一种机器人腿部结构及机器人装置的制作方法

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种机器人腿部结构及机器人装置。

背景技术：

人形机器人具有与人类相似的肢体结构，包括头部、躯干、双臂和双腿等，且其双臂、双腿等各处还设置灵活的关节以实现其多个动作的完成。

现有的人形机器人，其腿部上的脚板与踝关节处能够实现若干个方向上的摆动，具有较高的灵活性，同时，若干个方向上的摆动需要复杂的轴承、转轴、驱动组件(如舵机)的配合。现所使用的轴承与舵机的输出轴之间径向上相对固定，但轴向上很难固定，在舵机输出轴的转动过程中，容易造成轴向窜动，舵机输出不稳定，影响舵机的使用寿命，还容易造成轴承脱落，使得人形机器人的关节及四肢的运动不连贯、不灵活。

因此，有必要提供一种能够保证舵机稳定输出的结构来提高人形机器人的运动稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机器人腿部结构及机器人装置，旨在解决机器人腿部结构中轴承与舵机连接时容易发生轴向窜动的技术问题。

本发明是这样实现的，一种机器人腿部结构，包括：

第一舵机组件，包括第一机壳以及设于所述第一机壳内的第一舵机，所述第一舵机具有输出端；

脚踝支架，所述脚踝支架的两端分别与所述第一机壳的两端转动连接；以及

小腿骨架，包括安装架，所述安装架的两端转动连接于所述第一机壳的外周两侧；所述安装架两端的连线与所述脚踝支架的两端的连线相垂直；

其中，所述第一机壳上远离所述输出端的一侧通过轴承组件与所述脚踝支架的一端连接，所述脚踝支架的另一端与所述输出端连接；所述轴承组件包括固定安装于所述脚踝支架上的轴承外套、固定安装于所述第一机壳上的轴承内衬，以及限位安装于所述轴承外侧和轴承内衬之间并能够转动的转动体。

在一实施例中，所述轴承外套包括外套本体以及连接于所述外套本体的一侧内边缘的抵挡部，所述轴承内衬包括内衬本体以及连接于所述内衬本体的一侧外边缘的限位部，径向上，所述转动体限位于所述外套本体与所述内衬本体之间，轴向上，所述转动体限位于所述抵挡部与所述限位部之间。

在一实施例中，所述轴承外套还包括连接于所述外套本体的另一侧外边缘的安装部，所述安装部与所述脚踝支架固定安装。

在一实施例中，所述安装部上设有多个第一螺孔，所述脚踝支架上设有多个第一安装孔，所述螺孔与所述安装孔一一对应。

在一实施例中，所述轴承内衬上设有多个贯穿所述限位部和内衬本体上的第二螺孔，所述第一机壳上远离所述输出端的一侧设有安装凸台，所述安装凸台上设有多个第二安装孔，所述第二螺孔和所述第二安装孔一一对应。

在一实施例中，所述脚踝支架上对应所述轴承组件设有伸出孔，所述轴承组件设于所述伸出孔内。

在一实施例中，所述脚踝支架上对应所述轴承组件形成凹槽，所述伸出孔形成于所述凹槽内，所述凹槽的底面位于所述安装部靠近所述抵挡部的一侧。

在一实施例中，所述脚踝支架还包括用于将所述凹槽覆盖的侧端盖。

在一实施例中，所述安装架呈“u”型，所述第一机壳的外周两侧分别设有第一侧凸台和第二侧凸台，所述安装架的两端转动地安装于所述第一侧凸台和第二侧凸台。

本发明的另一目的在于提供一种机器人装置，包括腿部、躯干、两臂和头部，所述腿部包括上述各实施例所说的机器人腿部结构，以及连接于所述脚踝支架的脚板组件。

本发明提供的机器人腿部结构，其包括第一舵机组件、小腿骨架和脚踝支架，其中脚踝支架与第一舵机组件之间设置有轴承组件，轴承组件包括固定安装于脚踝支架上的轴承外套、固定安装于第一机壳上远离输出端的一端的轴承内衬，以及限位安装于轴承外侧和轴承内衬之间并能够转动的转动体，实现连接的同时能够相对转动，转动体限位安装于轴承外侧和轴承内衬之间，在径向和轴向上均不会发生窜动，保证了第一舵机的输出轴的输出稳定性，保证第一舵机的使用寿命，且可使得机器人的腿部的关节活动更连贯和灵活，提高了机器人的移动性能。

附图说明

图1是本发明实施例中机器人腿部结构的正视图；

图2是本发明实施例中机器人腿部结构的侧视图；

图3是本发明实施例中机器人腿部结构的倾斜角度视图；

图4是本发明实施例中机器人腿部结构的分解结构图；

图5是本发明实施例中机器人腿部结构的第一舵机与轴承组件的结构图；

图6是本发明实施例中机器人腿部结构的第一舵机与轴承组件的另一角度的结构图；

图7是图1中沿a-a线的剖面图；

图8是图7中虚线圆圈内的放大图；

图9是本发明实施例中机器人腿部结构的轴承组件的结构示意图。

图中标记的含义为：

腿部200，机器人腿部结构100；

第一舵机组件1，壳体10，前壳101，后壳102，第一机壳11，第一舵机12，输出轴121，安装凸台111，第一侧凸台114，第二侧凸台116；

脚踝支架2，支架本体20，侧端盖21，凹槽22，第一安装孔220；

小腿骨架3，安装架31，舵机架32，舵机安装部321，连接部322，连杆机构33，传动件331，连接杆332；

第二舵机组件4，安装件6；

轴承组件5、5’、5”，轴承外套51、51’、51”，轴承内衬52、52’、52”，转动体53、53’、53”；

外套本体510，抵挡部511，安装部512，第一螺孔5120，内衬本体520，限位部521，第二螺孔522；

脚板组件300。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。术语“上”、“下”、“左”、“右”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，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专利的限制。术语“第一”、“第二”仅用于便于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明技术特征的数量。“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了说明本发明所述的技术方案，以下结合具体附图及实施例进行详细说明。

以下结合附图1至图9对本发明提供的一种机器人腿部结构100的实现进行详细地描述。当然，附图中所示均基于机器人装置的腿部200进行描述，以结合该腿部200结构与与其连接的部件如脚板组件300等之间的关系进一步明确该机器人腿部结构100的特征。

如图1至3所示，本发明首先提供一种机器人腿部结构100，其下端用于与脚板组件300连接，其上端用于与机器人装置的躯干连接，以此应用于一个完整的机器人装置中。如图3和图4所示，机器人腿部结构100包括第一舵机组件1、呈“u”型的脚踝支架2、小腿骨架3，第一舵机组件1连接于脚踝支架2上，用于带动脚踝支架2在一个方向上的转动，小腿骨架3可转动的连接于第一舵机组件1上，用于在设置于小腿骨架3上的膝盖舵机(后文会详细描述)的驱动下带动第一舵机组件1和脚踝支架2在另一个方向上转动。

请参阅图3至图5，第一舵机组件1包括第一机壳11以及设于第一机壳11内的第一舵机12，第一舵机12具有输出轴121，其从第一机壳11的一侧部分伸出或不伸出，作为输出端，另一侧作为固定端。在输出端，通过转动连接件9等连接至脚踝支架2的一端，以带动脚踝支架2的转动。第一机壳11的另一端与脚踝支架2的另一端转动连接，随着脚踝支架2的一端的主动转动而实现从动转动，这里，第一机壳11的另一端与脚踝支架2的另一端的转动连接通过轴承组件5实现。

具体地，轴承组件5包括固定安装于脚踝支架2上的轴承外套51、固定安装于第一机壳11上远离输出端的一侧的轴承内衬52，以及限位安装于轴承外套51和轴承内衬52之间并能够转动的转动体53。轴承外套51和轴承内衬52随着转动体53的转动而发生相对转动，从而实现了脚踝支架2相对于第一机壳11的转动，即，脚踝支架2能够相对于第一舵机组件1实现转动。

本发明提供的机器人腿部结构100，其脚踝支架2与第一舵机组件1之间设置有轴承组件5，轴承组件5包括固定安装于脚踝支架2上的轴承外套51、固定安装于第一机壳11上远离输出端的一端的轴承内衬52，以及限位安装于轴承外套51和轴承内衬52之间并能够转动的转动体53，实现连接的同时能够相对转动，转动体53限位安装于轴承外套51和轴承内衬52之间，在径向和轴向上均不会发生窜动，保证了第一舵机12的输出轴121的输出稳定性，保证第一舵机12的使用寿命，且可使得机器人的腿部200的关节活动更连贯和灵活，提高了机器人的移动性能。

如图7至图9所示，轴承外套51包括外套本体510以及连接于外套本体510的一侧内边缘的抵挡部511，抵挡部511的内径小于外套本体510的内径，轴承内衬52包括内衬本体520以及连接于内衬本体520的一侧外边缘的限位部521，限位部521的外径大于内衬本体520的外径，抵挡部511和限位部521彼此相互远离的设置，转动体53限位于外套本体510与内衬本体520之间，同时还限位于抵挡部511与限位部521之间，那么，在轴向上，抵挡部511和限位部521使得该转动体53不会发生轴向移动，在径向上，外套本体510和内衬本体520使得该转动体53不会发生径向。

轴承外套51还包括连接于外套本体510的另一侧外边缘的安装部512，安装部512用于与脚踝支架2固定安装。轴承内衬52的限位部521同时用于与第一机壳11的连接。

具体地，如图7和图8所示(图7的剖面图进行了小角度的倾斜以尽可能明确轴承组件5的特征)，脚踝支架2上与第一舵机12的固定端对应的一端形成凹槽22，且凹槽22内进一步形成有伸出孔(未图示)，使得凹槽22的底面为环状设置而非圆形设置，凹槽22的底面设于安装部512靠近抵挡部511的一侧，对应地，安装部512上设有多个第一螺孔5120，脚踝支架2的凹槽22的底面上设有多个第一安装孔220，第一螺孔5120与安装孔一一对应，实现脚踝支架2与轴承外套51的连接。

由于安装部512设置在了凹槽22内，脚踝支架2还包括对应该凹槽22设置的侧端盖21，以将轴承组件5完全覆盖，提高整体的美观性。外套本体510、轴承内衬52和转动体53均位于伸出孔内。

第一机壳11对应固定端设有安装凸台111，轴承内衬52与该安装凸台111固定连接，从而实现第一机壳11与轴承组件5的连接。

具体地，轴承内衬52上设有多个第二螺孔522，该第二螺孔522贯穿限位部521和内衬本体520，安装凸台111上设有第二安装孔(未图示)，第二螺孔522和所述第二安装孔一一对应，通过螺钉方式可安装，不再赘述。

该轴承组件5组装时，先将转动体53压入轴承外套51的内部，然后将轴承外套51固定在脚踝支架2上，最后装入轴承内衬52，利用轴承内衬52的限位部521压住转动体53。

以上所说的轴承组件5可应用于任何需要发生相对转动的位置。

如图3和图4所示，小腿骨架3转动地连接于第一机壳11的外周两侧，在小腿骨架3与第一机壳11的连接处也可采用上述的轴承组件5。在本实施例中，小腿骨架3的两端的连线垂直于脚踝支架2的两端的连线，也即，第一机壳11相对于相对于小腿骨架3的转动所在的平面与第一机壳11相对于脚踝支架2的转动所在平面是相互垂直的，这样可以实现其下方的脚板组件300在两个平面内的转动，灵活性高。

请参阅图3和图4，小腿骨架3包括与第一机壳11连接的安装架31、位于安装架31上方的舵机安装部321以及位于舵机安装位上方的连接部322，舵机安装位用于安装第二舵机组件4(即上文提及的膝盖舵机)。安装架31也呈“u”型，其两端分别连接于第一机壳11的外周两侧，在其中至少一侧也可以采用上述的轴承组件5，如图5和6所示的轴承组件5’和轴承组件5”。

这里的轴承组件5’和轴承组件5”和上文中用于脚踝支架2处的轴承组件5结构可以完全相同，安装的原理相同。例如，轴承组件5”的轴承外套51”固定安装于安装架31上，轴承内衬52”安装于第一机壳11的外周侧面上的第二侧凸台116，转动体53”限位在轴承外套51和轴承内衬52之间。其他结构和安装完全相同，容易理解，不再赘述。

当然，对于第二舵机组件5带动第一机壳11进行主动转动的一侧，小腿骨架3还包括连杆机构33，连杆机构33的一端通过转动输出组件(未图示)连接于第二舵机组件4的输出轴121，输出轴121输出的转动能够传递至连杆机构33，连杆机构33的另一端连接至轴承内衬52上。

具体如图4所示，连杆机构33包括两传动件331和两连接杆332，其中一传动件331连接至第二舵机组件4的输出轴121，另一传动件331连接至第一机壳11的外周一侧，两连接杆332平行地连接在两传动件331之间。

在一实施例中，传动件331可以采用与上述轴承组件5相同的轴承组件5’与第一机壳11上的第一侧凸台114进行转动安装，此时在第一舵机组件1上共使用3组轴承组件(轴承组件5、轴承组件5’和轴承组件5”)。也可以采用更简单的方式，只要实现传动件331带动第一机壳11转动即可，不做限制，此时在第一舵机组件1上共使用2组轴承组件(轴承组件5和轴承组件5”)。

如图4所示，第一舵机组件1还包括壳体10，壳体10包括相对安装的前壳101和后壳102，前壳101固定安装在第一机壳11上的输出端一侧，后壳102固定安装在第一机壳11上的固定端一侧，从而当第二舵机组件4带动第一机壳11转动时，壳体10同步发生转动。

本发明的另一目的在于提供一种机器人装置，包括腿部200、躯干、两臂和头部，腿部200包括上述各实施例所说的机器人腿部结构100，以及连接于脚踝支架2的脚板组件300。

本实施例提供的机器人装置，其腿部200上第一舵机组件1与脚踝支架2之间、第一舵机组件1与小腿骨架3之间均通过轴承组件(轴承组件5、轴承组件5’、轴承组件5”)连接，轴承组件在实现了相对转动的基础上，还保证了不会在径向和轴向上发生窜动，提高了机器人装置的关节活动的灵活性、连贯性，以及舵机的使用寿命。

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