人统称为工业机器人。与此同时发展起来的另一类机器人就是人形机器人(又称“仿人机器人”，Humanoid Robot)，这种机器人虽然发展的比较晚，但由于其长相和人类相似，如具有双臂、双腿、躯体及头部，同时还具备人工智能，能够在家庭可以完成各种各样的服务，如清扫、娱乐、保姆、家庭安保等事情，将成为人类伙伴，改变人类生活方式。这就要求人形机器人具有人类一样灵活的关节。

常见的人形机器人通常是在腰部设置一个舵机来控制腰部的扭转，然而，仅仅腰部的扭转还不足以实现人形机器人与腰部连接的腿部的关节处灵活运动。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种人形机器人，旨在解决现有技术中人形机器人因腰部所设舵机仅用于控制腰部扭转而无法保证腰部与腿部连接处关节灵活运动的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种腰部结构，用于连接人形机器人的躯干结构和腿部结构，所述腰部结构包括位于躯干结构和腿部结构之间的支架组件、安装于所述支架组件上的腰部舵机和一对一级腿部舵机以及连接于所述腰部舵机与两所述一级腿部舵机之间以使所述腰部舵机带动两所述一级腿部舵机转动的传动部件；所述腰部舵机用于连接所述躯干结构和所述支架组件，所述一级腿部舵机用于连接所述支架组件与所述腿部结构以使所述支架组件相对于所述腿部结构能够自转；

其中，所述腰部舵机具有连接于所述传动部件的输出轴；各所述一级腿部舵机包括连接端；所述传动部件包括固定安装于各所述连接端上的第一连接件和第二连接件、安装于所述输出轴上并连接所述第一连接件的第一传动件以及由所述第一传动件带动其转动并连接于所述第二连接件上的第二传动件。

本实用新型还提供了一种人形机器人，包括头部、与头部连接的躯干以及连接于躯干上以模仿人体四肢的两腿部和两手臂；所述躯干包括与两所述腿部相连接的腰部，所述腰部为上述腰部结构。

本实用新型相对于现有技术的技术效果是：该腰部结构通过设置连接躯干结构的腰部舵机以及连接所述腿部结构的一级腿部舵机，并利用所述一级腿部舵机连接所述支架组件和所述腿部结构以使所述支架组件相对于所述腿部结构能够自转，从而使得所述腰部结构与所述腿部结构的连接部位可以自转，从而使得该腰部结构具有相对于所述腿部结构转动的自由度，提高了该腰部结构的灵活性；具体地，该腰部结构利用所述支架组件以使所述腰部舵机于所述腿部舵机实现连接，使得所述腰部舵机连接至所述躯干结构以及所述一级腿部舵机连接至腿部结构上，并通过在所述腰部舵机与两所述一级腿部舵机之间设置所述第一传动件和所述第二传动件，并将所述第一传动件和所述第二传动件固定于所述支架组件上，且所述第一传动件和所述第二传动件分别通过所述第一连接件和所述第二连接件安装于两所述一级腿部舵机的连接端上，通过所述腰部舵机的输出轴与所述第一传动件相连接以使所述支架组件相对于所述腰部舵机转动，从而增强了所述腰部结构的灵活性。

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，下面将对本实用新型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，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型实施例提供的人形机器人的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的腰部结构与腿部结构安装在一起的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的腰部结构的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的腰部结构的分解图；

图5是图4中腰部结构于一方向的分解图，去除一级腿部舵机后的；

图6是图4中腰部结构于另一方向的分解图，去除一级腿部舵机后的。

附图标记说明：

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。

请参照图1至图6，本实用新型实施例提供的腰部结构3用于连接人形机器人的躯干结构1和腿部结构2，所述腰部结构3包括位于所述躯干结构1和所述腿部结构2之间的支架组件30、安装于所述支架组件30上的腰部舵机40和一对一级腿部舵机50以及连接于所述腰部舵机40与两所述一级腿部舵机50之间以使所述腰部舵机40带动两所述一级腿部舵机50转动的传动部件60；所述腰部舵机40用于连接所述躯干结构1和所述支架组件30，所述一级腿部舵机50用于连接所述支架组件30与所述腿部结构2以使所述支架组件30相对于所述腿部结构2能够自转；

其中，所述腰部舵机40具有连接于所述传动部件60的输出轴42；各所述一级腿部舵机50包括连接端52；所述传动部件60包括固定安装于各所述连接端52上的第一连接件62和第二连接件64、安装于所述输出轴42上并连接所述第一连接件62的第一传动件66以及由所述第一传动件66带动其转动并连接于所述第二连接件64上的第二传动件68。

本实用新型实施例提供的腰部结构3通过设置连接躯干结构1的腰部舵机40以及连接所述腿部结构2的一级腿部舵机50，并利用所述一级腿部舵机50连接所述支架组件30和所述腿部结构2以使所述支架组件30相对于所述腿部结构2能够自转，从而使得所述腰部结构3与所述腿部结构2的连接部位可以自转，从而使得该腰部结构3具有相对于所述腿部结构2转动的自由度，提高了该腰部结构3的灵活性；具体地，该腰部结构3利用所述支架组件30以使所述腰部舵机40于所述腿部舵机实现连接，使得所述腰部舵机40连接至所述躯干结构1以及所述一级腿部舵机50连接至腿部结构2上，并通过在所述腰部舵机40与两所述一级腿部舵机50之间设置所述第一传动件66和所述第二传动件68，并将所述第一传动件66和所述第二传动件68固定于所述支架组件30上，且所述第一传动件66和所述第二传动件68分别通过所述第一连接件62和所述第二连接件64安装于两所述一级腿部舵机50的连接端52上，通过所述腰部舵机40的输出轴42与所述第一传动件66相连接以使所述支架组件30相对于所述腰部舵机40转动，从而增强了所述腰部结构3的灵活性。

在该实施例中，所述第一连接件62和所述第二连接件64分别套设于所述两所述连接端52上，以使两所述一级腿部舵机50能带动所述第一传动件66和所述第二传动件68转动，当所述腰部舵机40带动所述第一传动件66转动时，所述支架组件30在所述第一传动件66和所述第二传动件68的配合作用下发生转动；当两所述一级腿部舵机50出现转动时，通过所述第一连接件62带动所述第一传动件66和所述支架组件30也随之转动，在所述第一传动件66和所述第二传动件68相互配合作用下，所述支架组件30发生转动。

在该实施例中，所述第一传动件66和所述第二传动件68为相互啮合的齿轮。可以理解地，所述腰部舵机40与所述一级腿部舵机50之间的传动方式采用了齿轮传动来实现，与所述腰部舵机40的输出轴42连接的第一传动件66为主动轮，与所述一级腿部舵机50的连接端52连接的所述第二传动件68为从动轮，所述齿轮传动的实现方式可以是常见的方式，不限于此。另外，所述腰部舵机40与所述一级腿部舵机50之间的传动方式也可以采用其他动力传动方式，例如棘轮传动等，不限于此。

请参照图3至图6，进一步地，所述支架组件30包括相互固定连接的支架盖体32和支架底座34以及一对用于固定安装所述第一传动件66和所述第二传动件68的固定架38，所述支架盖体32与所述支架底座34形成收容所述第一传动件66和所述第二传动件68的容置腔体36，所述支架底座34设有供两所述固定架38伸入所述容置腔体36内的固定孔342，两所述一级腿部舵机50的外壳固定于两所述固定架38上且其所述连接端52伸入所述容置腔体36内并分别与所述第一传动件66和所述第二传动件68相连接。该腿部结构2通过设置相互固定连接的支架盖体32和所述支架底座34以形成收容所述第一传动件66和所述第二传动件68的容置腔体36，并将所述第一传动件66和所述第二传动件68分别固定于两所述固定架38上，两所述一级腿部舵机50的外壳固定于两所述固定架38上，当所述腰部舵机40带动所述第一传动件66转动，从而带动所述第一固定架38和所述第二固定架38相对固定连接的支架盖体32和所述支架底座34转动，从而实现所述腰部结构3的自转，结构简单，实现方便。

请参照图4至图6，进一步地，所述支架盖体32包括用于安装所述腰部舵机40的顶板320以及沿所述顶板320四周突出延伸的第一侧壁322；所述支架底座34包括与所述顶板320相面对设置的底板340以及沿所述底板340四周突出延伸并与所述第一侧壁322固定连接的第二侧壁344，所述底板340上设有供两所述一级腿部舵机50穿过的所述固定孔342。所述腰部舵机40的外壳固定于所述顶板320上并位于所述容置腔体36的外部，所述腰部舵机40的输出轴42伸入所述容置腔体36内与所述第一传动件66配合。该支架组件30利用紧固螺钉将所述第一侧壁322与所述第二侧壁344固定，从而使得所述支架盖体32和所述支架底座34固定连接。在其他实施例中，也可以采用其他固定方式使得所述支架盖体32于所述支架底座34固定连接，例如卡扣连接的方式，不限于此。

请参照图4至图6，进一步地，所述支架盖体32设有固定安装所述腰部舵机40的凹腔324、连通所述凹腔324和所述容置腔体36以使所述输出轴42连接于所述第一传动件66的第一导通孔325以及用于安装所述第二传动件68的第二导通孔326，所述凹腔324位于所述顶板320背离所述容置腔体36的一侧。该腰部结构3利用螺钉将所述腰部舵机40的外壳固定于所述凹腔324底部，并通过设置所述凹腔324，以限制所述腰部舵机40沿所述支架盖体32表面不同方向的移动，从而保证所述腰部舵机40的外壳与所述支架盖体32连接的稳固性。所述输出值沿所述第一导通孔325伸入所述容置腔体36内与所述第一传动件66连接，所述第二导通孔326用于安装所述第二传动件68的一端。

在该实施例中，所述第一导通孔325与所述凹腔324和所述容置腔体36相互贯通。

在该实施例中，所述凹腔324的形状与所述腰部舵机40的外壳形状相似，且尺寸相当，以避免所述腰部舵机40在所述凹腔324内移动。所述第一导通孔325的形状与所述腰部舵机40的外壳底缘相似，且所述外壳底缘收容于所述第一导通孔325内，从而进一步限定所述腰部舵机40的外壳相对于所述支架盖体32移动或者转动，保证二者连接的稳定性。

请参照图4至图6，进一步地，所述支架盖体32于所述凹腔324和所述第二导通孔326周边设有间隔设置的加强筋328。该支架盖体32上设置所述加强筋328以起到增强该支架盖体32整体强度的作用。优选地，所述凹腔324周边的所述加强筋328沿所述凹腔324的长度方向和宽度方向间隔且平行设置，所述第二导通孔326周边的所述加强筋328沿所述第二导通孔326的径向间隔设置，优选地，为等角度间隔设置。

请参照图4至图6，进一步地，各所述固定架38设有用于固定安装所述一级腿部舵机50的固定腔体380以及与所述固定腔体380相连通的连接孔382，各所述一级腿部舵机50的连接端52插入所述连接孔382内并连接于所述第一传动件66和所述第二传动件68。该支架组件30通过将各所述一级腿部舵机50固定安装于所述固定腔体380内以使所述一级腿部舵机50于所述固定架38固定连接，从而在所述腰部舵机40的带动下，所述固定架38和所述一级腿部舵机50都可以随之转动。在所述固定架38上设置所述连接孔382以使各所述一级腿部舵机50的连接端52与所述第一传动件66和所述第二传动件68连接。

可以理解地，所述第一传动件66和所述第二传动件68均包括相互配合的主体部一级沿所述主体部相对两表面突出延伸的轴部，其中，所述第一传动件66的一轴部与所述输出轴42连接以及另一轴部与一所述一级腿部舵机50的连接端52连接，所述第二传动件68的一轴部与所述第二导通孔326配合以及另一轴部与另一所述一级腿部舵机50的连接端52连接。当所述第一传动件66和所述第二传动件68为齿轮是，所述主体部的周缘设有相互啮合的轮齿。

请参照图4至图6，进一步地，所述支架底座34还包括一对沿所述底板340突出设置并环设于各所述固定架38外围的延伸壁346以及位于所述固定孔342孔壁与所述延伸壁346之间的支撑台348；各所述固定架38于其外周缘上设有凸起384；所述支架组件30还包括卡设与所述支撑台348与所述凸起384之间的卡环39。该支架组件30通过在所述支架底座34上设置所述延伸壁346以限制所述固定架38相对于所述支架底座34晃动，并通过设置所述支撑台348和所述凸起384，以在所述支撑台348和所述凸起384之间卡设所述卡环39，起到一定的限位作用，避免所述固定架38沿所述支架底座34的上下移动，利用所述卡环39套设于所述固定架38上以使所述固定架38整体相对于所述支架底座34转动。

在该实施例中，所述延伸壁346、所述底板340和所述支撑台348由一体成型而制成。

请参照图4至图6，进一步地，各所述固定架38包括相面对设置并固定连接以形成所述固定腔体380的第一安装筒385和第二安装筒386，所述第一安装筒385于所述固定腔体380的腔壁上设有第一固定部3850，所述第二安装筒386于所述固定腔体380的腔壁上设有与所述第一固定部3850相对的第二固定部3860，所述一级腿部舵机50的外壳上设有位于所述第一固定部3850和所述第二固定部3860之间并与所述第一固定部3850和所述第二固定部3860固定连接的固定凸肋54。可以理解地，为了便于将所述一级腿部舵机50固定安装于所述固定架38上，通过将所述固定架38设置成两件式结构，即相互固定连接的所述第一安装筒385和所述第二安装筒386，利用锁紧螺丝固定于所述第一固定部3850、所述固定凸肋54和所述第二固定部3860上，从而将所述一级腿部舵机50的外壳固定于所述第一安装筒385和所述第二安装筒386上。该支架组件30利用所述卡环39套设于所述第一安装筒385和所述第二安装筒386外围也可以起到防止所述第一安装筒385和所述第二安装筒386沿径向分开的问题。一所述固定架38的所述第一安装筒385和/或者所述第二安装筒386的底部用于固定安装所述第一传动件66，并在该底部设有连接孔382，该底部可以是第一安装筒385和/或者所述第二安装筒386的一部分；同样地，另一所述固定架38的所述第一安装筒385和/或者所述第二安装筒386的底部用于固定安装所述第二传动件68，并在该底部设有连接孔382。

可以理解地，所述固定架38呈圆筒状，以相对于所述支架底座34转动。

请参照图1至图4，在上述各实施例中，所述腰部舵机40的外壳为立方体结构，以便于固定在所述支架盖体32上，内设有动力部件(未标示)、由所述动力部件驱动其转动的减速机构(未标示)以及设于所述减速机构输出端的所述输出轴。该减速机构采用多级齿轮传动实现。可以理解地，所述腰部舵机40的内部动力结构形式不限于此，可以是任意能够提供动力的结构形式。

请参照图1至图4，在上述各实施例中，所述一级腿部舵机50为球形舵机，即其外壳的一端呈球体状以及另一侧大致呈柱状，内部设有动力部件(未标示)、由所述动力部件驱动其转动的减速机构(未标示)以及设于所述减速机构输出端的所述输出轴。该减速机构采用多级齿轮传动实现。可以理解地，所述一级腿部舵机50的内部动力结构形式不限于此，可以是任意能够提供动力的结构形式。

请参照图1至图6，本实用新型实施例还提供了一种人形机器人包括头部、与头部连接的躯干以及连接于躯干上以模仿人体四肢的两腿部和两手臂；所述躯干包括与两所述腿部相连接的腰部，所述腰部为上述腰部结构3。该实施例中的腰部结构3与上述各实施例中的腰部结构3具有相同的结构特点，且所起作用也相同，此次不赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。